НАЛАДКА ПРИБОРОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Статические характеристики

Практически для любого объекта регулирования, если сиять разгонную характеристику на минималь­ных нагрузках и определить коэффициент усиления объекта (к), а затем вывести объект на максимальную нагрузку (например, по рас­ходу колчедана) и снова определить коэффициент усиления, который обозначим к2, то можем убедиться, что кх и к2 значительно отличаются друг от друга.

Чтобы объяснить это явление, проведем следующий опыт. В не­сколько приемов будем менять частоту вращения тарельчатого пита­теля и записывать показания температуры кипящего слоя. Напри­мер, изменим частоту вращения питателя с п до щ, с щ до п2 и т. д. После каждого изменения частоты вращения питателя нужно дож­даться, когда затухнет переходный процесс и температура установит­ся на новом значении. В рассматриваемом примере переходный про­несе длится около трех часов. При новом значении оборотов п2 уста­новится температура ©гх2 и т. д. Полученные значения п и температур нанесем на график и получим зависимость ©гг ст частоты вращения п (рис. 38, а).

Если динамические характеристики зависят от времени (строятся во времени), то статические характеристики выражают взаимозави­симость двух параметров. На рис. 38 приведена статическая харак­теристика, определяющая зависимость температуры газохода печи кипящего слоя от частоты вращения двигателя тарельчатого пи­тателя.

Эта характеристика имеет три явно выраженные зоны: две линей­ные и одну нелинейную (рис. 38, а). Если в первой линейной зоне из­менить частоту вращения двигателя питателя на 20 оборотов в 1 мин, то этому изменению будет соответствовать рост температуры на 28° С,

Рис. 38. Влияние технологического режима на динамические харак­теристики канала регулирования: а — статическая характеристика печи кипящего слоя, выражающая зависимость температуры в газоходе <ВГХ> от изменения частоты вращения тарельчатого пи­тателя, 6 — временная характеристика в 1-й линейной зоне статической характе­ристики, в — то же, в существенно не линейной зоне статической характеристики. г — то же. во 2-й линейной зоне статической характеристики

т. е. коэффициент усиления по этому каналу регулирования будет равен

Вид разгонной характеристики, которая может быть получена в первой линейной зоне, приведен на рис. 38, б. Если изменить произ-| водительность печи и перевести ее в режим, соответствующий нели-1 нейнои зоне статической характеристики (рис. 38, в), и снова снять] разгонную характеристику, то коэффициент усиления по этому же] каналу регулирования станет меньше единицы: к% — ш/20 = 0,5.

Во второй линейной зоне (рис. 38, г) коэффициент усиления по каналу] регулирования меняет знак: — — ад/40 = —1.

Возможное изменение знака коэффициента усиления канала ре-1 гулирования должно учитываться при наладке АСР. При наладкеї регулятора в 1-й зоне необходимо предусмотреть его выключение при переводе технологического аппарата в существенно нелинейные ре-| жимы. Если этого не предусмотреть, то при переходе во 2-ю линейнукі зону изменится знак коэффициента усиления канала регулирования т. е. в диаграмме прохождения сигнала (см. рис. 37) знак стрелки п—0Гх изменится на противоположный. Так как знак регулятора не изменился, то в контуре ©РХ-> п будет четное число минусов (два) и контур станет положительным, а такой контур не имеет устой­чивых режимов. При уменьшении ©гх регулятор увеличит частоту вращения двигателя и тем самым еще больше увеличит подачу колче­дана, а это, в свою очередь, еще больше уменьшит ©гх и заставит ре­гулятор еще увеличить частоту вращения двигателя питателя, и так до максимальной частоты.

В рассматриваемом нами примере такой лавинообразный процесс приводит к завалу печи, когда воздуха не хватает ни для горения, пи для поддержания кипящего слоя, горение прекращается, но темпе­ратуры остаются высокими, сера плавится, образуя монолитные спе­кания, что приводит к аварии.

При работе печи во 2-й линейной зоне знак стрелки гс->- ©гх меня­ется на минус. На различных предприятиях работают и в 1-й, и во 2-й зонах, и даже в нелинейной и, чтобы регулятор ©гх-*- п образовы­вал отрицательный контур, изменяют знак стрелки п на минус

(на рис. 37 измененные знаки обведены кружком). В этом случае кон­тур регулирования температуры газохода л-*- 0ГХ-^ п будет отрица­тельным (устойчивым). Контур регулирования температуры слоя а->- ©сл-^ а как был, так и остался отрицательным (устойчивым). Это значит, что каждый регулятор может работать устойчиво, но при включении двух регуляторов образуется неучтенный контур п-*~ -*-0сл-*~с1-^ 0гх->- п, в котором после изменения знака регулятора газохода в контуре стало четное число минусов, т. е. регуляторы во 2-й линейной зоне одновременно работать не смогут.

После анализа функционирования и взаимодействия всех систем авторегулирования (АСР) технологического аппарата по диаграмме прохождения сигнала составляют программу испытаний (по снятию характеристик).

Программа испытания для рассматриваемого нами примера печей кипящего слоя должна содержать:

Снятие динамических характеристик по основным каналам ре­гулирования п-+ 0ГХ, а-* 0с.» Co6-*-Go6.

Снятие динамических характеристик по каналам взаимосвя - ьей п0СЛ, а~>- 0гХ.

Каждая характеристика должна быть снята минимум три раза.

Снятие динамических характеристик проводится для двух ре­жимов — режима шах-производительности и режима тіп-произво - дительности. Всего нужно провести 18 опытов: по три опыта с изме­нением п, а, Соб. Все это повторяют для двух крайних значений про­изводительности аппарата.

Наносить одновременно два возмущения недопустимо, поскольку обработать такую реакцию, т. е. аппроксимировать характеристиками типовых звеньев, мы не сможем. Учитывая, что длительность пере­ходного процесса до нового установившегося значения примерно рав­на 3 ч для печей кипящего слоя, то все испытания будут длиться не менее 54 ч, т. е. более двух суток. Заметим, что для снятия харак­теристик по каналам взаимосвязи специальное время не отводится, так как они получаются одновре­менно с динамическими характе­ристиками по основным каналам. Характеристики по каналам взаи­мосвязи необходимы для оценки степени влияния кои турив регули­рования друг на друга. Так, если коэффициенты усиления по каждо-| му каналу взаимосвязей меньше единицы (например, 0,1) и соеди­нены эти каналы последовательно, то общий коэффициент усиления будет еще меньше (0,1 -0,1 =0,01).

Обработка эксперименталь­ных динамических характеристик

В условиях действующего пред-) приятия технологические пара­метры непрерывно изменяются] поэтому при снятии характеристик почти никогда не удается отстро-j иться от помех. На рис. 39 привей дены три разгонные характеристик ки, снятые по одному и тому же каналу от частоты вращения тан рельчатого питателя до темп ер ату I ры газохода 0ГХ. Ни одна из при] веденных характеристик не може! быть использована для аппрокси! мации типовыми динамическими характеристиками из-за тех иска] жений, которые вызваны неконт­ролируемыми возмущениями (по­мехами). Чтобы избавиться от пен мех, можно несколько характерно] тик усреднить (минимум три), Hd для того чтобы их можно было со] поставить друг с другом,, тіредЕа рительно необходимо: перенести кривые (рис. 39) на одни оси координат (рис.

перестроить разгонные характеристики ьо времен­ные, т. е. нескольк© зна­чений ординат характерис­тики разделить на вели­чину возмущения.

В результате получим временные характеристи­ки а, б и в (рис. 41), а пос­ле усреднения характерис­тик— h(t) усред. Выполня­ют это следующим обра­зом.

Обычно промежуточ­ных построений (см. рис. 40 и 41) не выполняют, а прямо с диаграммной лен­ты снимают значения ко-

ординат разгонных харак­теристик (табл. 5): время t и .соответствующие ему значения температур 0ГХ.

Затем из каждого значе­ния 0к,} вычитают началь­ную температуру 0О, т. е. температуру в момент на­несении возмущения. При t = 0 ©гх - 0о - Д0.

Полученные значения приращений Д0 характе­ристики делят на величи­ну возмущения Д/1, при котором снималась данная характеристика, таким об­разом получают координаты временной характеристики

Рис. 41. Временные характеристика, искажен­ные помехами, и усредненная

Полученные временные характеристики h(t) приведены на рис. 41. Для получения одной усредненной характеристики необходимо про­суммировать все соответствующие ординаты и сумму 2 разделить на число характеристик:

и /а _ M0i+M0s + A(0.

п Ч^усред — 3 *

Разброс точек усредненной характеристики /і(/)усред значительно меньше, чем в исходных. Если увеличить число экспериментальных характеристик, то усредненная характеристика станет еще более сгла-- женной.

меньше, чем в исходных. Если увеличить число экспериментальных характеристик, то усредненная характеристика станет еще более сгла-- женной.

Постоянную времени объекта? об и коэффициент усиления объек­та кус определяют по усредненной характеристике (см. рис. 17 и 34):

Го0 = 25 с; кус = 0,44 - дар,

а транспортное запаздывание т = 0, т. е. временная характеристика аппроксимируется характеристикой инерционного звена без транс­портного запаздывания. Такие характеристики называют характерис­тиками одноемкостного объекта (см. § 22).

При высоком уровне помех, т. е. когда они возникают часто и имеют амплитуду, соизмеримую с амплитудой временных характеристик, снимают частотные характеристики. В частотных характеристиках легче отстроиться от помех благодаря тому, что период колебаний остается всегда постоянным.

Если процесс снятия частотной характеристики сложнее снятия разгонных характеристик, то обработка их проще. Обработать частот­ную характеристику—это значить определить амплитуды выход­ных колебаний.

На рис. 42, а приве­дены графики частотной характеристики, соот­ветствующей сдвигу по фазеф = 180° (см. § 14). Опыт проводят следую­щим образом. Сначала наносят возмущение ам­плитудой d, а в момент, когда выходной пара­метр GB начинает откло­няться от исходного значения, прикладыва­ют возмущение с обрат­ным знаком и амплиту­дой, равной 2d. По­скольку знак возмуще­ния изменился, выход - в пой (регулируемый) па­раметр через некоторое время тоже начнет уме­ньшаться, но в момент, когда регулируемый па­раметр опять станет равным исходному зна­чению, знак возмуще­ния опять изменяют на противоположный, но амплитуду при этом вы­держивают равной 2d.

Такую раскачку продол­жают до возникновения установившихся периодических колебаний.

При наличии помех вид переходного процесса искажается (рис. 42, б): меняются симметричность периода Т, среднее значение колебаний (пунктирная линия) Л, как это видно на рисунке, однако и период Т, и амплитуда сохраняются довольно стабильно. В крайнем случае, если помехи сильные, можно определить несколько значений Т и А и истинное значение определить как среднеарифметическую величину.