5.5.4.       СИСТЕМЫ КАСКАДНО-СВЯЗАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Качество работы и условия эксплуатации автоматических систем регулирования, в которых используются промежуточные регулируемые величины, можно существенно улучшить, если вместо одного многоимпульсного рег улятора применить несколько регуляторов, взаимодействующих с регулируемым объектом и между собой по схеме каскадно-связанного регулирования.

Пример реализации такой системы показан на рис. 5.7. Здесь регулируемый объект состоит из двух регулируемых участков и управляется двумя регуляторами, образуя таким образом сложную систему каскадносвязанного регулирования.

Рассматриваемая система образует два контура регулирования: внутренний (вспомогательный), состоящий из регулируемого участка РУІ и вспомогательного регулятора ВР, и внешний (главный), состоящий из регулируемых участков РУ1, РУ2 и вспомогательного и главного регуляторов (ВР и ГР). Вспомогательный регулятор, реагируя на отклонение промежуточной регулируемой

величины фі, своим регулирующим воздействием (іі поддерживает эту величину на заданном значении тіі. Главный регулятор, реагируя на отклонение главной (выходной) регулируемой величины Ф2, своим регулирующим воздействием корректирует задание вспомогательного регулятора и изменяет значение до тех пор, пока (р^ не достигнет заданного значения tJj.

Поскольку ход технологического процесса в регулируемом объекте характеризуется одной выходной и одной промежуточной регулируемыми величинами и поддерживается на заданном режиме одним вспомогательным и одним главным регуляторами, система, представленная на рис. 5.7, является двухконтурной системой каскадно-связанного регулирования.

В практике автоматизации технологических процессов встречаются сложные регулируемые объекты, ход технологического процесса в которых характеризуется не одной промежуточной величиной (кроме выходной, главной), а несколькими (двумя-тремя и более) и поддерживается на заданном режиме (двумя-тремя и более) вспомогательными регуляторами (кроме главного). Такие системы каскадно-связанного регулирования являются соответственно трех-, четырехконтурными (и более). Среди систем каскадносвязанного регулирования двухконтурная является простейшей и наиболее распространенной в различных отраслях промыщлен- ности.

По сравнению с системами, в которых сложный регулируемый объект управляется одним многоимпульсным регулятором, системы каскадно-связанного регулирования обладают важными преимуществами. В них представляется возможным широкое маневрирование настроек регуляторов, что обеспечивает существенное повышение качества регулирования и расширяет область примене

ния пневматических регуляторов; поэтапное включение в работу отдельных контуров регулирования, что облегчает процесс ввода в работу как регуляторов, так и регулируемого объекта; более безопасная эксплуатация системы в целом.

Системы каскадно-связанного регулирования представляют собой большую группу автоматических систем регулирования. В их числе имеются варианты, отличающиеся друг от друга функциональными возможностями, структурами, аппаратурной реализацией.

Комбинируя законы регулирования вспомогательного и главного регуляторов, можно образовывать системы каскадно-связанного регулирования различной структурной сложности. Их удобно обозначать символами законов регулирования, отрабатываемых регуляторами, входящими в данную систему.

Так, двухконтурные системы каскадносвязанного регулирования могут образовывать следующие структурные варианты; П-ПИ, П-ПИД, ПИ-ПИ, ПИ-ПИД и т. д., трехконтурные системы: П-ПИ-ПИ, ПИ-ПИ-ПИ, П-ПИ-ПИД т.д. В символическом обозначении структуры системы каскадно-связанного регулирования первым символом обозначается первый вспомогательный регулятор, последним — главный (корректирующий).

Характерный пример реализации системы каскадно-связанного регулирования представлен на рис. 5.8. Особенностью системы является то, что в ней оба регулятора (вспомогательный и корректирующий) аналогичны друг другу и отрабатывают ПИ-законы регулирования. В этой системе оба регулирующих устройства размещены непосредственно на вторичных измерительных приборах, вследствие чего корректирующий и вспомогательный регуляторы соединены с регулируемым объектом по двухтрубной схеме. Такое размещение аппаратуры управления делает систему каскадносвязанного регулирования сравнительно простой, но по инерционности регуляторов она имеет те же недостатки, что и одноконтурная система, выполненная по двухтрубной схеме.

Другой характерной особенностью системы, представленной на рис. 5.8, является наличие в ней блоков ограничения сиг^ налов типа ПП11.1, ограничивающих значение пневматического сигнала, поступающего от корректирующего регулятора к вспомогательному в качестве задания при работе аппаратуры управления в режиме каскадного регулирования.

В рассматриваемой системе устанавли

ваются два блока ПП11.1, ограничиваюших выходной сигнал корректирующего регулятора как по верхнему, так и по нижнему уровню. Однако применяя данные рекомендации для конкретных объектов, следует иметь в виду, что необходимость установки блоков ограничения диктуется не условиями работы аппаратуры управления, а технологическими особенностями и условиями эксплуатации регулируемого объекта. В связи с этим вопрос установки блоков ограничения (или одного из них, ограничивающего верхний или нижний предел изменения корректирующего сигнала) в каждом конкретном случае решается отдельно, исходя из реальных условий эксплуатации регулируемого объекта, например из условий недопущения аварийной ситуации в системах регулирования процессов горения при чрезмерном повышении или понижении уровня корректирующего сигнала.

Работа аппаратуры управления системы, представленной на рис. 5.8, в различных режимах (ручного, дистанционного управления, автоматической стабилизации промежуточной регулируемой величины и каскадного регулирования главной регулируемой величины), а также порядок перехода из одного режима работы на другой аналогичны работе и переходу на другие режимы программных систем. Работа аппаратуры в режиме каскадного регулирования проходит при нажатой кнопке АП кнопочного переключателя на станции управления вспомогательного регулятора.

При проектировании и наладке системы каскадно-связанного регулирования выбор

структуры и аппаратуры для ее реализации, определение законов регулирования, отрабатываемых вспомогательным и корректирующим регуляторами, и параметров настройки регуляторов производится так же, как и для любой другой сложной системы, т. е. в процессе проектирования производится предварительный выбор структуры системы, законов регулирования, приближенных значений параметров настройки регуляторов, которые уточняются путем моделирования. Окончательный выбор значений параметров настройки и окончательная оценка качества работы системы производятся на стадии наладки и опытной эксплуатации системы.

Предварительный выбор структуры системы, законов регулирования и значений параметров настройки регуляторов происходит исходя из следующих условий. Закон регулирования и значения параметров настройки вспомогательного регулятора выбираются, исходя из предположения, что этот регулятор будет работать в одноконтурной автоматической системе регулирования, где регулируемым объектом является первый регулируемый участок.

Закон регулирования и значения параметров настройки корректирз'ющего (главного) регулятора выбираются, исходя из предположения, что этот регулятор также будет работать в одноконтурной системе, где регулируемым объектом является первый и второй регулируемые участки; вспомогательный регулятор при этом во внимание не принимается.

Для моделирования системы каскадно- связанного регулирования необходимо иметь

динамические характеристики регулируемого объекта. Важным обстоятельством для оценки качества работы системы каскадно-связанного регулирования является правильный выбор значений, частот и мест приложения возмущающих воздействий. Следует помнить, что эффективность таких систем регулирования тем больше, чем меньше амплитуда возмущающих воздействий, приложен

ных к последнему регулируемому участку. Если в реальных условиях эксплуатации регулируемого объекта окажется, что основная часть возмущающих воздействий приходится на участки, расположенные в конце (на выходе) регулируемого объекта, то система каскадно-связанного регулирования может оказаться неэффективной.