Выбор, классификация и расчет регулятора температуры

ГЛАВА 4. ВЫБОР, КЛАССИФИКАЦИЯ И РАСЧЕТ РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ

Рассматриваемая система регулирования охлаждения сусла содержит в своем составе регулятор температуры сусла, являющийся одним из основных элементов системы и предназначенный для поддержания постоянной температуры охлаждающего агента, в качестве которого используется аммиак или рассол, в заданных пределах, наиболее благоприятных для так называемого «холодного осветления», то есть процесса выделения протеина, танина и других веществ, оседающих в виде хлопьев, из сусла, которое имеет большое значение для последующего брожения и качества пива. Регулятор температуры соединен с датчиком, помещенным на выходе из холодильника, который преобразует температуру сусла в унифицированный сигнал, поступающий на вход регулятора. При отклонении температуры, а значит и сигнала, от заданного значения, регулятор управляет контрольным клапаном, регулирующим подачу охлаждающего агента в холодильник, через который с постоянной скоростью циркулирует охлаждаемое сусло.

Регулятором называется устройство, предназначенное для автоматического воздействия на объект регулирования с целью компенсации возмущений регулируемой величины. Регуляторы обеспечивают или постоянство регулируемой величины, или ее функциональное, то есть программное, изменение. В нашем случае требуется обеспечение постоянства регулируемой величины, в роли которой выступает температура сусла. Для достижения оптимального процесса регулирования подбирают такой регулятор, который при известной характеристике объекта позволяет в заданных пределах изменения нагрузки последнего обеспечить требуемую точность регулирования.

Выбор подходящего регулятора может быть успешно осуществлен только при соблюдении следующих условий:

- знакомство с общими методами анализа, классификации, идентификации, диагностирования и оптимизации систем;

- знакомство с основными понятиями рассматриваемой предметной области и их взаимосвязями;

- знакомство с предполагаемой конструкцией и принципом действия системы управления и областью ее применения;

- известные характеристики объекта управления;

- известные пределы изменения регулируемой величины и требуемая точность ее поддержания в статике и динамике;

- известные требования к статическим и динамическим характеристикам процесса управления (закон управления, показатели качества и пр.);

- известные условия работы;

- допускаемые технико-экономические и эксплуатационные показатели;

- локализация требуемого элемента в системе ГСП;

- наличие подробной классификации на основании по меньшей мере 2 ортогональных (не связанных между собой) классификационных признаков, или критериев, включающей в себя конструкцию, принцип действия, достоинства и недостатки выбираемых элементов и области их применения.

4.1 Классификация регуляторов температуры

Для построения современных систем управления технологическими процессами и объектами в сфере массового производства и обслуживания требуются разнообразные устройства получения измерительной информации, контроля, телеметрии, дистанционной передачи, регулирования, регистрации, индикации и разнообразные исполнительные устройства. Удовлетворение потребностей разнообразных по качеству и сложности систем управления в средствах автоматизации при их индивидуальной разработке и изготовлении привело бы к беспредельному расширению номенклатуры приборов и устройств автоматики и, как следствие, значительному усложнению проблемы выбора необходимых функциональных элементов, удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям, накладываемым особенностями проектируемой системы, а также их согласования. Рациональное сокращение номенклатуры технических средств автоматизации и их конструктивных элементов и узлов достигается на основе последовательного применения агрегатно-модульных методов построения снизу доверху: начиная от конструирования простейших функциональных блоков и заканчивая проектированием сложных автоматизированных систем управления. Агрегатирование представляет собой способ построения сложных устройств и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования и управления из ограниченного набора унифицированных приборов, блоков, узлов, модулей и функциональных элементов. С целью решения данных задач была поставлена проблема создания единой системы приборов и средств автоматизации.

Рассмотрим Государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) [4.1]. ГСП представляет собой рационально организованную совокупность приборов и устройств, удовлетворяющих принципам агрегатирования и предназначенных для построения автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, целевая функция которой в соответствии с теорией больших развивающихся систем может быть раскрыта в виде «дерева целей» (рисунок 4.1) в соответствии со следующими основными положениями: главное назначение системы – построение автоматизированных систем контроля, регулирования и управления в промышленности; критерий эффективности системы – народнохозяйственный экономический эффект.

На основании этих положений выделяют 2 главные ветви (ветвь, связанная с областью применения системы, и ветвь, связанная с ее экономической эффективностью) для удовлетворения основной цели, формулирующейся следующим образом: повышение народнохозяйственной эффективности приборостроения на основе максимального удовлетворения требований промышленности к приборам и средствам автоматизации. Повышение народнохозяйственной эффективности создания и применения средств автоматизации в промышленности осуществляется за счет минимизации затрат на создание и изготовление средств автоматизации и максимизации эффекта от применения средств автоматизации в промышленности. Удовлетворение требований промышленности к приборам и средствам автоматизации осуществляется на основе удовлетворения требований АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами), удовлетворения требований АСУ промышленными механизмами (роботы, ЧПУ и др.) и удовлетворения требований ИИС и ИВС (информационно-измерительных и информационно-вычислительных систем) контроля в промышленности.

Целевые функции ГСП выступают в качестве принципов построения системы и определяют структуру и номенклатуру изделий, входящих в ее состав. Каждая из целей промежуточного уровня является средством достижения цели верхнего уровня и одновременно выступает в качестве главной цели по отношению к соподчиненным целям нижнего уровня (ветвям). С понижением уровня цели (ранга) в иерархической структуре дерева целей, их количество возрастает и они становятся все более детализированными. Цели высших порядков являются наиболее общими. Реализация главной цели каждой из ветвей является необходимым и достаточным условием реализации общей главной цели.

В начале 60-х годов были разработаны научные основы построения системы, структура, принципы совместимости приборов и устройств, обоснованы и определены различные значения унифицированных пневматических и электрических аналоговых сигналов связи, разработан комплекс стандартов ГСП, в том числе основополагающий ГОСТ 12997-67 «ГСП. Общие технические требования».