Построение и описание обобщённой функциональной и структурной схем системы автоматизации

5. Построение и описание обобщённой функциональной и структурной схем системы автоматизации

 

Обобщенная функциональная схема системы стабилизации разрежения сушильного барабана

На схеме приняты следующие обозначения: УМ–усилитель мощности; ИМ–исполнительный механизм; РУ–регулирующее устройство; РО–регулирующий орган; ОУ–объект управления; ДТ–датчик температуры.

РО, КД и ДТ образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, УМ, ИМ составляют регулирующее устройство.

В соответствии с исходными данными для проектирования РУ должно быть ПИ-регулятором. ПИ-закон регулирования формируется блоком БФЗР.

На схеме приняты следующие обозначения: З – задатчик; ВФЗР – блок формирования закона регулирования; РП – регулятор положения; УМ – усилитель мощности; ИМ – исполнительный механизм; ДП – датчик положения; РУ – регулирующее устройство; РО – регулирующий орган; ОУ – объект управления (сушильный барабан); ДР – датчик разрежения; х – регулируемая величина; у – регулирующая величина; g – задающее воздействие; ε = g – х – отклонение регулируемой величины от задающего воздействия.

РО, КД и ДР образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, РП, УМ, ИМ, ДП составляют регулирующее устройство.

РУ в соответствии с заданием на проектирование должно обеспечить ПИ-закон регулирования. Формирователем ПИ-закона является БФЗР. Для исключения искажения закона регулирования все последующие после БФЗР блоки РУ должны быть в динамическом отношении усилительными звеньями.

Это условие выполняется для УМ. Блок ИМ в динамическом отношении является интегрирующим звеном с передаточной функцией

где Т_ИМ – постоянная времени исполнительного механизма.

Для «превращения» ИМ из интегрирующего в усилительное звено и исключения вносимых им искажений в закон регулирования исполнительный механизм вместе с УМ охвачены отрицательной обратной связью. Причем, в цепи обратной связи включен датчик положения вала ИМ, а в прямой ветви – пропорциональный регулятор положения. Структурная схема ИМ, охваченного жесткой обратной связью, приведена на рис. 3.

Датчик и регулятор положения являются усилительными звеньями с передаточными функциями W_ДП(р) = К_ДП и W_РП(р) = К_РП соответственно.

Поскольку на практике, как правило, выполняется условие

> , (14)

то динамические свойства рассматриваемого (см. рис. 5) встречно-параллельного соединения определяются только усилительным звеном обратной связи, а передаточная функция ИМ, охваченного жесткой обработкой связью будет равна

. (15)

Рис. 3. Структурная схема исполнительного механизма, охваченного жесткой отрицательной обратной связью

Для улучшения выполнения условия (14) обратной связью охватывают также РП и УМ.

Динамические свойства датчика разрежения регулирующего органа характеризуются усилительным звеном, а объекта управления – апериодическим звеном с запаздыванием (см. исходные данные на проектирование).

С учетом вышеизложенного структурная схема системы автоматизации, реализующей Пи-закон регулирования, принимает вид, показанный на рис. 4, на котором обозначено:

 – передаточная функция (ПФ)

усилительного звена БФЗР;

 – ПФ интегрирующего звена БФЗР;

 – передаточная функция

регулятора положения;

  – ПФ усилителя мощности; (16)

 – ПФ исполнительного механизма;

 – ПФ датчика положения;

 – ПФ регулирующего органа;

 – ПФ объекта управления;

 – ПФ датчика разрежения.

Используя принципы преобразования структурных схем, получим передаточную функцию системы автоматизации в следующей последовательности.

1.   Передаточная функция БФЗР

2.   ПФ регулирующего устройства

или с учетом (15)

Рис. 4. Структурная схема системы стабилизации разрежения в топке котла

3.   Передаточная функция объекта

а с учетом (16)

. (17)