Москва

ИНФРА-М

201

А.А. РУЛЬНОВ, И.И. ГОРЮНОВ, К.Ю. ЕВСТАФЬЕВ

АВТОМАТИЧЕСКОЕ 
РЕГУЛИРОВАНИЕ

УЧЕБНИК

2-е издание, стереотипное

Допущено Государственным комитетом 

Российской Федерации по строительству 

и жилищно-коммунальному комплексу 

в качестве учебника для студентов 

средних специальных учебных заведений, 

обучающихся по специальности 

08.02.07 «Монтаж и эксплуатация 

внутренних сантехнических устройств, 

кондиционирования воздуха и вентиляции»

УДК 628(075.32) 
ББК 31.32я723
          Р85

Р е ц е н з е н т ы: 

Голиков Е.П. – доцент кафедры автоматизации технологических 

процессов и строительных производств Московского института ком-
мунального хозяйства и строительства, канд. техн. наук; 

Абдулханов Н.Н. – директор научно-производственного центра 

«Энерготех», канд. техн. наук

Рульнов А.А.

Автоматическое  регулирование : учебник / А.А. Рульнов, 

И.И. Горюнов, К.Ю. Евстафьев. – 2-е изд., стерео тип. – М. : 
ИНФРА-М, 2019. – 219 с. – (Среднее профессиональное обра-
зование). 

ISBN 978-5-16-006216-7 (print)
ISBN 978-5-16-103910-6 (online)

Изложены основы методов автоматического контроля и регулирования 

основных теплотехнических параметров в инженерных системах зданий 
и сооружений; рассмотрены принципы действия и конструкции контрольно-
измерительных приборов,  автоматических регуляторов и управляющих 
устройств, широко применяемых при автоматизации систем тепло-, водо-
снабжения и водоотведения, вентиляции и кондиционирования воздуха. 
Рассмотрены вопросы составления схем автоматизации и монтажа первичных 
и вторичных приборов, автоматических регуляторов и соединительных 
линий; приведены сведения об особенностях их эксплуатации и освещены 
вопросы технико-экономической эффективности автоматизации инженерных 
систем.

Предназначен  для  учащихся строительных колледжей и техникумов, 

обучающихся  по  специальности 08.02.07 «Монтаж и эксплуатация внутрен-
них сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции».

УДК 628(075.32)

ББК 31.32я723 

ISBN 978-5-16-006216-7 (print) 
© Рульнов А.А., Горюнов И.И.,

ISBN 978-5-16-103910-6 (online) 
 
Евстафьев К.Ю., 2013

P85

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ќа современном этапе развитиЯ промышленного
и гражданского строительства, возведениЯ ЗинтеллектуальныхИ
(умных) зданий и сооружений, многочисленных коттеджей и инди-
видуальных домов, постоЯнного совершенствованиЯ и усложнениЯ
санитарно-технического оборудованиЯ необходимо автоматизиро-
ванное управление инженерными системами водо- и теплоснаб-
жениЯ, вентилЯции и кондиционированиЯ воздуха. …сли раньше
человек успешно справлЯлсЯ с задачами управлениЯ, то сегоднЯ его
возможности резко ограничены ввиду быстрой утомлЯемости,
субъективности в оценке возникающих ситуаций, ограниченной
скорости реакции на резкие изменениЯ режимных параметров
и т. п. ‚ результате функции управлениЯ в инженерных системах
все в большем объеме передаютсЯ автоматическим регулЯторам
и вычислительным устройствам.
‚ современных условиЯх от техника-монтажника требуютсЯ
знаниЯ не только инженерных систем и оборудованиЯ, но и авто-
матических устройств контролЯ и управлениЯ: от простейших при-
боров до микропроцессорных контроллеров (ЊЏЉ). ‘пециалист-
сантехник должен за показаниЯми измерительных приборов ЗвидетьИ
ход технологического процесса, скрытого за стенками сооружений,
машин и аппаратов, вмешиватьсЯ при необходимости в работу
автоматических систем регулированиЯ (Ђ‘ђ) и устранЯть простей-
шие неисправности в их работе. ‚се это невозможно сделать без
знаниЯ основных принципов автоматического регулированиЯ, осо-
бенностей устройства, монтажа и эксплуатации приборов и регу-
лЯторов. €зучение этих вопросов предусмотрено учебным планом
подготовки в строительных техникумах и колледжах техников по
специальности 2914 ЗЊонтаж и эксплуатациЯ внутренних сантех-
нических устройств и вентилЯцииИ.
“чебник составлен в соответствии с учебной программой
дисциплины ЗЂвтоматическое регулированиеИ, разработанной
в Џоволжском государственном межрегиональном строительном
колледже. Џри его написании авторы стремились максимально
приблизить материал к современному состоЯнию вопроса. Џри
этом математические выкладки ограничены рамками программы
средних специальных учебных заведений по математике. Ђвторы

старались просто и доступно, без громоздкого математического
аппарата изложить основные положениЯ автоматического конт-
ролЯ и регулированиЯ. …стественно, это не могло не сказатьсЯ на
глубине трактовки некоторых теоретических вопросов.
Ђвторы признательны рецензентам за ценные замечаниЯ и со-
веты при подготовке рукописи, а также проф. ‘.Ђ. ™елкунову
за предоставленные материалы из зарубежной практики автома-
тизации и с благодарностью примут все пожеланиЯ читателей,
направленные на устранение недостатков учебника.

ВВЕДЕНИЕ

‚ нашей стране и за рубежом с каждым годом рас-
ширЯютсЯ объемы работ по автоматизации инженерных систем
зданий и сооружений. ‚ каждом проекте строительства этих объек-
тов нарЯду со строительно-технологическими решениЯми разра-
батываютсЯ системы их автоматизации. ЂвтоматизациЯ сантехни-
ческих устройств и вентилЯции, входЯщих в состав инженерных
систем, ЯвлЯетсЯ одним из важнейших источников экономии
топливно-энергетических ресурсов, затрачиваемых на теплоснаб-
жение систем зданий и сооружений. ЂвтоматизациЯ призвана
также коренным образом преобразовать рабочие места, сделать
труд работников жилищно-коммунального хозЯйства (†Љ•) более
производительным, творческим и привлекательным. ќти важней-
шие социальные и экономические задачи постоЯнно подчеркива-
ютсЯ в постановлениЯх директивных органов нашей страны по
строительству и †Љ•. Ћсобое внимание в этих документах обра-
щаетсЯ на необходимость повышениЯ эффективности эксплуата-
ции зданий и сооружений за счет внедрениЯ нового оборудованиЯ
и средств автоматического контролЯ и управлениЯ.
ЂвтоматизациЯ инженерных систем и протекающих в них
технологических процессов С это совокупность технических
средств и методов, освобождающих человека в определенной
степени или полностью от функций контролЯ и управлениЯ. €наче
говорЯ, автоматизациЯ обеспечивает замену физического и умст-
венного труда человека, затрачиваемого на контроль и управление,
работой технических средств (от простейших измерительных при-
боров и регулЯторов до современных управлЯющих вычислитель-
ных машин), обеспечивающих это управление без вмешательства
человека, в функции которого входЯт только наблюдение за тех-
ническими средствами и подготовка их к работе.
’аким образом, автоматизациЯ ЯвлЯетсЯ высшей формой орга-
низации работы инженерных систем. Џри этом совокупность тех-
нических средств автоматики совместно с помещением (объектом
управлениЯ) и оборудованием, поддерживающим заданный режим,
образуют систему управлениЯ.
‹юбаЯ форма автоматизации инженерных систем (частичнаЯ,
комплекснаЯ, полнаЯ) всегда начинаетсЯ с автоматического

контролЯ за различными параметрами технологических процессов,
осуществлЯемого с помощью измерительных приборов. Љонтро-
лируемые параметры в инженерных системах различны: давление,
температура, уровень расхода воздуха, жидкости, энергии или
другой среды. ‚недрение автоматического контролЯ позволЯет
перейти к автоматическому управлению, которое организуетсЯ
чаще всего в виде двух ступеней. Ќа верхней ступени цель управ-
лениЯ С отыскание оптимального режима работы инженерной
системы, на нижней С обеспечение минимальных отклонений
теплотехнических параметров от их оптимальных значений,
т. е. стабилизациЯ параметров. Џри решении задач стабилизации
вместо автоматического управлениЯ чаще применЯют термин
автоматическое регулирование.
Ђвтоматическое управление инженерными системами сопро-
вождаетсЯ технологической сигнализацией и автоматической
защитой. ’ехнологическаЯ сигнализациЯ бывает команднаЯ, конт-
рольнаЯ, предупредительнаЯ и аварийнаЯ. ЉоманднаЯ сигнали-
зациЯ служит длЯ передачи типовых управлЯющих сигналов от
одного элемента управлениЯ к другому или объекту управлениЯ.
ЉонтрольнаЯ сигнализациЯ извещает обслуживающий персонал
о включении в работу или остановке отдельных механизмов обо-
рудованиЯ, о положении запорных органов на различных комму-
никациЯх. ЏредупредительнаЯ сигнализациЯ служит длЯ извещениЯ
персонала о возникновении опасных изменений эксплуатацион-
ного режима, грозЯщих аварией при их дальнейшем развитии.
ЂварийнаЯ сигнализациЯ информирует персонал о происшедшем
аварийном отключении оборудованиЯ.
ЂвтоматическаЯ защита предохранЯет от аварий механизмы
при недопустимых отклонениЯх параметров технологического про-
цесса или с помощью автоматической блокировки предохранЯет
механизмы от неправильных действий дежурного персонала (вслед-
ствие невнимательности или ошибочных действий при аварии).
ђазличают блокировки запретно-разрешающие и аварийные. Џер-
вые устранЯют возможность неправильных или несвоевременных
включений и отключений механизмов, а также несоблюдение
установленной технологическим регламентом очередности пуска
и остановки различных механизмов. ‚торые блокировки предна-
значены длЯ последовательного отключениЯ оборудованиЯ, распо-
ложенного до элемента инженерной системы, подвергшегосЯ
аварийному отключению.
ЌарЯду с автоматическим управлением в зданиЯх и сооруже-
ниЯх используютсЯ и другие виды управлениЯ, к которым прежде

всего относЯтсЯ дистанционное и телеуправление. „истанционное
управление С это ручное управление на расстоЯнии регулирующими
и запорными органами или отдельными механизмами, осущест-
влЯемое с помощью пневматических или электрических приводов.
‚ инженерных системах наибольшее распространение получили
электроприводы, двигатели или электромагниты, которые обычно
монтируютсЯ на регулирующем органе, а устройства управлениЯ
ими располагают на некотором расстоЯнии от него, чаще всего
в диспетчерском пункте. „истанционное управление применЯетсЯ
либо самостоЯтельно, либо параллельно с автоматическим управ-
лением. ’елеуправление С это более сложнаЯ форма дистанцион-
ного управлениЯ. Ћно осуществлЯетсЯ с помощью телемеханичес-
ких устройств, позволЯющих передавать большое число различных
сигналов одновременно по одной линии свЯзи или по небольшому
их числу. Ћба вида управлениЯ позволЯют реализовать диспетче-
ризацию, что необходимо длЯ четкой координации и взаимной
увЯзки режимов работы отдельных инженерных систем в соответ-
ствии с изменением нагрузок во времени.

Глава 1.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЯХ И ПРИБОРХ

1.1.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕХНИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

Џервой функцией управлениЯ, подвергшейсЯ автомати-
зации, было измерение. €змерительный прибор с индикатором
заменЯет органы чувств человека, обеспечивает быстрые и доста-
точно точные измерениЯ. Џри необходимости к нему можно под-
ключить регистрирующий прибор (ђЏ), записывающий динамику
изменениЯ технологических параметров (рис. 1.1). ќти данные
могут использоватьсЯ длЯ анализа протеканиЯ технологического
процесса (’Џ), а диаграмма, записаннаЯ регистратором, служит
отчетным документом. ”ункции оператора (Ћ) при автоматической
индикации сводЯтсЯ к определению ошибки управлениЯ, а также
реализации регулирующего воздействиЯ.
Ќебольшие технические усовершенствованиЯ позволили пе-
рейти от автоматической индикации к автоматическому контролю.
‚ этом случае оператор получает информацию об отклонении
технологических параметров от заданных значений. ‘истема авто-
матического контролЯ кроме измерителЯ и индикатора содержит
устройство сравнениЯ (“‘) и задатчик (‡„) С устройство, которое
помнит значение технологического параметра. ђазделение функ-
ций между оператором и системой контролЯ показано на рис. 1.2.
’аким образом, задачей контролЯ (от французского controle С про-
верка чего-либо) ЯвлЯетсЯ обнаружение событий, определЯющих

Рис. 1.1. Схема системы
автоматической индикации
Рис. 1.2. Схема системы
автоматического контроля

ТП

РП

О

УС
ЗД

ТП

РП

О

ход того или иного процесса. ‚ случае когда эти событиЯ обнару-
живаютсЯ без непосредственного участиЯ человека, такой контроль
называют автоматическим.
‚ажнейшей составной частью контролЯ ЯвлЯетсЯ измерение
физических величин, характеризующих протекание процесса. ’акие
величины называютсЯ параметрами процесса. ’ехнологические
процессы в инженерных системах характеризуютсЯ значениЯми
таких физических величин (параметров), как влажность, давление,
температура, уровень, расход и количество жидких и газовых сред.
€змерением называют нахождение значениЯ физической ве-
личины опытным путем с помощью специальных технических
средств. Љонечной целью любого измерениЯ ЯвлЯетсЯ получение
количественной информации об измерЯемой величине. ‚ про-
цессе измерениЯ устанавливаетсЯ, во сколько раз измерЯемаЯ
физическаЯ величина больше или меньше однородной с нею в каче-
ственном отношении физической величины, принЯтой за единицу.
…сли Q С измерЯемаЯ физическаЯ величина, [Q] С некото-
рый размер физической величины, принЯтой за единицу измере-
ниЯ, q С числовое значение Q в принЯтой единице измерениЯ,
то результат измерениЯ Q может быть представлен следующим
равенством:

Q = q [Q].
(1.1)

“равнение (1.1) называют основным уравнением измерениЯ.
€з него следует, что значение q зависит от размера выбранной
единицы измерениЯ [Q]. —ем меньше выбраннаЯ единица, тем
больше длЯ данной измерЯемой величины будет числовое значение.
Ќапример, длина 1 м равна 10 дм, 100 см и т. д.
ђезультат всЯкого измерениЯ ЯвлЯетсЯ именованным числом.
Џоэтому длЯ определенности написаниЯ результата измерениЯ
рЯдом с числовым значением измерЯемой величины ставитсЯ со-
кращенное обозначение принЯтой единицы измерениЯ. ‚ нашей
стране в соответствии с ѓЋ‘’ 9867Р61 с 1963 г. действует Њеж-
дународнаЯ система единиц измерениЯ, котораЯ сокращенно обо-
значаетсЯ ‘€. ‘ учетом результатов первого периода внедрениЯ
этого государственного стандарта в 1982 г. был введен в действие
новый ѓЋ‘’ 8.417Р81 Зѓ‘€. …диницы физических величинИ.
‚ настоЯщее времЯ система ‘€ принЯта в большинстве стран мира
и признана всеми международными организациЯми. ‘ведениЯ
о значениЯх измерЯемых величин называют измерительной ин-
формацией.

‘игналом измерительной информации называетсЯ сигнал, функ-
ционально свЯзанный с измерЯемой физической величиной (напри-
мер, сигнал от термометра сопротивлениЯ). ‘редством измерениЯ
называют устройство, используемое при измерениЯх и имеющее
нормированные метрологические свойства. ‘игнал измеритель-
ной информации, поступающий на вход средства измерений,
называют входным сигналом, получаемый на выходе С выходным
сигналом средства измерений.

1.2.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРЗОВТЕЛИ И ПРИБОРЫ

€змерительный преобразователь С это средство измерений,
предназначенное длЯ выработки сигнала измерительной инфор-
мации в форме, удобной длЯ передачи, дальнейшего преобразо-
ваниЯ, обработки и хранениЯ, но не поддающейсЯ непосредствен-
ному восприЯтию наблюдателем (в практике применЯетсЯ термин
ЗдатчикИ).
Џреобразователь, к которому подведена измерЯемаЯ величина,
т. е. первый элемент в измерительной цепи, называетсЯ первичным
измерительным преобразователем (рис. 1.3). Ќапример, электрод
сигнализатора уровнЯ, сужающее устройство (диафрагма) длЯ из-
мерениЯ расхода и т. п.

Рис. 1.3. Блок-схема измерительной цепи:

О — объект измерения; ПП — первичный преобразователь (датчик);
ПрП — промежуточный преобразователь; ИП — измерительный прибор

‚ системах автоматического контролЯ применЯютсЯ устрой-
ства длЯ выдачи сигнала о выходе значениЯ параметра за установ-
ленные пределы, причем сигнал поЯвлЯетсЯ при наличии самого
факта выхода независимо от его размера. ’акие устройства назы-
вают датчиками-реле или сигнализаторами.
„лЯ удовлетворениЯ возросших потребностей создана ѓосударст-
веннаЯ система промышленных приборов и средств автоматизации
(ѓ‘Џ), представлЯющаЯ собой организованную совокупность

О
ПП
ПрП
ИП

Входной
сигнал

Промежуточный
сигнал

Унифицированный
промежуточный сигнал

Выходной
сигнал