Автоматическое регулирование

Москва
ИНФРА-М
2021

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 коммунального 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. –  Москва : 
ИНФРА-М, 2021. – 219 с. – (Среднее профессиональное образование). 

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 контрольноизмерительных приборов,  автоматических регуляторов и управляющих 
устройств, широко применяемых при автоматизации систем тепло-, водоснабжения 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 внутренних 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 индивидуальных домов, постоЯнного совершенствованиЯ и усложнениЯ
санитарно-технического оборудованиЯ необходимо автоматизированное управление инженерными системами водо- и теплоснабжениЯ, 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 автоматических устройств контролЯ и управлениЯ: от простейших приборов до микропроцессорных контроллеров (ЊЏЉ). ‘пециалистсантехник 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 простейшие неисправности в их работе. ‚се это невозможно сделать без
знаниЯ основных принципов автоматического регулированиЯ, особенностей устройства, монтажа и эксплуатации приборов и регулЯторов. €зучение этих вопросов предусмотрено учебным планом
подготовки в строительных техникумах и колледжах техников по
специальности 2914 ЗЊонтаж и эксплуатациЯ внутренних сантехнических 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 контролЯ и регулированиЯ. …стественно, это не могло не сказатьсЯ на
глубине трактовки некоторых теоретических вопросов.
Ђвторы признательны рецензентам за ценные замечаниЯ и советы при подготовке рукописи, а также проф. ‘.Ђ. ™елкунову
за предоставленные материалы из зарубежной практики автоматизации и с благодарностью примут все пожеланиЯ читателей,
направленные на устранение недостатков учебника.

ВВЕДЕНИЕ

‚ нашей стране и за рубежом с каждым годом расширЯютсЯ объемы работ по автоматизации инженерных систем
зданий и сооружений. ‚ каждом проекте строительства этих объектов нарЯду со строительно-технологическими решениЯми разрабатываютсЯ системы их автоматизации. ЂвтоматизациЯ сантехнических устройств и вентилЯции, входЯщих в состав инженерных
систем, ЯвлЯетсЯ одним из важнейших источников экономии
топливно-энергетических ресурсов, затрачиваемых на теплоснабжение 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 важнейшие социальные и экономические задачи постоЯнно подчеркиваютсЯ в постановлениЯх директивных органов нашей страны по
строительству и †Љ•. Ћсобое внимание в этих документах обращаетсЯ на необходимость повышениЯ эффективности эксплуатации 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 умственного труда человека, затрачиваемого на контроль и управление,
работой технических средств (от простейших измерительных приборов и регулЯторов до современных управлЯющих вычислительных машин), обеспечивающих это управление без вмешательства
человека, в функции которого входЯт только наблюдение за техническими средствами и подготовка их к работе.
’аким образом, автоматизациЯ ЯвлЯетсЯ высшей формой организации работы инженерных систем. Џри этом совокупность технических 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. Љонтролируемые 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 управлениЯ 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 сопровождаетсЯ технологической сигнализацией и автоматической
защитой. ’ехнологическаЯ сигнализациЯ бывает команднаЯ, контрольнаЯ, предупредительнаЯ и аварийнаЯ. ЉоманднаЯ сигнализациЯ 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 оборудованиЯ, о положении запорных органов на различных коммуникациЯх. ЏредупредительнаЯ сигнализациЯ служит длЯ извещениЯ
персонала о возникновении опасных изменений эксплуатационного 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 процесса или с помощью автоматической блокировки предохранЯет
механизмы от неправильных действий дежурного персонала (вследствие невнимательности или ошибочных действий при аварии).
ђазличают блокировки запретно-разрешающие и аварийные. Џервые устранЯют возможность неправильных или несвоевременных
включений и отключений механизмов, а также несоблюдение
установленной технологическим регламентом очередности пуска
и остановки различных механизмов. ‚торые блокировки предназначены длЯ последовательного отключениЯ оборудованиЯ, расположенного до элемента инженерной системы, подвергшегосЯ
аварийному отключению.
ЌарЯду с автоматическим управлением в зданиЯх и сооружениЯх 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, осуществлЯемое 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 управлением. ’елеуправление С это более сложнаЯ форма дистанционного управлениЯ. Ћно осуществлЯетсЯ с помощью телемеханических устройств, позволЯющих передавать большое число различных
сигналов одновременно по одной линии свЯзи или по небольшому
их числу. Ћба вида управлениЯ позволЯют реализовать диспетчеризацию, что необходимо длЯ четкой координации и взаимной
увЯзки режимов работы отдельных инженерных систем в соответствии 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 автоматизации, было измерение. €змерительный прибор с индикатором
заменЯет органы чувств человека, обеспечивает быстрые и достаточно точные измерениЯ. Џри необходимости к нему можно подключить 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 перейти от автоматической индикации к автоматическому контролю.
‚ этом случае оператор получает информацию об отклонении
технологических параметров от заданных значений. ‘истема автоматического контролЯ кроме измерителЯ и индикатора содержит
устройство сравнениЯ (“‘) и задатчик (‡„) С устройство, которое
помнит значение технологического параметра. ђазделение функций между оператором и системой контролЯ показано на рис. 1.2.
’аким образом, задачей контролЯ (от французского controle С проверка 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 обнаруживаютсЯ 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 величины опытным путем с помощью специальных технических
средств. Љонечной целью любого измерениЯ ЯвлЯетсЯ получение
количественной информации об измерЯемой величине. ‚ процессе измерениЯ устанавливаетсЯ, во сколько раз измерЯемаЯ
физическаЯ величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физической величины, принЯтой за единицу.
…сли Q С измерЯемаЯ физическаЯ величина, [Q] С некоторый размер физической величины, принЯтой за единицу измерениЯ, 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 сокращенное обозначение принЯтой единицы измерениЯ. ‚ нашей
стране в соответствии с ѓЋ‘’ 9867Р61 с 1963 г. действует ЊеждународнаЯ система единиц измерениЯ, котораЯ сокращенно обозначаетсЯ ‘€. ‘ 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 информацией.

‘игналом измерительной информации называетсЯ сигнал, функционально свЯзанный с измерЯемой физической величиной (например, сигнал от термометра сопротивлениЯ). ‘редством измерениЯ
называют устройство, используемое при измерениЯх и имеющее
нормированные метрологические свойства. ‘игнал измерительной 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 информации в форме, удобной длЯ передачи, дальнейшего преобразованиЯ, обработки и хранениЯ, но не поддающейсЯ непосредственному 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 измерениЯ 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 устройства длЯ выдачи сигнала о выходе значениЯ параметра за установленные пределы, причем сигнал поЯвлЯетсЯ при наличии самого
факта выхода независимо от его размера. ’акие устройства называют датчиками-реле или сигнализаторами.
„лЯ удовлетворениЯ возросших потребностей создана ѓосударственнаЯ 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

средств измерений, автоматизации и управлЯющей вычислительной
техники, а также программных средств длЯ построениЯ автоматических систем измерениЯ, контролЯ, регулированиЯ, диагностики
и управлениЯ производственными процессами, технологическими
линЯми и агрегатами (ѓЋ‘’ 26.207Р83 Зѓ‘Џ. Ћсновные положениЯИ). Ќоменклатура технических средств ѓ‘Џ позволЯет создавать
самые разнообразные, любой сложности системы автоматического регулированиЯ и управлениЯ из стандартизованных средств
измерениЯ и автоматизации.
‚ зависимости от вида энергии питаниЯ, входных и выходных
сигналов ѓ‘Џ разделЯют на электрическую, пневматическую и гидравлическую ветви. ‚ инженерных системах применЯют в основном средства первых двух ветвей ѓ‘Џ, которыми предусмотрены
общепромышленные унифицированные электрические и пневматические сигналы передачи информации.
‘редство измерениЯ, с помощью которого измерительнаЯ информациЯ выдаетсЯ в форме, доступной длЯ непосредственного
восприЯтиЯ наблюдателем, называетсЯ измерительным прибором.
‚ практике автоматизации длЯ приборов, устанавливаемых на
щитах, применЯетсЯ термин вторичный прибор, т. е. устройство,
воспринимающее сигнал от первичного или передающего измерительного преобразователЯ и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шкалы, диаграммы,
интегратора, сигнального устройства).
Љ первичным преобразователЯм также относЯт и отборные устройства. Ћтборным устройством (отбором) называют устройство,
устанавливаемое на трубопроводах и технологических агрегатах
и служащее длЯ непрерывного или периодического отбора контролируемой среды и передачи значений ее параметров к измерительному преобразователю или измерительному прибору. ‚ отличие
от первичного измерительного преобразователЯ отборное устройство передает к измерительному прибору или преобразователю
измерЯемую величину, не изменЯЯ ее физической природы (например, отбор давлениЯ среды в технологическом аппарате и передача
его по импульсной трубке длЯ измерениЯ к манометру). €мпульсной трубкой называют трубопровод небольшого диаметра (обычно
от 1/2 до 2"), свЯзывающий объект с преобразователем или измерительным прибором.
‘овокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами свЯзи, предназначеннаЯ длЯ выработки сигналов измерительной информации
в форме, удобной длЯ обработки, передачи и (или) использованиЯ