3. Пневматические регуляторы и приборы

В состав регулятора ПР 1.5 (рис. 3.2, а) входят задатчик для выработки сигнала РЗ, переключатель П, усилители давления УС и мощности. Переключатель П позволяет изменять знак обратной связи АСР в зависимости от характеристик ИМ и РО (нормально открытый и нормально закрытый). В частности, при коммутации сигналов P₁ и Р_З в соответствии с пунктирными линиями Р = sing (Р_З - P₁ ).

Этот регулятop (рис.3.2, б) содержит переключатель П для смены знака обратной связи в АСР; четырехвходовой элемент сравнения ЭС, в котором определяют знак сигнала =Р₁-Р_з- 0,5Г; усилитель мощности; реле R₁, реализующее функцию отрицания НЕ; выключающее реле ВР; усилитель расхода / для формирования дискретного сигнала "1" и трехмембранные реле R₂ и R₃, обеспечивающие получение зоны гистерезиса ±0,5Г. В регуляторе используют задатчики (на рис. 3.2, б не показаны) для генерирования давлений Р_З, 0,5Г, "1" и малого подпора для реле R₁, R₂, R₃. Сигнал 0,5Г вводят в реле R₂ и через одно из его сопел в камеру В или Г элемента сравнения ЭС, выход которого s инвертируют в Rb усиливают по расходу и при Рк=0 подают через выключающее реле ВР на ИМ (при Р_к=1 на выходе регулятора Р*=0 при любом Р). Одновременно сигнал ,  =0 или 1, переключает ПС реле R₂, R₃, что ведет к смене знака слагаемого 0,5Г в сумматоре ЭС.

Рис.3.3. Схема П-регулятора типа ПР2.8.

Регулятор ПР2.8 (рис.3.3) состоит из переключателя П, дроссельных сумматоров ₁ и  ₂, элемента сравнения ЭС, усилителя мощности и выключающего реле ВР. Разность давлений P₁ - Р₃ вводят через переключатель П в сумматор  ₁, состоящий из двух постоянных ПС с проводимостями a₁ и а₂ и регулируемого ПС с проводимостью b₁. На выходе  ₁ имеем сигнал P_Б-P_B=k₁(P₁-Р₃), где k₁=a₁/(a₁+2b₁), k₁ (0,01;0,99); Р_Б, Р_В - давления в камерах Б и В элемента сравнения ЭС. Аналогично Р_Г - Р_Д = k₂(P₀ - Р), где К₂=а₂/(а₂ + 2b₂), k2  (0,01; 0,99). Равновесный режим регулятора возможен при P_Б-P_B + Р_Г - Р_Д = 0, откуда Р - (Р₁ -P₃)k₁/k₂+P₀.

Для изменения параметра настройки =k₂/k₁ в регуляторе используют пневмосопротивления с проводимостями b₁ и b₂. При настройке  от 100 до 3000% варьируют проводимостью b₁ (при закрытом ПС с проводимостью b₂ и k₂ l). Для настройки  от 2 до 100% изменяют проводимость b₂; (дроссель b₁ при этом закрывают полностью, так что k₁ l и  k₂). Выходной сигнал Р усиливают по мощности в точном повторителе типа П2П.7 и при P_k = 0 через реле ВР передают на ИМ (при P_k=l командный сигнал Р=0). Для формирования давлений Р₃, Р₀ используют дополнительные задатчики. Постоянный дроссель р перед усилителем мощности служит для ослабления автоколебаний, возникающих в контуре "ЭС-Z".

Динамические   режимы   работы   регулятора   ПР2.8   описывают   в   первом приближении передаточной функцией W(s)=W_п(s)/, где W_п(s)=(T₂s+l)/[(T₁s+l)(Г₃s+l)]. Постоянные времени Т₁ и Т₂ зависят от коэффициентов усиления сумматоров  ₁,  ₂ и объема "паразитных" глухих камер ЭС. Постоянная Т₃ характеризует проводимость дросселя р и объем глухой камеры усилителя мощности. Обычно T₁, Т₂, Т₃ менее 0,1 - 0,20 с, поэтому при <0,15 рад/с функция W_п(s) l и ПР2.8 рассматривают как П-регулятор.

Рис. 3.4. Схема ПИ-регулятора типа ПР3.31

Регулятор (рис.3.4) условно разделяют на интегральный, пропорциональный и усилительный узлы. Интегральная составляющая ПИ-закона вырабатывается мембранным сумматором  и глухой камерой V, охваченными положительной обратной связью ПОС, которая вводится в камеру Б сумматора. Входной сигнал P₁ - Р₃ = Р проходит через переключатель П, сумматор Z, выключающее реле ВР, и на выходе интегрального узла P_и(s) = P(s)/(T_иs), где Т_и- постоянная времени глухой камеры).

Сигнал Р_и через повторитель вводят в пропорциональный узел, образованный линейными дроссельными делителями ₁, ₂; и усилителем давления УС. Из условия равновесия сил на сумматоре УС определяется выходное давление

P=(P₂-P_и)k₁/k₂+P_и

где k_j = b_j/(a_j + b_j), j = 1,2; a₁, a₂, b₁, b₂ - проводимости ПС сумматоров ₁, ₂.

Сигнал

P₂(s)= P(s)+P(s)/(T_иs),

поэтому

P(s)= P(s)k₁/k₂+P(s)/(T_иs),

и передаточная функция регулятора ПР3.31 принимает вид:

W(s)=P(s)/P(s)-k₁/k₂+l/(T_иs )=l/+l/(T_иs)

где  =k₂/k₁. Настройку параметра  в интервале от 2 до 100% осуществляют проводимостью b₂ (при установке b₁ на отметку 100% и k₁ 1). При b₂=0 коэффициент k₂ 0, и предел пропорциональности  0, Если регулируемый дроссель открыт и b₂>>а₂, то k₂=l, и d 100%.

Настройку параметра  в интервале 100-3000% осуществляют проводимостью b₁ регулируемого ПС (при открытом дросселе с проводимостью b₂). Время Т_и изменяют независимо от  регулируемым дросселем b₃ глухой камеры в интервале 3-6000 с.

Узел усиления содержит точный мощный повторитель типа П2П.7, на входе которого установлен дроссель r для демпфирования автоколебаний в усилителе расхода. Выключающие реле ВР1, ВР2 по команде Р_к = 1 отключают глухую камеру V и регулятор от ИМ. Одновременно с этим линия ИМ соединяется с камерами V и Б сумматора , что позволяет осуществлять "безударное" включение регулятора в работу при переводе с ручного режима на автоматический.

Динамику регулятора ПР3.31 характеризуют в малом передаточной функцией:

W(s)=[l/+l/(T_иs)]W_п(s),

где W_п(s) = (1+C₁s+C₂s)/[(T_иs+)(1+C₃s+C₄s²)], параметры C₁ - C₄ зависят от значений k₁, k₂ и . При 10<<3000% и <0,3 рад/с функция W_п(s) несущественно отличается от 1, и блок ПР3.31 рассматривают как ПИ-регулятор.

Регулятор ПР3731 Г (рис. 3.5, а) состоит из узла соотношения и ПИ -регулятора типа ПР3.31, конструктивно оформленных как один прибор. Узел соотношения координат P₁ и P'₁ построен на базе двух дроссельных делителей, каждый из которых имеет постоянные и регулируемые ПС с проводимостями a₃, b₃ и а₄, b₄.

Рис.3.5. Схемы регуляторов соотношения.

а - типа ПР3.33; б - типа ПР3.34.

Давление на выходе узла

P_Г-P_Д=k₁(P'₁-P₀)-k₂(P'₁-P₀)

где k_j=a_j/(a_j+b_j), j= 3,4; Р₀-опорное давление от задатчика, Р₂= 20 кПа. В статике Р_Г - Р_Д = 0, поэтому

k₂/k₁=(P₁-P₀)/(P'₁-P₀)=C₀

Настройку С₀ осуществляют регулируемыми ПС с проводимостями b₃ и b₄. В частности, если b₃ = 0, то k l, и изменяя проводимость b₄ от 0 до 100%, можно устанавливать С₀ в интервале от 0,1 до 1. Если b₃=100% и k₁ 0,01, от вариации b₄ изменяют С₀ от 1 до 10.

Этот регулятор отличается от прибора ПРЗ.ЗЗ только узлом соотношения, схема которого приведена на рис.3.5,б. В узел соотношения введен повторитель давления Р₄ с двумя переменными ПС, выполняющими роль дросселя b₄. Узел соотношения в общем случае нелинеен, поэтому при его индивидуальной настройке и линеаризации в малом отношения Р₄/Р₁ или P₄/P₁ используют дроссели b₅, b₆ и опорное давление Р₀.

Регулятор ПР3.35 (рис.3.6) содержит блоки предварения Д, пропорциональный П и интегральный И. Блок Д представляет собой устройство прямого предварения типа ПФ2. 1 (без оконечного усилителя мощности). Его выходной сигнал P₁ = P₁+T_пP₁ вводят в пропорциональный блок П, представляющий регулятор типа ПР2.8. Интегральный узел И построен в основном аналогично интегральному блоку регулятора ПР3.31 (элементы П, ЭС, ВК, V и ПОС на рис.3.4), однако его дроссельный делитель с ПС b₁, а₁ перенесен в регуляторе ПР3.35 в блок П.

В блоке П суммируют сигналы P₁/, Р₃/ и S(P₁-P₃)dt/T_и, образуя командное давление Р. Настройку регулятора ПР3.35 осуществляют с помощью регулируемого дросселя b₁ (предел пропорциональности  изменяется от 100 до 3000%), ПС b₂ (параметр  варьируется от 2 до 100%); дросселем b₃ устанавливают время интегрирования Т_и от 3 до 6000 с, а ПС b₄ в устройстве предварения ПФ2.1 - время Т_п от 3 до 600 с.

Каждый узел регулятора ПР3.35 имеет выключающее реле, что позволяет осуществлять его безударное включение при смене режима управления с ручного на автоматический. Регулятор имеет два переключателя, обеспечивающие возможность работы как с нормально открытыми, так и с нормально закрытыми ИМ и РО.

Рис. 3.6. Схема ПИД - регулятора типа ПР3.35.