4 Класифікація промислових автоматичних регуляторів

Промислові автоматичні регулятори (АР) класифікуються за наступними ознаками (рисунок 4.1):

1. за видом регульованих технологічних параметрів, наприклад, автоматичні регулятори тиску, температури, рівня, складу, витрати, співвідношення;

2. за видом регулюючої дії, що надходить до ВМ:

1. безперервні – регулятори з аналоговим вихадним сигналом, наприклад, пневматичні, гідравлічні і деякі електричні (з ВМ пропорційної дії);

б) дискретні регулятори: імпульсні та позиційні.

Позиційні автоматичні регулятори використовуть ВМ з двома положеннями – відкритим і закритим. Потрібне значення регульованого параметру досягається періодичним вмиканням і вимиканням ВМ з переміщенням РО в крайні положення.

Імпульсні автоматичні регулятори працюють в комплекті з ВМ постійної швидкості і формують імпульси такої ширини, щоб ВМ перемістив РО в потрібне положення, наприклад, якщо ВМ типу МЭО має час сервомотора 60 с, то, щоб відкрити РО на 60%, автоматичний регулятор повинен зформувати імпульс включення тривалістю τ = 60∙0,6 = 36 с. Такі регулятори за принципом дії називаються широтно-імпульсними.

3. За видом зовнішньої енергії, що використовується регулятором:

1. регулятори прямої дії – не потребують додаткової енергії для переміщення РО. В них потужності чутливого елементу досить для переміщення РО, наприклад, поплавковий або буйковий регулятор рівня. Під’ємної сили чутливого елементу достатньо для закриття або відкриття РО;

2. регулятори непрямої дії потребують зовнішню енергію для переміщення РО за допомогою окремого ВМ.

4. За законом перетворення сигналу неузгодження:

1. пропорційний (П);

2. інтегральний (І);

3. диференційний (Д);

4. пропорційно-інтегральний (ПІ);

5. пропорційно-інтегрально-диференційний (ПІД);

4. За видом використовуваної енергії:

1. електричні;

2. пневматичні;

3. гідравлічні;

4. За типом статичної характеристики:

1. лінійні;

2. нелінійні;

4. За способом обробки інформації:

1. аналогові;

2. цифрові;

4. За конструктивним виконанням:

1. блочні;

2. модульні;

3. блочно-модульні;

Блочними називаються регулятори, розміщені в окремому корпусі (блоці), що захищає їх від дії агресивного середовища.

Рисунок 4.1 – Класифікація автоматичних регуляторів

Модульні – регулятори, виготовлені у вигляді модулів − друкованих плат стандартних типорозмірів, що приєднуються за допомогою стандартних роз’ємів і розташовуються в спеціальних каркасах або корпусах.

Блочно-модульні – регулятори, в яких використовуються як блочні, так і модульні принципи побудови, наприклад, в одному корпусі розміщується декілька модулів.

Модульні конструкції використовуються для покращення обслуговування та ремонту регуляторів.

9. За структурою:

а) приладні;

б) апаратні;

в) агрегатні.

Особливістю промислових приладних регуляторів є використання загального вимірюючого приладу, як для формування вимірювальної інформації, так і інформації для автоматизованої системи контролю (АСК) і для АСР (рисунок 4.2). Цим приладом є автоматичний компенсатор – вторинний вимірюючий прилад, що обладнаний перетворювачами для дистанційної передачі показань. Приклад: компенсаційний самописний автоматичний міст типу КСМ3 для вимірювання температури в комплекті з термометром опору.

При використанні електричної системи регулювання перетворювачем для дистанційної передачі сигналів може бути вбудований в прилад реохорд.

Перевага: мінімальна кількість апаратури.

Недолік: недостатня надійність АСУТП з приладними регуляторами тому, що вихід із ладу центрального вимірюючого приладу (компенсатора) приводить до виходу із ладу всіх систем АСУТП, тобто одночасно втрачається інформація про регульований параметр для оператора і для автоматичного регулятора. Це призводить до втрати контролю і управління ТОУ.

до АСР

Рисунок 4.2 – Структурна схема приладного автоматичного регулятора

Приладна структура автоматичного регулятора неприйнятна для регулювання потужних екологічно-небезпечних об’єктів внаслідок низької надійності автоматичного регулятора, тому були розроблені апаратні регулятори (рисунок 4.3), особливістю яких є:

1. Більша надійність за рахунок дублювання (резервування) джерел інформації по інформаційному і регулюючому каналам. Для цього використовуються окремі вимірюючі перетворювачі для АСК і АСР.

За регламентом системи захисту повинні бути незалежними від АСР і АСК, тому в АСУТП потужних об’єктів управління потрібно використовувати потрійний комплект вимірюючих перетворювачів.

2. В залежності від виду технологічного параметру використовуються різні типи елементів порівняння за типом і принципом дії, наприклад для датчиків, що мають струмові сигнали, елемент порівняння повинен сприймати струм.

Це означає, що необхідно використовувати елементи порівняння багатьох типів в залежності від типів використовуваних датчиків, наприклад з термопарними входами, з входами для термометрів опору, з входами для струмових сигналів, для диференційно-трансформаторних перетворювачів, для тензодатчиків тощо.

Рисунок 4.3 – Структурна схема апаратного автоматичного регулятора

Регулятори апаратної структури будуються за блочним або модульним принципами. При цьому всі вони мають єдиний тип регулюючого модулю або блоку і багато різних типів вимірюючих блоків або модулів.

Таким чином, така структура АР має недоліки:

− Велика кількість типів вимірюючих блоків для датчиків з неуніфікованими сигналами (окремі блоки для термопар, для термометрів опору, для диференційно-трансформаторних датчиків).

− Надлишкове резервування вимірюючих перетворювачів.

Агрегатна структура регулятора (рисунок 4.4). З метою зменшення номенклатури вимірюючої і регулюючої апаратури (тобто кількості їх типів) в регулятор вводиться нормуючий перетворювач, призначений для перетворення будь-яких неуніфікованих сигналів в уніфіковані струмові або за напругою сигнали ДСП (державної системи приладів):

Уніфіковані струмові сигнали: 0–5, 0–20, 4–20 мА.

Уніфіковані сигнали за напругою: одно- та двополярні 0–1, 0–2,5, 0–5, 0–10 В.

Особливістю струмових уніфікованих сигналів є можливість передачі інформації на велику відстань, тобто незалежність від опору з’єднувального кабелю, а також можливість послідовного приєднання кількох навантажень до одного джерела струму (автоматичних систем контролю, регулювання, захисту).

Рисунок 4.4 – Структурна схема агрегатного автоматичного регулятора

Основна перевага агрегатного регулятора:

1. Використання одного типу вимірюючого блоку, тобто значне скорочення матеріальних затрат (замість кількох різних блоків використовують один),

2. Збільшення надійності роботи.

Недоліки:

1. Підвищені вимоги до класів точності вимірюючого і нормуючого перетворювачів, наприклад, якщо КТ_ВП = 0,5, КТ_НП = 0,5, то

.

Якщо клас точності комплекту КТ_КОМП повинен бути не гіршим за 0,5, то тоді класи точності КТ_ВП і КТ_НП необхідно вибрати рівними 0,25, тобто для одержання заданої точності в агрегатному регуляторі необхідно використовувати значно складніші та дорожчі прилади.