13 Уровни агретизации, элементный, модульный (агрегатный) приборный, блочный

ПСА

1 Общие сведения о пневматических средствах автоматизации

Пневматические средства автоматизации (ПСА) представляют собой технические устройства и приборы, использующие энергию сжатого воздуха. ПСА пожаро- и взрывобезопасны, обладают высокой надежностью при работе в условиях агрессивных сред, электромагнитных воздействий и изменений температуры; достаточно просты в эксплуатации.К недостаткам ПСА относят низкий функционал, сравнительно низкое быстродействие, обусловленное небольшой скоростью передачи пневмосигналов (близкой к скорости звука в воздуховоде); невозможность построения высокоточных вычислительных устройств; относительно высокую энергоемкость.

Область применения Вследствие этого ПСА применяют чаще всего для автоматизации достаточно инерционных ТОУ с постоянными времени не менее 10-30 с; максимальная длина пневмокоммуникаций в таких системах управления не должна превышать 250- 300 м. Несмотря на эти ограничения, в химической промышленности ПСА составляют 60- 70% от общего числа средств автоматизации.

Уровень аналогового сигнала 20-100 кпа. Дискретные от 110 -1, до 10-0

Принципы конструирования ПСА. Серийные ПСА строят на основе принципов компенсации перемещений и сил; принцип сравнения расходов пока не нашел применения в приборостроении.

Устройства и приборы ПСА, построенные на принципе компенсации перемещений, основаны на преобразователях пневмосигналов в линейные перемещения и содержат механические рычаги, тяги и другие элементы. Такие устройства имеют сложную механическую часть, обладают небольшими коэффициентами усиления и низкой эксплуатационной надежностью. Принцип копменсации перемещений широко применяли при конструировании ПСА в 40-50-е годы; в 70- 80-е годы его иногда используют при создании встроенных регуляторов.

Устройства ПСА, базирующиеся на принципе компенсации сил, содержат преобразователи давлений в усилия и мембранные компараторы. Для таких устройств характерны почти полное отсутствие механических узлов, малые перемещения чувствительных элементов и большие коэффициенты усиления. На этом принципе сконструированы пневматические устройства и приборы ГСП [34,35].

16 Конструктивное оформление ПСА. Отечественные ПСА имеют четыре условных уровня агрегатизации: элементный, модульный (агрегатный); приборный и блочный.

Под элементом в ПСА понимают законченную конструкцию, предназначенную для выполнения одной простой операции (усиление, ^сложение, преобразование и т.п.). Элементы условно классифицируют а простые (неделимые) и сложные (составные). Простые элементы 'Дроссели, емкости, мембраны, пружины и др.) не имеют самостоятельного значения в ПСА, их используют для конструирования более ^:ложных элементов (типа пневмокамер, усилителей, реле и т.п.).

Совокупность элементов с унифицированными сигналами и единым конструктивным оформлением образует систему элементов. Применяемые системы элементов ПСА обычно избыточны, в их состав входят более сложные узлы, ячейки, модули с единым конструктивным оформлением. Отечественные ПСА базируются преимущественно на универсальной системе элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), комплексе миниатюрных элементов и модулей пневмоавтоматики (КЭМП) и - частично - системе элементов струйной техники.

Элементы ПСА по характеру изменения сигналов во времени разделяют на аналоговые и дискретные. Сигналы аналоговых элементов изменяются в стандартном диапазоне (20-100) кПа, дискретные сигналы принимают условное значение "О" (не более 10 кПа) и "1" (не менее ПО кПа). Питание всех элементов УСЭППА и КЭМП осуществляется сжатым воздухом давлением (140 ± 14) кПа.

Элементы УСЭППА и КЭМП конструктивно допускают "печатный" монтаж на платах с расположенными в них межэлементными каналами. Элементы УСЭППА имеют небольшие габаритные размеры - в среднем 40x40x50 мм; линейные размеры элементов КЭМП уменьшены в 1,5- 2 раза.

Элементы ПСА применяют для построения более сложных устройств - модулей (ячеек), выполняющих самостоятельные функции типа интегрирование, дифференцирование, запоминание и т.п. Конструктивно модуль представляет собой единое устройство, состоящее из группы элементов, которые закреплены на унифицированной плате и соединены внутренними коммуникационными каналами.

Модули с унифицированными информационными и конструктивными характеристиками называют агрегатами. Каждый агрегат предназначен для выполнения определенной функции системы контроля или регулирования, например сигнализации, стабилизации, регистрации. Агрегатные унифицированные системы (АУС) широко применяли в 50- 60-е годы для автоматизации химических производств.

Приборное конструктивное оформление ПСА предполагает размещение в корпусе одного прибора всех (или почти всех) ячеек, реализующих АСР - измерительного, задающего, регулирующего и регистрирующего устройства. Приборные ПСА строят по принципу компенсации перемещений, что снижает их функциональные возможности и усложняет эксплуатацию. Такие ПСА широко применяли для автоматизации химических производств в 30- 50-е годы; в настоящее время их иногда производят в форме встроенных регуляторов [34].

Блочное конструктивное оформление ПСА применяют при построении систем контроля и управления сложных ТОУ. В этом случае систему управления делят на ряд взаимосвязанных блоков, содержащих однотипные функциональные агрегаты или модули, например регуляторы, регистраторы, сигнализаторы и т.п. Блочная компоновка упрощает проектирование, монтаж и эксплуатацию пневматических систем управления. Блочный принцип построения широко используют при создании пневматических и пневмоэлектрических комплексов ТСА

Устройства и приборы ПСА, построенные по принципу компенсации перемещения, преобразуют пневматические сигналы в линейные перемещения и содержат рычаги, тяги и т.д. Такие приборы имеют низкие коэффициенты усиления и невысокую эксплуатационную надежность. В настоящее время этот принцип применяется при разработке встроенных регуляторов. Устройства ПСА, базирующиеся на принципе компенсации сил, содержат преобразователи давления (усилия) и мембранные компараторы. Для таких устройств характерно почти полное отсутствие механических узлов, малое перемещение чувствительных элементов и, следовательно, большие коэффициенты усиления.