книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

Схемы потенциометров и миллиамперметров состоят из со­ противлений, имеющих следующее назначение: Rv — сопротивле­

ния начала шкалы прибора; гп, г„ — подгоночные сопротивления, Rd — балластное сопротивление; Rv.т, R'v. т — сопротивления для ограничения и регулирования рабочего тока ИПС; Rc — сопро­ тивление для установки рабочего тока; RM— вспомогательное сопротивление, выполненное из меди, для потенциометров, рабо­ тающих в комплекте с термопарами, и из манганина для милли­ амперметров и потенциометров, работающих от источника посто­ янного напряжения.

130

Измеряемые э. д. с. и напряжение постоянного тока вклю­ чаются последовательно с электронным усилителем в одну из диагоналей измерительного моста. В другую диагональ включен источник стабилизированного питания ИПС, обеспечивающий постоянство рабочего тока в измерительной схеме.

* При изменении сигнала, подаваемого от любого датчика, пре­ вышающего зону нечувствительности усилителя, на вход усили­ теля УЭД подается сигнал в виде напряжения постоянного тока, который преобразуется в напряжение переменного тока и усили­ вается до величины, достаточной для приведения в действие дви­ гателя, вращающегося в ту или иную сторону до тех пор, пока напряжение, снимаемое с компенсационной схемы (с реохорда), не станет равным величине подаваемого сигнала. Движение выходного вала двигателя с помощью механической передачи (шкив и трос) передается движущейся каретке, на которой за­ креплен контакт реохорда, показывающий индекс и записываю­ щее устройство. В момент равновесия измерительной схемы по­ ложение стрелки определяет значение измеряемого параметра.

Таким образом, благодаря наличию электронного усилителя и реверсивного двигателя, приводящего систему в равновесие, осу­ ществляется непрерывное автоматическое измерение параметра.

Измерительная схема миллиамперметра отличается от схемы потенциометра только тем, что параллельно входу прибора вклю­ чено калиброванное сопротивление R. Ток от датчика, протекая по сопротивлению R, создает определенное падение напряжения, которое сравнивается с напряжением, выдаваемым измеритель­ ной схемой.

В потенциометре, работающем в комплекте с термопарами, сопротивление RMпомещено в непосредственной близости от сво­ бодных концов компенсационных проводов, боединяющих термо­ пары с прибором. При изменении температуры окружающего воздуха происходит изменение температуры свободных концов, а следовательно, величины сопротивления RM. Таким образом, на вершинах измерительной схемы возникает э. д. с., равная по ве­ личине изменению э. д. с. термопары вследствие изменения тем­ пературы свободных концов, в результате чего показания при­ бора остаются без изменения.

Для устранения помех к измерительной цепи потенциометра и миллиамперметра подключен многозвенный двойной Т-образ­ ный фильтр, состоящий из сопротивлений R ф,, R ^ и и кон­ денсаторов Сф,, Сфа и Сф3. При этом скорость прохождения ка­ реткой всей шкалы составляет 2,5 и 8 с.

Для измерения температуры с помощью термометра сопро­ тивлений применяется трехпроводная схема уравновешенного моста (рис. 87). Измерительная схема уравновешенных мостов состоит из сопротивлений: Rp— реохорда; Rm— шунта; R„ — за­ дания предела измерения; Дд — задания начала шкалы; гд и гн — подгоночные сопротивления; Ru R2, R3— плечи моста;

131

заний и состоит из добавочного реохорда, подвижной контакт которого укреплен па одной оси и жестко связан с контактом из­ мерительного реохорда. Поэтому оба контакта перемещаются од­ новременно.

Таким образом, каждому значению измеряемой величины соответствует определенное положение подвижного контакта на реохорде дистанционной передачи показаний. В многоточечных приборах такое устройство отсутствует.

Ис т о ч н и к с т а б и л и з и р о в а н н о г о п и т а н и я служит для питания измерительных схем потенциометров и миллиампер­ метров и выполнен в виде отдельного блока. Он питается напря­ жением 6,3 В отдельной обмотки силового трансформатора и дает стабилизированное напряжение 5 В при токе 5 мА и посто­ янной нагрузке 1000 Ом.

Р е в е р с и в н ы й с и н х р о н н ы й д в и г а т е л ь к о н д е н ­ с а т о р н о г о т и п а РД-09 предназначен для приведения изме­ рительной схемы прибора в равновесие. Статор двигателя имеет две одинаковые обмотки. Одна из обмоток включается в сеть через конденсатор, другая подключена на выход электронного усилителя. Ротор двигателя короткозамкнутый типа «беличье ко­ лесо». В корпус двигателя встроен редуктор, передаточное число которого определяет время пробега пишущей кареткой прибора всей шкалы. Передача от вала двигателя с встречным редукто­ ром к ролику, который через лавсановый тросик перемещает ка­ ретку вдоль шкалы, осуществляется внешним редуктором с пе­ редаточным отношением 1:1.

С и н х р о н н ы й д в и г а т е л ь с р е д у к т о р о м СД-54 при­ водит в движение следующие механизмы прибора: лентопротяж­ ный механизм, печатающее устройство и многопозиционный пе­ реключатель для многоточечных приборов.

Л е н т о п р о т я ж н ы й м е х а н и з м предназначен для пере­ мещения диаграммной ленты. Движение от выходного вала син­ хронного двигателя через редуктор передается на ведущий бара­ бан с пуклевками. Барабан, вращаясь, передает движение диаг­ раммной ленте, которая в отличие от приборов типа ЭПП, ДС, ПС вытягивается из ящика и затем складывается на нижнее основание кронштейна. Лентопротяжный механизм обеспечивает следующие скорости продвижения диаграммной ленты: 20; 60; 240; 720; 1800 и 5400 мм в 1 ч для одноточечных приборов и 60; 180; 600; 2400 и 7200 — для многоточечных приборов.

В одноточечных приборах запись измеряемой величины на диаграммной ленте осуществляется непрерывно при помощи з а - п и с ы в а ю щ е г о у с т р о й с т в а двух вариантов:

1. Устройство, в котором чернила подаются из неподвижного баллона по капилляру. Баллон с чернилами закреплен на кронш­ тейне. Подача чернил регулируется положением баллона.

2. Устройство с шариковым наконечником, укрепленным на каретке. В многоточечных приборах запись ведется путем нане-

133

•сения на диаграммную ленту точек с проставленными возле них номерами датчиков. Эти точки и номера отпечатываются при помощи печатающего устройства каретки через определеннее промежутки времени, называемые циклами.

Кбалансным приборам отно­ сятся также электронные авто­ матические дифференциально­ трансформаторные приборы с записью на дисковой диаграмме

вкомплекте с электрическими датчиками типа ДМ, ДК и МЭД. Приборы предназначены для

дистанционного измерения,запи­ си и регулирования величин, из­ менение которых может быть

на рис. 88.

Первичные обмотки соединены последовательно и питаются от трансформатора электронного усилителя ЭУ. Вторичные об­ мотки соединены по дифференциальной схеме с выходом на электронный усилитель. Внутри каждой катушки перемещаются плунжеры.

При питании переменным током первичных обмоток катушек в их вторичных обмотках индуктируются переменные напряже­ ния, фаза и величина которых будут зависеть от величины и на­ правления смещения плунжеров в катушках. Если плунжеры находятся в среднем положении, то напряжения, индуктируемые в каждой из секций вторичных обмоток, равны и направлены навстречу друг другу. Их разность равна нулю. При рассогла­ совании положения плунжеров в катушках приборов и датчика Д .появляется сигнал разбаланса, который усиливается электрон­ ным усилителем ЭУ. В зависимости от фазы напряжения раз­ баланса реверсивный двигатель PD будет вращаться в том или другом направлении. Двигатель с помощью кулачка перемещает плунжер в катушке прибора до момента согласования положе­ ния плунжеров датчика и прибора, т. е. до получения равен­ ства напряжений, индуктируемых во вторичных обмотках кату­ шек. Таким образом, каждому положению плунжера катушки датчика соответствует определенное положение плунжера ка­ тушки вторичного прибора. С осью реверсивного двигателя, кроме плунжера, соединяются также записывающие, показы­ вающие и регулирующие элементы прибора. В зависимости от модификации приборов в них встраиваются те или другие уст­ ройства для регулирования, счетчик-интегратор, реостатный за­ датчик.

134

Большая разнотипность применяемых датчиков вызывает, в свою очередь, использование разнообразных вторичных при­ боров. На щитах автоматического контроля у оператора скапли­ вается подчас значительное число вторичных приборов разного назначения и конструкции, по которым становится все труднее уследить за ходом технологического процесса. Унификация вы­ ходных сигналов датчиков, применение нормирующих преобра­ зователей привели к.созданию комплексов вторичных приборов, рассчитанных на работу с унифицированными сигналами.

В настоящее время разработан и освоен унифицированный комплекс аналоговых сигнализирующих контактных приборов АСК, позволяющий существенно усовершенствовать контроль и управление технологическими процессами. Имея приблизительно равную длину шкалы, приборы АСК занимают на щитах в 5— 10 раз меньшую площадь. Это позволяет размещать на единице поверхности щита или пульта значительно большее количество приборов, а в ряде случаев совсем отказаться от щитов, сосре­ доточив всю информацию на пультах.

Благодаря применению светового указателя приборы АСК обладают значительно большими информационными возможно­ стями, чем обычные щитовые электроизмерительные приборы, потенциометры и мосты. С помощью расположенных за шкалой специальных цветных светофильтров цвет светового указателя при выходе контролируемого параметра за установленные пре­ делы автоматически изменяется (например, становится красным или зеленым). Использование цвета указателя в качестве допол­ нительного источника информации существенно, облегчает на­ блюдение за показаниями приборов, так как оператору доста­ точно взглянуть на группу приборов, чтобы заметить, какуе параметры отклонились от нормы.

Приборы снабжаются также фоторезисторами, установлен­ ными вместе со светофильтрами таким образом, что световой указатель при отклонении за установленные пределы освещает фоторезисторы. Последние с помощью внешних релейных уст­ ройств дают возможность включать дополнительную сигнализа­ цию (например, звуковую) или осуществлять автоматическое регулирование контролируемого процесса.

Приборы удобно группируются, облегчая взаимное сопостав­ ление контролируемых параметров, и могут встраиваться в мне­ мосхемы. Аппаратура АСК включает в себя:

а) узкопрофильные приборы постоянного тока типа М-1730 и М-1731, в том числе вторичные приборы для датчиков ГСП;

б) узкопрофильные приборы переменного тока типа Э-390Ч- -нЭ-394; 'Д-390-ГД-393;

в) узкопрофильные приборы теплового контроля для измере­ ния температуры с помощью датчиков различного типа (МВУ6-41 для работы с термопарами; МВУ6-42 — с термометрами сопро­ тивления; МВУ6-43 — с радиационными пирометрами);

135

г) многоканальные приборы постоянного тока, в том числе вторичные приборы для датчиков ГСП и приборы для измерения температуры (типа М-1743—3-канальный; М-1740—4-канальный; М-1741—8-канальный; М-1742—12-канальный).

Узкопрофильные приборы (рис. 89, а) имеют плоский литой корпус I, закрытый крышкой. Внутри корпуса размещены изме­ рительный механизм (магнитоэлектрический, электромагнитный или ферродинамический), подвижная часть которого снабжена зеркалом, оптическая система и элементы измерительной схемы.

Рис. 89. Унифицированные приборы серии АСК

а — у з к о п р о ф и л ь н ы е ; б — многоканальные

С задней стороны корпуса расположен патрон осветительной лампы 2. Все электрические подключения производятся с по­ мощью штепсельного разъема. Шкала 3 снабжена прорезью, за­ крытой прозрачным матовым экраном 4, на который проекти­ руется световой указатель 5.

Сигнализирующие приборы снабжены двумя цветными свето­ фильтрами-шторками (слева— зеленый, справа — красньпг). Све­ тофильтры расположены за шкалой таким образом, что свето­ вой указатель при выходе измеряемой величины за установлен­ ные пределы изменяет свой свет.

Контактные приборы снабжаются фоторезисторами, связан­ ными со шторками. При достижении световым указателем уста­ новленного значения сопротивление фоторезистора резко умень­ шается, что может быть использовано для управления внешними релейными устройствами.

Многоканальные приборы (рис. 89, б) служат для одновре­ менного контроля параметров, имеющих одинаковый диапазон их измерения. Приборы рассчитаны на 3, 4, 8 или 12 каналов. Они имеют от одного до трех модулей. Каждый модуль содер­ жит 4 самостоятельных измерительных механизма с общей лам­ пой и общей оптической системой. Модуль трехканального при­ бора содержит 3 механизма. Шкала прибора имеет три прорези, закрытые матовыми экранами, по которым перемещаются свето­ вые указатели.

136

Р А З Д Е Л Т Р Е Т И Й

ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ

Г л а в а I. ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Основные агрегаты промышленности строительных материа­ лов— печи, мельницы, барабаны, сушилки и т. и., как правило, не простые объекты, для которых применимы простейшие одно­ контурные системы, состоящие из датчика, регулирующего при­ бора и исполнительного механизма. Системы стабилизации рас­ ходов, давлений, температур входят составной частью в много­ контурные системы автоматизации основных агрегатов. При создании систем автоматического регулирования для таких объ­ ектов необходимо учитывать индивидуальные особенности техно­ логического процесса того или иного конкретного объекта, ис­ следовать и выявлять закономерности поведения параметров, характеризующих работу агрегатов. Эти агрегаты сложны, об­ ладают значительным транспортным запаздыванием, взаимосвя­ занными регулируемыми величинами, отсутствием ряда специ­ фических приборов контроля технологического процесса, кото­ рые находятся в стадии разработки.

Остановимся на некоторых особенностях построения систем автоматического регулирования для сложных объектов. В на­ стоящее время ощущается острая нехватка специфических при­ боров контроля, характеризующих качество процесса (например, автоматических анализаторов тонкости помола цемента и шлама, гранулометрического состава клинкера, влажности шликера, влажности шлама и др.). Процесс создания таких приборов дли­ тельный, так как, помимо чисто аппаратурных трудностей, при­ ходится учитывать и то, что технологические процессы продол­ жают развиваться (усложняются существующие, разрабатыва­ ются новые с целью повышения производительности оборудова­ ния и улучшения качественных показателей конечного продукта). Возрастают габариты агрегатов. Разрабатываются новые техно­ логические объекты (струйные мельницы, мельницы типа «Аэро­ фол» и «Гидрофол» и др.), что потребует создания новых прибо­ ров контроля качества и систем автоматического регулирования. В связи с этим стоит вопрос, при помощи каких приемов созда­ вать системы автоматического регулирования в условиях, когда отсутствуют приборы, характеризующие качество процесса.

137

Например, давно было замечено, что машинист шаровых мельниц по шуму, издаваемому I камерой мельницы (т. е. по косвенному признаку), определяет уровень ее загрузки мате­ риалом. Экспериментальные работы показывают, что имеются параметры технологического контроля, косвенно связанные с по­ казателями качества технологического процесса. Так, электро­ акустический сигнал I камеры мельницы косвенно отражает за­ грузку мельницы материалом, размалываемость подаваемого сырья и состояние шаровой загрузки. Использование в этом слу­ чае косвенных методов измерения является одной из особенно­ стей при построении систем автоматического регулирования. При косвенном методе измерения вместо искомой величины измеряется другая величина, связанная с искомой.

Эта связь может быть однозначной и неоднозначной. В слу­ чае однозначной связи каждому значению искомой величины соответствует определенное значение измеряемой величины, и автоматический прибор можно градуировать непосредственно в единицах искомой величины. При неоднозначной связи изме­ ряемый параметр зависит не только от искомой величины, но и от других технологических параметров.

Наиболее часто встречается неоднозначная связь. В этом случае для получения однозначной зависимости необходимо ис­ следовать все прочие факторы, от которых зависит измеряемая величина, и либо стабилизировать их, либо, если возможно, ком­ пенсировать их влияние. Если это невозможно, то необходимо выявить степень связи искомой и измеряемой величин. Метод определения степени связи между двумя величинами на основе экспериментальных данных изложен в разделе I. Если суще­ ствует несколько измеренных величин, косвенно связанных с ис­ комой, то при прочих равных условиях выбирается та, степень связи которой с искомой величиной выше.

Сложные объекты, характерные для промышленности строи­ тельных материалов, обладают значительным транспортным за­ паздыванием и взаимосвязью контролируемых и регулируемых величин. Наличие в объекте транспортного запаздывания ослож­ няет построение системы регулирования и ухудшает качество ее работы. Объясняется это тем, что возмущения в объекте ре­ гулирования сказываются на регулируемой величине только спустя время, равное времени транспортного запаздывания, и только после этого регулирующий прибор придет в действие и начнется компенсация возмущений в системе. Это обстоя­ тельство ухудшает качество регулирования процесса, и требу­ ются значительные усилия, чтобы компенсировать влияние транс­ портного запаздывания на объект. Для этой цели применяются дополнительные промежуточные датчики контроля, используется двух- и более каскадное регулирование, при этом первому ка­ скаду придаются опережающие свойства, второму — корректи­ рующие.

138

В качестве промежуточной величины (рис. 24) может быть использована какая-либо величина 2 , связанная с регулируемой, но имеющая существенно меньшее транспортное запаздывание или совсем его не имеющая. Если эта промежуточная величина однозначно связана с регулируемой величиной, то регулирование последней можно полностью заменить регулированием промежу­ точной величины. Если связь не однозначная, то для коррекции необходимо использовать второй каскад регулирования с при­ менением в качестве датчика каскада конечной регулируемой ‘ величины у. Первый каскад бывает, как правило, необходим в случае больших транспортных запаздываний в объекте, так как использование только второго каскада подчас просто не­ возможно из-за наличия возмущений, которые регулятор не смо­ жет компенсировать, что приведет к раскачке системы.

Объекты с рядом регулируемых величин (например, во вра­ щающейся печи это расход топлива, шлама, воздуха) требуют нескольких регулирующих воздействий. В сложных объектах ре­ гулируемые величины обычно связаны между собой. Так, если наносить возмущение только одним регулирующим органом, а другие при этом стабилизировать, то по записи всех регули­ руемых величин на диаграмме многоточечного потенциометра мы увидим, что все контролируемые параметры" изменились

втой или иной степени, с той или иной скоростью. Для объекта

снесколькими взаимосвязанными регулируемыми величинами схема регулирования обычно представляет собой сложную си­ стему с перекрестными связями. При разработке сложных си­ стем автоматического регулирования необходимо учитывать эти обстоятельства.

Г л а в а II. НАСТРОЙКА РЕГУЛЯТОРОВ*

Известно, что в объекте регулирования непрерывно возни­ кают возмущения. Эти возмущения вызывают переходные про­ цессы. Целью настройки регуляторов является обеспечение наи­ выгоднейшего переходного процесса регулирования, который считается оптимальным, если наибольшее отклонения регулируе­ мой величины и длительность переходного процесса минимальны, а колебания затухают достаточно интенсивно.

Для настройки переходного процесса регулирования необхо­ димо осуществить выбор оптимальных значений параметров ста­ тистической и динамической настройки регуляторов.

1. Настройка регуляторов серии РПИБ

Статическая настройка. Органами статической настройки ре­ гуляторов являются потенциометры «чувствительность», «кор­ ректор», «чувствительность задатчика» и «зона нечувствитель-

* При изучении материала настоящей главы необходимо пользоваться принципиальными схемами приборов РПИБ и РП-2.

139