книги из ГПНТБ / Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник

заданной величины регулируемого параметра. Этот прибор со­ стоит из набора элементов-модулей УСЭППА, установленных и скоммутированных друг с другом на монтажной плате. Прибор представляет собой регулятор с дистанционным заданием, полу­ чаемым от ручного задатчика вторичного прибора или от любо­ го другого устройства со стандартным пневматическим сигна­ лом. Основой регулятора ПР2.5 является пропорциональная ячейка, состоящая из двух мембранных сумматоров / и II (эле­ ментов сравнения) и дроссельного сумматора VI, образованного регулируемым Дрі и постоянным ДПі дросселями.

Если давление р3 и давление ри, поступающее от измеритель­ ного прибора-—датчика, равны, то вся система находится в рав­ новесии. Давление р3, пропорциональное заданному значению регулируемой величины, устанавливается ручным задатчиком, размещенным на вторичном измерительном приборе. Если изме­ ряемая величина превышает заданную, то сопло Сі будет при­ крываться и выходное давление сумматора I уменьшится. Это давление поступает в камеру отрицательной обратной связи Б\ сумматора / и на регулируемый дроссель Др\ дроссельного сум­ матора VI, настройка которого определяет степень воздействия отрицательной обратной связи. В камеры положительной обрат­ ной связи Д\ и Д 2 сумматоров / и II поступает давление р4 от ручного задатчика III, установленного в регулирующем блоке, которое определяет начальное значение выходного сигнала, на­ чальное положение регулирующего органа при р3— ря.

Задатчик III является пропорциональным регулятором дав­ ления прямого действия. Образовавшийся в мембранном сумма­ торе / сигнал рассогласования р\, равный алгебраической сумме сигналов р3, ри и ри, поступает к дроссельному сумматору VI, где суммируется с выходным сигналом регулирующего блока рвых, идущим из камеры А4 усилителя мощности IV, и корректируется в соответствии с П-законом регулирования. Выходное давление сумматора II, равное сумме давлений в камерах Л2 и Е2, посту­ пает на усилитель мощности IV и через сопло С4 выключающе­ го реле V — на выход прибора. Выключающее реле V служит для отключения регулятора при переходе на ручное управление путем подачи давления питания рк в камеру Л5. Сопло С4 при этом закрывается и открывается сопло С5 .

Усилитель мощности IV служит для усиления по мощности выходного сигнала регулятора. Воздух с выхода элемента срав­ нения поступает в камеру Г4. В камеру Л4 усилителя подводится воздух питания р0При повышении давления в камере Г4 мем­ браны прогибаются вниз, шток нажимает на шарик и открывает отверстие, соединяющее камеры ß 4 и Л4. Давление в камере ≤ 4 и на выходе усилителя повышается до значения, равного входно­

222

блока понижается. Вследствие этого в камере отрицательной об­ ратной связи Бі сравнительно быстро наступает новое состояние равновесия блока. После снижения давления р\ увеличивается поток воздуха из камеры Б2 через регулируемый дроссель Др\ и сопло С2 в атмосферу. Снижение давления в камере Б2 вызыва­ ет перемещение мембранного блока сумматора II вниз н повы­ шение давления на выходе регулятора. При этом повышается переток воздуха из линии на выходе регулятора через постоян­ ный дроссель ДП\ в камеру Б2. Движение мембранного блока сумматора II прекращается при достижении в камере Б2 дав­ ления, равного давлению ри в камере Д 2, но при более высоком значении давления рвых. При понижении давления ра или по­ вышении давления р3 регулятор сработает в том же порядке на понижение давления рВых-

Усиление уровня пневматического сигнала в пропорциональ­ ной ячейке (П-ячейке) достигается за счет охвата мембранного сумматора II отрицательной обратной связью. Однако такая структура ячейки склонна к автоколебаниям, для подавления ко­ торых вводятся две обратные связи — положительная в камеру В2 и отрицательная в камеру Г2. Автоколебания, возникающие в переходных режимах, затормаживаются с помощью постоянно­ го дросселя ДП2, включенного в линию положительной обратной связи. Изменяя степень открытия регулируемого дросселя Др\ в дроссельном сумматоре, можно изменять (настраивать) величи­ ну коэффициента усиления регулятора в пределах от 20 до 0,03 (что соответствует величинам диапазона пропорциональности, установленным в пределах 5—3000%)-

Конструктивно регулирующий блок ПР2.5 выполнен так, что он может быть установлен на вторичных измерительных при­ борах 2МП-30В или ЗРЛ-29В или отдельно от них с по­ мощью кронштейна и гнезда аналогично регулирующим блокам МАУС.

Пропорционально-интегральный регулятор ПР3.21. Назначе­ ние регуляторов ПР3.21 такое же, как и регулятора ПР2.5. Ре­ гулятор (рис. 167) состоит из двух частей: пропорциональной и интегральной. На входы этих частей поступают пневматические сигналы текущего р„ (от датчика) и заданного значений регули­ руемой величины рз (от задатчика, установленного на вторичном измерительном приборе).

Пропорциональная часть регулятора ПРЗ.2-1 образуется П- ячейкой, отличающейся от рассмотренной выше отсутствием ручного задатчика для установки начального значения выходно­ го сигнала при рц=рз- Пропорциональная часть состоит из мем­ бранных сумматоров / и II, дроссельного сумматора III, усили­ теля мощности IV и выключающего реле V. Интегральная часть

223

состоит из мембранного усилителя VII, дросселя Др2 и емкос­ ти VI.

Измеряемое давление ри подводится к камерам Д 7 усилите­ ля VII и Г1 сумматора I, давление от задатчика р3— к камерам Б7 усилителя VII и В\ сумматора I. Суммирование выходных си­ гналов пропорциональной и интегральной частей производится в П-ячейке. Такое суммирование достигается в том случае, ког­ да выход интегрирующего звена будет заведен на вход сумма­ торов / и II в камеры Д х и Д 2. Пропорциональная составляющая регулятора вводится в регулятор путем воздействия на отрица­ тельную обратную связь, степень ее воздействия настраивается регулируемым дросселем диапазона пропорциональности Д р х в пределах от 5 до 3000%- Астатическая составляющая закона ре­ гулирования вводится путем воздействия на положительную об­ ратную связь, степень ее воздействия настраивается регулируе­

Конструктивно регулятор ПР3.21 выполнен аналогично регу­ лятору ПР2.5. Его также можно устанавливать на вторичном из­ мерительном приборе 2МП-30В (или.ЗРЛ-29В) или отдельно от него.

ПИ-регулятор ПР3.21 применяется в масло-жировой про­ мышленности при регулировании температуры бензина, подава­ емого из подогревателя бензина в экстракторы; в сахарной про­ мышленности при регулировании температуры жомопрессовой воды, при регулировании расхода сока в мешалку ошпаривателя и т. д.

224

§ 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Гидравлические регуляторы относятся к регуляторам непря­ мого действия. Они предназначены для регулирования давле­ ния, разрежения, перепада давления, расхода, уровня, темпера­ туры и других параметров. Гидравлические регуляторы получи­ ли применение главным образом в теплосиловых установках предприятий пищевой промышленности. Источником энергии в гидравлической регулирующей аппаратуре является несжимае­ мая под давлением жидкость, обычно трансформаторное масло. Существует много видов и конструкций гидравлических регуля­ торов: струйные, золотниковые, дроссельные. Для автоматиче­ ского регулирования наиболее применимы гидравлические струйные регуляторы, основным элементом которых является струйное реле (однокаскадный усилитель).

Гидравлические струйные регуляторы являются агрегатной системой и комплектуются из определенного количества унифи­ цированных устройств: воспринимающих, усиливающих, задаю­ щих, исполнительных, стабилизирующих и синхронизирующих. Сочетание их позволяет получить регуляторы с различными ди­ намическими характеристиками.

Воспринимающие измерительные устройства изготовляются следующих видов: сильфонные типов УИС-1, УИРС-1, УИС-3, УИДС-2 и мембранные типов УИМИ-1, УИМС-1, УИМС-3, УИМВ-2. Они предназначены для восприятия импульсов по дав­ лению, разрежению или перепаду давления и преобразования их в усилия, передаваемые через систему рычагов на струйную трубку гидравлического усилителя.

Вкачестве усиливающих устройств применяются гидравличе­ ские усилители двух типов: однокаскадные УОКГ-4 и двухкас­ кадные УДКГ-4.

Вкачестве задающих устройств прйменяются задатчики ти­ пов МРН-І с ручной настройкой, УНК-1 с настройкой корректо­ ра, МДН-1 с дистанционной настройкой при помощи электро­ привода, МНПИ-1 с приводом от изодрома.

Исполнительные гидравлические устройства применяются

проходные СПГП с поступательным движением штока и криво­ шипные СПГК с поворотным рычагом.

Стабилизирующие устройства могут обеспечить жесткую и изодромную обратную связь и изготовляются двѵх типов: ИГ-1 и ИГ-2.

Синхронизирующие устройства — датчик ДСГ-1 и приемник ПСГ-1 — применяются в тех случаях, когда требуется управле­ ние несколькими регулирующими органами от одного регуля­ тора.

Источники питания — маслонасосные установки MCA—пред­ назначены для снабжения систем авторегулирования трансфор­ маторным маслом под давлением 785—1175 кПа.

227

15*

Рассмотрим работу одно­ каскадного струйного усили­ теля (рис. 169). Основным элементом усилителя является струйная трубка 2, шарнирно закрепленная на горизонталь­ ной пустотелой полуоси /, в которую подается масло под давлением около 785 кПа. Дви­ жение струйной трубки огра­ ничивается упорами 3. Струя масла с большой скоростью бьет из сопла на конце струй­ ной трубки и ударяется о плит­ ку 4, имеющую два приемных сопла, оси входных отверстий которых лежат в плоскости качания струйной трубки. При этом происходит преобразова­ ние кинетической энергии струи масла в потенциальную

вследствие этого давления в обеих полостях сервопривода 5, с которым соединены сопла, будут равны и поршень сервопривода будет неподвижным. При отклонении струйной трубки от сред­ него положения возникает перепад давления в соплах, причем тем больший, чем больше отклонение.

На выходе струйной трубки происходит сравнение сигнала от чувствительного устройства /Д с сигналом задатчика F3. При равенстве этих усилий струйная трубка находится в среднем по­ ложении и поршень сервопривода не будет перемещаться. При отклонении регулируемой величины от заданного значения на­ рушается равенство этих сил, струйная трубка отклоняется от среднего положения и под действием разности давлений масла поршень сервопривода начнет перемещаться. Направление пере­ мещения поршня сервопривода зависит от того, к какому соплу смещается струйная трубка, т. е. от знака рассогласования ре­ гулируемого параметра. Упоры 3 отрегулированы так, что при крайних положениях струйной трубки давление в одном из при­ емных сопел максимальное, а в другом — равно нулю.

Практически струйные усилители обеспечивают максималь­ ную мощность на выходе исполнительного механизма порядка 8—10 Вт. Если нужен усилитель большей мощности, то^применя­

228

ют двухкаскадный струйно-золотниковый гидроусилитель, отли­ чающийся от рассмотренного выше наличием второго золотнико­ вого каскада усиления большой мощности.

§ 4. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ СИСТЕМЫ «ТЕПЛОАВТОМАТ»

Комбинированная система «Теплоавтомат» состоит из серий­ но разработанных изделий и представляет собой систему, вклю­ чающую датчики с электрическим выходом, электронную аппа­ ратуру выработки закона регулирования, функциональные бло­ ки, преобразователи и исполнительные механизмы (гидравличе­ ские, пневматические или электрические). Система предназначе­ на для автоматического регулирования одного параметра, соот­ ношения или суммы нескольких параметров (температуры, уров­ ня, расхода, давления и т. д.) и позволяет обеспечить все основ­ ные законы регулирования (П, И, ПИ, ПИД).

Структурная схема регуляторов системы «Теплоавтомат?» представлена на рис. 170. Сигналы от датчиков 1 (датчики — первичные приборы с электрическим выходом) сравниваются с сигналом задатчика З Д в электронном регулирующем блоке 2. Усиленный электронным усилителем ЭУ сигнал разбаланса че­ рез преобразователь ЭМП и усилитель мощности УМ подается на исполнительный механизм 3 и регулирующий орган 6. В схе­ ме регулятора предусмотрены указатель положения 5, позволя­ ющий контролировать положение исполнительного механизма, пли устройство дистанционного ручного управления исполни­ тельным механизмом 4.

В зависимости от типа применяемого исполнительного меха­ низма (гидравлический, пневматический или электрический) ме­ няется вид преобразователя, усилителя мощности и в отдельных случаях датчика обратной связи Д 0.с. Остальные элементы регу­ лятора не изменяются при изменении типа исполнительного ме­ ханизма.

Ниже рассматриваются некоторые регулирующие и вспомо­ гательные блоки системы «Теплоавтомат».

Рис. 170. Структурная схема регулятора систе­ мы «Теплоавтомат».

Электронный регулирующий блок БЭР-2к. Блок БЭР-2к (рис. 171) предназначен для формирования П-, И- и ПИ-зако- нов регулирования и управления исполнительным механизмом.

Электрическая схема электронного регулирующего блока БЭР-2к в комплекте с гидравлическим исполнительным меха­ низмом АГП-1 показана на рис. 172.

Напряжение от датчиков, поступающее в сумматор через со­ противления Ri—# 3, уравновешивается напряжением задатчика, снимаемым с сопротивления Rs- Если регулируемая величина отклонилась от заданного значения, то сигнал небаланса, про­ порциональный рассогласованию, подается на левую сетку лам­

пы Л — усилителя. Далее сигнал через конденсатор С3 подается

на сетку лампы т. е. поступает во второй каскад усилите­

ля. Усилитель переменного тока охвачен стабилизирующей об­ ратной связью, которая подается на вход левой половины лам­ пы через сопротивление Лы и конденсатор С6.

Фазочувствительный выпрямитель состоит из обмоток сило­ вого трансформатора Тр (2X45 В), сопротивлений Ru и # 1 5 и диодов Ді и Д2. Усиленный вторым каскадом усилителя сигнал поступает в фазочувствительный выпрямитель, где выпрямля­ ется и сглаживается двухзвенным Г-образным фильтром. По­ стоянное напряжение, снимаемое с конденсатора Cs, пропорцио­ нально амплитуде входного напряжения усилителя переменного тока и косинусу угла сдвига фаз между ним и опорным напря­ жением фазочувствительного выпрямителя. Сигнал обратной связи по положению исполнительного механизма формируется при помощи дифференциально-трансформаторного датчика об­ ратной связи До.с, кинематически связанного с исполнительным механизмом, выпрямителей Ді и Д2 и сопротивлений Rss и # 3 7 . Эти элементы расположены вне блока БЭР-2к. Сигнал обратной связи через сменное сопротивление # 2 7 , потенциометр # 2 2 и

Рис. 171. Структурная схема блока БЭР-2к.

230

15а

Рис. 172. Электрическая схема блока БЭР-2к.