книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

между отдельными функциональными элементами блока характеризуются структурной схемой, приведенной на рис. 9-13. Передаточная функция линейной модели бло­ ка, соответствующая такой структуре, имеет вид:

sr JP + 1

функция (9-21) линейной модели реального блока пред­ варения (или соответствующее ей дифференциальное уравнение) близка к стандартному ПД-закону [выраже­ ние (9-17)] лишь при ограниченных частотах (скоро­ стях) изменений входного сигнала. В соответствии с пе­ редаточной функцией (9-21) область нормальной работы блока предварения по частоте ограничена сверху усло­ вием

Для большинства промышленных объектов соотно­ шение между основной рабочей частотой системы регу­ лирования и оптимальным значением параметра наст­ ройки Г д таково, что неравенство (9-22), как правило, удовлетворяется. Поэтому при расчете параметров на­ стройки блока предварения и ПДили ПИД-регуляторов АУС, реализованных с его применением, обычно можно пользоваться упрощенным уравнением (9-17) и соответ­ ствующей ему передаточной функцией. Однако в конце расчета целесообразно сделать проверку допустимости такого упрощения.

Установка нужной величины параметра настройки блока «времени предварения» — производится с помо-

•щью дросселя ДП (см. рис. 9-11). Настроечная головка дросселя имеет шкалу, оцифрованную непосредственно значениями времени предварения (в минутах). Градуи­ ровка этой шкалы производится при наладке прибора на заводе-изготовителе с погрешностью 10—45% номиналь­ ного значения.

332

Конструктивно блок предварения выполнен в виде набора цилиндрических шайб. Коммутация прибора с входной и выходной пневматическими трассами, а так­ же с источником воздухоснабжения производится через типовые присоединительные штуцера (см. рис. 9-3,г). Блок приспособлен для настенного монтажа.

Основные технические характеристики блока предва­ рения типа БП-28В даны в табл. 9-1.

со знаком «—». Кроме того, на вход блока может посту­ пать сигнал смещения, настраиваемый вручную в диапа­ зоне + 1,0 кгс/см2. Другими словами, суммирующий блок

Принципиальная схема суммирующего блока БС-34А приведена на рис. 9-14. Прибор имеет многовходовой элемент сравнения в виде блока (пакета) сдвоенных мембран, пружинное устройство смещения и трехкаскадный усилитель (пневмореле с усилением мощности и ста­ билизацией давления питания, охваченное жесткой от­ рицательной связью). Мембраны элемента сравнения де­ лят внутреннюю полость прибора на четыре основные камеры И, К, Л и М. Входные пневматические сигналы поступают непосредственно в камеры К, Л и М. Эффек­ тивная площадь F2 мембран, разделяющих камеры К и Л, больше, чем у остальных. Поэтому сигнал Р3, посту­ пающий в камеру К, создает на мембранном блоке уси­ лие, направленное вверх и вычитающееся из усилий сиг­ налов Pi и Р2. Камера И, соединенная с выходной линией, используется для отрицательной обратной связи, охва-

333

тывающей пневматическое реле. Таким образом, для реализации уравнения (9-23) в суммирующем блоке АУС используется одна жесткая отрицательная обратная связь, охватывающая пневмореле.

Рис. 9-14. Суммирующий блок БС-34А.

Рассмотрим принцип действия блока. Входные сиг­ налы поступают в камеры мембранного блока и разви­ вают на его мембранах соответствующие усилия. В рав­ новесном состоянии результирующее усилие от всех входных сигналов, включая усилия от предварительного натяжения пружин / и 5, компенсируется усилием, разви­ ваемым на нижней мембране в камере И выходным дав­ лением блока. Если теперь равновесие сил на мембран­ ном блоке будет нарушено (например, вследствие изме-

334

нения одного из входных сигналов), то произойдет пере­ мещение штока 4 с заслонкой 3 относительно сопла 2. Это приведет к срабатыванию пневматического реле, т. е. к изменению давления на его выходе и, следователь­ но, на выходе прибора. Изменения выходного давления будут продолжаться до тех пор, пока на мембранном блоке вновь не установится силовое равновесие. Если хотя бы один из входных сигналов будет изменяться не­ прерывно, то давление на выходе суммирующего блока также будет изменяться, стремясь повторить, «отсле­ дить» все изменения на входе.

Эффективные площади мембран блока подобраны так, что равновесие сил имеет место при достижении выходным давлением значения, определяемого выраже­ нием (9-23). Уравнение статики суммирующего блока можно найти из условия равновесия сил на его мембран­ ном пакете:

где F\, F2, F3 — эффективные площади соответствующих мембран (см. рис. 9-14), которые при конструировании и изготовлении блоков БС-34А выбраны так, чтобы удов­ летворялись условия

^3 ^3 /"з

т. е. чтобы статический коэффициент усиления по каж­ дому из выходных каналов был равен единице. Другими словами, по своему принципу действия суммирующий блок БС-34А представляет собой многовходовой компен­ сационный усилитель (П-блок) с ненастраиваемыми еди­ ничными коэффициентами усиления по входным каналам.

выходного сигнала по его шкале; вращая винт 6, можно изменять давление на выходе сумматора на любую вели­

335

нала. Экспериментальные частотные характеристики по­ казывают, что сумматор АУС достаточно точно описыва­ ется уравнением' безынерционного усилительного звена лишь при частоте входного сигнала не выше 2 рад/сек. На более высоких частотах появляются динамические искажения, вызванные ограниченным быстродействием пневматического усилительного реле. Указанное значе­ ние частоты следует считать границей области нормаль­ ной работы блока БС-34А.

Кроме операции алгебраического суммирования, с по­ мощью блока БС-34А может быть реализован ряд других линейных функциональных зависимостей, для чего доста­ точно определенным образом соединить между собой со-

Т а б л и ц а 9-2

Операции, реализуемые блоком типа БС-34А

336

ответствующие входные и выходные штуцера блока. Ма­ тематические выражения, описывающие эти операции, приведены в табл. 9-2.

Для уменьшения влияния колебаний давления пита­ ния на точность работы сумматора в нем применено так называемое трехкаскадное («компенсированное») пнев­ матическое усилительное реле (см. рис. 7-6,6). В послед­ нем давление к дросселю 8 подводится не непосредст­ венно от питающего штуцера, а через специальную про­ точную камеру Е. Приток воздуха в нее происходит через шариковый клапан 7, управляемый мембраной с отжим­ ным штоком. При такой конструкции усилительного реле колебания давления питания приводят лишь к измене­ ниям степени открытия шарикового клапана 7, не вызы­ вая изменений давления перед дросселем реле (в каме­ ре Е), что повышает точность работы блока.

В остальном конструкция суммирующего блока ана­ логична описанным выше конструкциям регулирующих блоков АУС. Кроме винта 6 для смещения выходного сигнала, других органов настройки блок БС-34А не имеет.

Технические характеристики суммирующего блока' БС-34А сведены в табл. 9-1.

») БЛОК СИГНАЛИЗАЦИИ РС-ЗЗА

Блок соотношения АУС (в терминологии заводов-изго­ товителей реле соотношения) типа РС-ЗЗА предназначен для умножения пневматического сигнала на постоянный настраиваемый коэффициент, т. е. для реализации опе­ рации:

Принципиальная схема блока соотношения приведе­

0,2 0,33 0,5 г з и

Рис. 9-15. Блок соотношения РС-ЗЗА.

создаваемое давлением выходного сигнала блока на мембране 8 в камере отрицательной обратной связи, охватывающей пневматическое усилительное реле П. При нарушении равновесия сил (моментов), действую­ щих на рычаг, он поворачивается вокруг своей опоры, что приводит к изменению зазора между соплом 10 и за­ слонкой 9, укрепленной на мембране 5. В результате дав­ ление на выходе реле (на выходе блока) также изменя­ ется, восстанавливая равновесие на рычаге.

Таким образом, выходной сигнал блока соотношения соответствует уравнению (9-27) (с некоторой статиче­ ской и динамической ошибками).

Основная погрешность при реализации блоком соот­ ношения уравнения (9-27) не превышает в статике 1%. При этом частота изменений входного сигнала не долж­ на превышать 2 рад/сек. Это значение частоты следует

338

считать границей области нормальной работы блока РС-ЗЗА.

Величина настраиваемого параметра — коэффициента усиления блока определяется соотношением эффектив­ ных площадей мембран и плеч рычага. Настройка коэф­ фициента на нужное значение осуществляется в диапа­ зоне 0,2—4 перемещением опоры 6 с помощью винта 3.

Конструктивное выполнение блока соотношения ил­ люстрируется рис. 9-15. Все основные узлы прибора—• приемный элемент, рычажная система и компенсацион­ ный усилитель-преобразователь крепятся на общем ос­ новании. В камеру приемного элемента введена пружина 12, действующая на ту же мембрану /, что и входной сигнал. С помощью этой пружины достигается «смеще­ ние» нуля отсчета входного сигнала на начало стандарт­

блока на заводе-изготовителе и изменять их предвари­ тельное натяжение, пытаясь, например, сместить начало

блока типа БС-34А, и потому не приводятся.

Основной измерительный рычаг 2 блока РС-ЗЗА сво­ бодно подвешен на поводке 5. Такое конструктивное ре­ шение позволяет достаточно надежно фиксировать поло­ жение рычага 2 в пространстве и избежать значитель­ ного трения. Перемещение ножевой опоры 6 при враще­ нии настроечного винта 3 происходит по специальным направляющим 4.

блока соотношения, в которой шкала настройки градуи­ рована в соответствии с квадратичной характеристикой

пов БФ-1 и БФ-2 предназначены для реализации опера-

ций умножения, возведения в квадрат и извлечения квад­ ратного корня, выполняемых над стандартными пневма­ тическими сигналами; блок БФ-2 может также исполь­ зоваться для деления одного сигнала на другой. Уравне­ ния математических операций, выполняемых блоками, приведены в табл. 9-3.

вкилограмм-силе на сантиметр квадратный.

2.Позиции даны по рис. 9-16.

Принципиальная схема блока БФ-2 приводится на рис. 9-16 (схема блока БФ-1 аналогична). Прибор дей­ ствует по принципу компенсации моментов. Входные сигналы Pi и Р2 создают вращающий момент, приложен­ ный к элементу сравнения — балансирному коромыслу /, который пропорционален результату выбранной матема­ тической операции над сигналами. Этот момент непре­ рывно автоматически уравновешивается моментом, раз­ виваемым выходным сигналом прибора в устройстве об­ ратной связи. Так, при выполнении операций умножения двух сигналов один из них подается в кожух сильфона 4, а другой — в кожух сильфона 5. Изменение первого сиг-

340

нала приводит к изменению величины усилия, передавае­ мого через шток 3 и ленточные тяги 2 на коромысло 1. Изменение же второго сигнала вызывает перемещение дна сильфона 5 и, как следствие, изменение плеча дей­ ствия силы от первого сигнала. При нарушении равно­ весия моментов, действующих на коромысло /, оно на-

4

Рис. 9-16. Функциональный блок БФ-2.

клоняется, изменяя зазор между заслонкой 8 и соплом 7,

ной обратной связи, где усилие развиваемое давлением •Рвых, создает момент, компенсирующий действие и из­ менения входных сигналов. Таким образом, выходной сигнал блока оказывается пропорциональным произве­ дению двух входных сигналов.

Для реализации других математических операций принципиальная схема блока несколько изменяется. Так, для возведения входного сигнала в квадрат он поступает в сильфоны 4 и 5 параллельно. При выполнении операции

34!