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

сток схемы). Легко заметить, что пропорциональная

емкости 4) не изменяется и регулятор реализует пропор­ циональный закон (10-9) с пределами пропорционально­

(10-9) в первом приближении движение регулятора под­

развивают на мембранах элемента 2 усилия, которые

давлением Р 2 . Изменение давления Р и вновь вызовет разбаланс усилий на мембранном блоке элемента срав­ нения. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, по­ ка не исчезнет перепад давлений на дросселе 3, что воз­ можно лишь при соблюдении условия

т. е. при равенстве значений регулируемой и заданной

ВеЛИЧИН. СКОРОСТЬ ИЗМенеНИЯ ВЫХОДНОГО ДаВЛеНИЯ Рвых

будет пропорциональна величине входного сигнала хвх и степени открытия дросселя 3,

382

Таким образом, в первом приближении, если прене­ бречь паразитными инерционностями и отклонениями характеристик элементов от линейных, в регуляторе реа­ лизуется ПИ-закон. Диапазон настройки постоянной ин­ тегрирования ТІ от 3 сек до 100 мин.

На рис. 10-20 приведена полная структурная схема регулятора ПРЗ-21, отражающая динамические взаимо­ связи между отдельными элементами. Передаточная функция линейной модели регулятора имеет вид:

(10-20)

где бет — диапазон дросселирования, определенный по статической характеристике (10-19).

Особенностью регулятора является наличие в нем балластного звена, обусловленного паразитными инер­ ционностями (задросселированными камерами обрат­ ных положительной и отрицательной связей на входе элемента 5). Численные значения паразитных постоян­

ми настройки регулятора. Границы 1 и 2 определяются

383

найдено по частотным характеристикам балластного зве­ на и ограничивает ОНР по максимальной частоте вход­ ного сигнала. Если условия применения регулятора (час­ тота изменений входного сигнала и параметры настрой­ ки) соответствуют заштрихованной области рис. 10-21, то можно считать, что в регуляторе достаточно точно ре­ ализуется ПИ-закон

к выходной линии, что облегчает плавный переход с руч­ ного управления на автоматическое.

В конструктивном отношении регулятор ПР3.21 вы­ полнен аналогично регулятору ПР2.5. Подсоединение всех пневматических линий производится через штекер­ ную вилку, которую можно включить в специальное гнездо на задней стенке вторичного прибора или в ком­ мутационную колодку, смонтированную вблизи регули­ руемого объекта.

Технические характеристики регулятора ПР3.21 си­ стемы «Старт» приведены в табл. 10-1.

384

10-5. РЕГУЛЯТОРЫ СООТНОШЕНИЯ ПР3.23 И ПР3.24

Входящие в систему «Старт» приборы типов ПР3.23 и ПР3.24, называемые регуляторами соотношения, пред­ назначены для автоматического регулирования соотно­ шения двух параметров путем воздействия на один из них по ПИ-закону. По своему назначению регуляторы соотношения системы «Старт» аналогичны регулирую­ щим блокам типа РБС, входящим в АУС (см. § 9-1). Регулятор соотношения ПР3.23 используется для под­ держания соотношения двух параметров на заданном постоянном значении, а ПР3.24 предназначен для следя­ щего регулирования отношения двух технологических параметров с коррекцией величины этого отношения по третьему параметру.

Закон регулирования, реализуемый регуляторами со­ отношения системы «Старт», может быть описан следу­ ющими уравнениями:

отношение которых надо регулировать; б, 7*—парамет­

ПР3.23 приведена на рис. 10-22. Схематично прибор мо­ жет быть представлен в виде последовательного соеди­ нения двух функциональных частей: вычислительной В

ирегулирующей Р.

Впервой из них формируются сигналы, соответству­

соотношение технологических параметров. Входные сиг­ налы Xi и х2 [Р\ и Р2) от датчиков параметров посту­ пают к дроссельным сумматорам-делителям 1 и 2, дру­ гой полюс которых соединен с источником давления условного нуля пневматических сигналов (0,2 кгс/см2)—• задатчиком 3. Каждый делитель состоит из постоянного и регулируемого дросселей, соединенных последователь­ но, причем средняя точка (между дросселями) соедине-

на с выходным каналом. Легко показать, что в такой схеме соединений на выходе каждого из делителей фор­ мируется сигнал

пропорциональный величине соответствующего техноло­ гического параметра. При этом учитывается, что пнев­ матические сигналы РІ на выходе датчиков обычно свя-

8І Г

Рис. 10-22. Регулятор соотношения ПР3.23.

заны с контролируемыми ими параметрами Хг соотноше­ нием вида

ветствующее верхнему пределу его измерения; Р , — дав­ ление, кгс/см2.

поступает на входы регулирующей части Р, реализую­ щей ПИ-закон регулирования (10-22) по схеме, полно­ стью аналогичной схеме регулятора ПР3.21 (см. § 10-4). Благодаря астатизму, свойственному регулирующей час­ ти, в замкнутой системе регулирования соотношения вы­ ходной сигнал х в ы х регулятора будет изменяться до тех пор, пока не исчезнет ошибка регулирования на входе

386

регулирующей части, т. е. пока не будет выполнено ус­ ловие

* р . в х = k[x{ — k'2X2 = О

или

чki

Таким образом, регулятор типа ПР3.23, воздействуя по ПИ-закону на технологический процесс, поддержива­ ет постоянным заданное

нальный элемент 2. Проводимость этого дросселя опре­ деляется степенью открытия сопла (зазором между соп­ лом и мембраной, играющей роль заслонки). В свою оче­ редь зазор, зависит от давления в верхней «проточной» камере элемента 2, которое может изменяться под дейст­ вием корректирующего сигнала — входного давления Яз.

Любое изменение сигнала Р% приводит к изменению давления в верхней камере элемента 2, что вызывает изменение зазора между соплом и мембраной элемента и, как следствие, изменение коэффициента k\ одного из дроссельных делителей. В остальном принцип действия регулятора типа ПР3.24 такой же, как и регулятора ПР3.23. Другими словами, прибор ПР3.24 действует как регулятор соотношения двух технологических парамет­ ров с автоматической коррекцией величины этого соот-

ношения по третьему параметру. Степень (коэффициент) воздействия корректирующего сигнала может настраи­ ваться изменением проводимости дросселя 3 в пределах 0,05—0,95.

Необходимо иметь в виду, что в дроссельном сумма­ торе линии Р2, содержащем управляемый дроссель, в ка­ честве условного нуля используется атмосферное давле­ ние, а не опорное давление 0,2 кгсісм2, соответствующее начальному значению стандартных пневматических сиг-

Г,р+кг

ПР+>

налов. Поэтому регулирование корректируемого соотно­ шения двух параметров с помощью прибора типа ПР3.24 возможно лишь в достаточно узком диапазоне их изме­ нений или при условии предварительного масштабного преобразования сигнала Р2.

Динамические характеристики регуляторов соотноше­ ния типов ПР3.23 и ПР3.24 аналогичны, что определяет­ ся близостью их принципиальных схем и почти полной тождественностью структурных. От рассмотренной ра­ нее структуры регулятора ПР3.21 (см. рис. 10-19) струк­ турная схема этих регуляторов (рис. 10-24) отличается наличием дополнительных апериодических звеньев, от­ ражающих инерционные свойства входных дроссельных делителей (вычислительной части прибора). В соответ­ ствии со схемой рис. 10-24 передаточная функция линей­ ной модели регулятора соотношения по каналу управ-

388

ляемый параметр Pi — выход регулятора РВых имеет вид:

инерционностей Ті и Т2 приводит к заметному ограниче­ нию их ОНР. Частотная граница ОНР определяется для

мощью дросселя в регулирующей части прибора. Конструктивно регуляторы соотношения ПР3.23 и

ПР3.24 выполнены аналогично П- и ПИ-регуляторам системы «Старт». Технические данные регуляторов соот­ ношения приведены в табл. 10-1.

10-6. П Р И Б О Р П Р Я М О Г О П Р Е Д В А Р Е Н И Я ПФ2.1

Входящий в систему «Старт» прибор прямого предваре­ ния типа ПФ2.1 предназначен для введения в закон ре­ гулирования воздействия по производной (скорости из­ менений) регулируемого параметра. Обычно этот при­ бор включают в систему регулирования последовательно

389

с П- или ПИ-регулятором для формирования ПДили ПИД-законов. Поэтому в выходном сигнале прибора предварения кроме составляющей, пропорциональной скорости изменений входного сигнала, содержится вто­ рая компонента, повторяющая входной сигнал:

Рис. 40-25. Прибор предварения ПФ2.1.

Прибор построен из элементов УСЭППА согласно принципиальной схеме, показанной на рис. 10-25. В не­ го входят регулируемый дроссель /, два трехмембранных элемента сравнения 2 и 3, усилитель мощности 4, по­ стоянный дроссель 5, емкость 6 и отключающее реле (клапан) 7.

Прибор действует следующим образом. Входной пневматический сигнал Рвх=*вх поступает одновремен­ но в камеры В и Г элемента 2 и на вход пневматической инерционной PC-цепочки, составленной из регулируемо­ го дросселя / и емкости 6, выходной сигнал которой — давление в емкости 6 —поступает в камеру Б того же трехмембранного элемента 2. Последний вместе с дрос­ селем 5 реализует функцию трехвходового усилителясумматора: на изменение алгебраической суммы вход­ ных сигналов, помноженных на эффективные площади соответствующих мембран, элемент 2 отвечает таким изменением своего выходного давления Р2, которое вос­

390

k = (F - / ) / / .

Выходной сигнал Р% элемента 2 поступает на вход элемента 3, образующего вместе с усилителем мощно­ сти 4 повторитель-усилитель. Изменения давления Р% приводят к нарушению равновесия сил на мембранном блоке элемента 3, что вызывает такие изменения дав­ ления Р 3 на его выходе, а затем через усилитель мощ­ ности 4 и на выходе прибора РВ ых, которые восстанав­ ливают это равновесие. При этом всегда поддерживает­

ся Рвых = *°2-

Пусть входной сигнал Рвх установился на одном из своих возможных значений Рвх и находится на нем не­ определенно (достаточно) долго. Тогда давление Р Б в емкости 6 и камере Б элемента 2 установится на том же значении Р в х , что и входной сигнал. Это приведет к тому, что усилия, развиваемые давлениями Р в и Р в на симметричных мембранах элемента 2, взаимно урав­ новесятся и на выходе элемента 2 тоже установится дав­ ление

Такое же давление будет «отслежено» на выходе при­ бора. Таким образом, в установившемся состоянии при­ бор работает как повторитель: Р1Ых—РЧх.

Пусть теперь входной сигнал Р В х начнет изменяться (см. рис. 9-12) от установившегося значения Р в х с не­

На дросселе 1 возникнет перепад давлений и как следствие расход воздуха, пропорциональные скорости а изменений давления РВ ых. В результате давление Р Б в задросселированных емкости 6 и камере Б будет из­ меняться со скоростью а в ту же сторону, что и РВ ых, от­ ставая от него. Суммарное действие давлений во вход­ ных камерах трехмембранного элемента 2 в соответст­

391