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

то повторяет, а как бы опережает, т. е. «предваряет» входное давление РВ х, причем это опережение будет тем больше, чем выше скорость а изменений входного дав­ ления. Приближенно можно считать, что в приборе ти­ па ПФ2.1 реализуется ПД-закон (10-30).

Для более строгого анализа переходных процессов в приборе необходимо рассмотреть его структурную схе­

Рис. 10-26. Структурная схема прибора ПФ2.1.

функцию. На принципиальной (см. рис. 10-25) и струк­ турной схемах видно, что ПД-закон движения реализу­ ется в приборе с помощью параллельного включения двух прямых связей: положительной усилительной (че­ рез камеры В и Г элемента 2) и отрицательной аперио­ дической (через дроссель /, емкость 6 и камеру Б эле­ мента 2). Передаточная функция прибора предварения, соответствующая структуре рис. 10-26, имеет вид:

ки, составленной из дросселя 1 и емкости 6 (включая ка­ меру Б элемента 2); s=F/f — коэффициент, равный от­ ношению эффективных площадей средней и крайней мембран элемента 2.

Таким образом, принятый способ реализации стан­ дартного ПД-закона с помощью инерционного звена в прямом канале приводит к появлению в приборе пара­

392

Если основная рабочая частота озр САР и оптималь­ ное значение параметра настройки Гд.опт удовлетворяет неравенству со7, д.0 пт< 1,2 (что справедливо для многих САР промышленных объектов), то параметры настрой­

приборе ПФ2.1 с помощью регулируемого дросселя 1

ного выходного пневматического сигнала при достиже­ нии входным сигналом некоторого порогового значения. Прибор может использоваться в системах двухпозиционного регулирования «открыто — закрыто» с местной установкой заданного значения, а также в системах сиг­ нализации (например, для обнаружения предаварийных ситуаций).

Прибор (рис. 10-27) построен из элементов УСЭППА: трехмембранного элемента /, усилителя мощности 2 и задатчика 3, работающего в комплекте с нерегулируе­ мым дросселем 4.

Входной сигнал Ръх поступает в одну из герметичных камер (Б или В) элемента 1, где сравнивается с сигна­ лом Р3, поступающим от задатчика 3 и настраиваемым по манометру М на заданное пороговое значение — точ­ ку срабатывания. Трехмембранный элемент / включен по схеме сравнения: при неравенстве сигналов Рвх и Р3 мембранный блок элемента / находится в одном из край­ них положений, перекрывая либо сопло, к которому под­ ключена линия питания, либо сопло сброса в атмосфе­ ру. При изменении знака неравенства мембранный блок перемещается в противоположное крайнее положение, что приводит к изменению давления на выходе элемен-

393

та 1 с атмосферного на Р п и т (или наоборот). Выходной сигнал элемента / повторяется с усилением по мощно­ сти усилителем 2.

В конструкции прибора ПР1.5 предусмотрен пере­ ключатель Я, с помощью которого можно, меняя сигна­ лы Р в х и Р 3 местами, настроить прибор на нужное на-

Рис. 10-27. Позиционный регулятор ПР1.5.

правление срабатывания: на «максимум» или «ми­ нимум».

Основные технические данные приборов типа ПР1.5 приведены в табл. 10-1.

б) ПРИБОР СУММИРОВАНИЯ ПФ1.1

Прибор типа ПФ1.1 системы «Старт» предназначен для алгебраиче­

на вход прибора может поступать сигнал смещения, настраиваемый вручную в диапазоне ±1, 0 кгс/см2. В соответствии с таким назна­ чением прибор используется для реализации уравнения усилительно­ го звена с единичным коэффициентом усиления

где хВЫх— изменение стандартного пневматического сигнала на вы­ ходе прибора; Хвх — изменение входного сигнала, представляющего собой алгебраическую сумму входных давлений Pi и сигнала сме­ щения Р е м :

Прибор построен из элементов УСЭППА (рис. 10-28): семимембранного элемента / и усилителя мощности 6, соединенных последо­ вательно и охваченных общей отрицательной обратной связью, а так­ же двух задатчиков 3 и 4 с дросселями 2 и 5, используемых для настройки сигнала смещения РСМ = РІ—Рь.

Прибор действует по принципу компенсации сил.

394

ходе усилителя мощности 6. Эффективные площади всех мембран элемента 1 конструктивно выполнены так, что результирующее уси­

Рис. 10-28. Прибор суммирования ПФ1.1.

менте / использовано только два типоразмера мембран с эффектив­ ными площадями

(усилия, развиваемые выходным давлением элемента / на крайних мембранах fi и U в камерах А к И, можно не учитывать, так как они взаимно компенсируются). В равновесном состоянии S = 0 , и в соответствии с (10-36) установившееся значение выходного сигнала

PL^PI + PI-PI + P^-PB- ( 1 0 - 3 6 А )

Если теперь равновесие сил на мембранном пакете элемента / нарушится, например вследствие изменения одного из входных сиг­ налов, то под действием усилия БфО шток переместится вверх или

395

ходе повторителя-усилителя мощности б и на выходе прибора. Из­ менения выходного давления будут продолжаться до тех пор, пока вследствие изменений усилия, развиваемого давлением Р В ы х на мем­ бранах камеры Б, равновесие сил на мембранном пакете элемента / не восстановится вновь. Таким образом, выходное давление «отсле­ живает» все изменения входных сигналов, непрерывно «стремясь» обеспечить равновесие сил, соответствующее условию (10-36а). Дру­ гими словами, прибор действует как многовходовой усилитель-сум­ матор с единичным коэффициентом усиления по каждому из вход­

приборам системы «Старт». Основные технические характеристики приведены в табл. 10-1.

в) ПРИБОР ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНОГО КОРНЯ ТИПА ПФ1.17

Прибор типа ПФ1.17 предназначен для извлечения квадратного кор­ ня из величины стандартного пневматического сигнала, т. е. для вы­ полнения алгоритма

396

мировать ломаной линией, составленной из участков трех прямых (рис. 10-29). При этом график функции (10-38) разбивается по оси Я В ых на три интервала, в пределах каждого из которых нелинейная функция (10-38) заменяется отрезком прямой

с соответствующим образом подобранными угловым коэффициентом kt и смещением Р®,

Прибор собран из элементов УСЭППА по принципиальной схе­ ме, показанной на рис. 10-30. Уравнение прямой каждого і-го ин­ тервала разбиения реализуется цепочкой, состоящей из элементов:

1,0

Рвых

0,8

.0,6

0,k

го интервала, дроссельного делителя не имеет). Проходя через дрос­

опорного давления Р О п = 0,6 кгс/см2, поступающего на вторые полю­

Выбор необходимого і-го интервала разбиения и соответствую­ щего уравнения, справедливого при текущем значении Рвх, достига­ ется автоматически тем, что выходные камеры элементов 3—5 объ­ единены общим коллектором, соединенным через дроссель 7 с источ-

397

ником питания. При таком соединении в коллекторе устанавливается давление Р в т , равное наименьшему из реализуемых каждой це­ почкой. В силу выпуклости нелинейной функции (10-38) минималь­ ными всегда являются значения именно того отрезка прямой, кото­ рый аппроксимирует кривую в интервале, включающем текущее значение входного сигнала РВх (см. рис. 10-29).

Сигнал Рвых в коллекторе поступает на усилительный каскад, состоящий из трехмембранного элемента 8 и усилителя мощности 9,

ческую оценку динамических характеристик данного прибора. Экспе­

с пружинным сдвигом, обладающие относительно невысокой ста­ бильностью, поэтому рекомендуется регулярно, через 4—6 мес. про­ водить проверку и подстройки каждого прибора ПФ1.17.

Технические данные прибора приведены в табл. 10-1.

398

Глава одиннадцатая

И С П О Л Н И Т Е Л Ь Н Ы Е М Е Х А Н И З М Ы И В С П О М О Г А Т Е Л Ь Н О Е О Б О Р У Д О В А Н И Е П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х С А Р

11-1. П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е И С П О Л Н И Т Е Л Ь Н Ы Е М Е Х А Н И З М Ы

В качестве исполнительных механизмов в пневматиче­ ских системах автоматического регулирования применя­ ются устройства, обеспечивающие преобразование ко­ мандного пневматического сигнала с выхода регулиру­ ющего устройства в перемещение регулирующего орга­ на. Существует несколько типов таких исполнительных механизмов: мембранные и сильфонные приводы, золот­ никовые и поршневые механизмы и т. п.

Пневматические исполнительные механизмы характе­ ризуются высокой надежностью, дешевизной и просто­ той конструкции. Многие из них обладают значительной мощностью, т. е. способны при значительном ходе раз­ вивать большие перестановочные усилия.

В промышленных системах автоматизации процессов наибольшее распространение получили пневматические мембранные (мембранно-пружинные) исполнительные механизмы (МИМ). Серийно выпускается также порш­ невой следящий привод типа ПСП-1.

а) МЕМБРАННЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Пневматические МИМ предназначены для пропорцио­ нального преобразования входного пневматического сиг­ нала в механическое перемещение выходного звена (што­ ка, рычага) при относительно небольшой величине этих перемещений (до 100—160 мм). Именно такой диапазон перемещений обычно требуется для управления золотни­ ковыми клапанами, чаще всего применяющимися в ка­ честве регулирующих органов на различных технологи­ ческих объектах.

Как правило, МИМ выпускаются конструктивно объ­ единенными с регулирующими клапанами в единые из­ делия, иногда называемые исполнительными устройства­ ми. Конструкции, технические характеристики и необхо­ димые справочные данные по таким регулирующим кла­ панам с пневматическими МИМ, выпускаемым отечест-

399

венной промышленностью, достаточно подробно освеще­ ны в технической литературе [Л. 18, 22]. Поэтому ниже приводятся лишь краткое описание принципа действия МИМ, их типичные статические и динамические харак­

янном направлении изменений входного сигнала отклоне­ ния статической характеристики от линейной составляют около 2,5% полного рабочего хода. Кроме того, вследст­ вие трения, существующего в сальнике и в самой пружи­ не, характеристика МИМ имеет гистерезис, достигающий величины 10—15% полного хода. Однако во многих слу­ чаях такие статические характеристики исполнительно­ го механизма приемлемы.

Динамические характеристики пневматических МИМ также удовлетворяют требованиям большинства систем

400

регулирования промышленных объектов. Так, верхняя частотная граница области нормальной работы пневма­ тического МИМ, как правило, равна 0,3—0,4 рад/сек. Учитывая динамические характеристики других частей пневматических систем автоматизации, особенно линий передачи (см. § 11-2), можно считать, что обычно дина­ мика МИМ мало влияет на работу системы в целом. Однако наличие в мембранных исполнительных механиз­ мах трения может привести к значительному ухудшению не только статических, но и динамических характеристик МИМ и всей САР. Так, при гистерезисе статической ха­ рактеристики в 5% и амплитуде входного синусоидаль­ ного сигнала'в 10% его стандартного диапазона даже на самых низких частотах МИМ дает динамические ис­ кажения, превосходящие ограничения, принятые для об­ ласти нормальной работы.

Существенным недостатком пневматических МИМ является значительное влияние усилия нагрузки на их статические характеристики. Поэтому МИМ рекоменду­ ется использовать в комплекте с регулирующими орга­ нами, подвижный элемент которых разгружен от дейст­ вия регулируемой среды.

При выборе клапанов с МИМ необходимо иметь в виду, что мембранные приводы не являются самотормо­ зящими. Исчезновение командного сигнала приводит

тических САР необходимо выбрать такой тип регулиру­ ющего органа (ВО — «воздух открывает» или ВЗ — «воздух закрывает»), при котором исчезновение команд­ ного пневматического сигнала не приведет к опасным нарушениям технологического процесса.

6) ПОЗИЦИОНЕРЫ

Для устранения вредного влияния нагрузки и трения в подвижной системе МИМ на статические и динамиче­ ские качества систем регулирования МИМ часто обору­ дуется дополнительным пневматическим усилителем — позиционером (позиционным реле). По принципу дейст­ вия позиционер представляет собой пневматический уси­ литель с астатической зависимостью выходного сигнала от входного. При установке на МИМ позиционное реле