книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

140

ся. В результате золотник перемещается и изменяет количество теплоносителя, проходящего через клапан. Задание на регулято­ ре определяется степенью сжатия пружины при помощи резьбо­ вой втулки.

Регуляторы РПД изготовляют с прямыми или обратными кла­ панами. Прямые клапаны применяют, когда регулируют нагрева­ ющим веществом. В этом случае клапаны закрываются при повыше­ нии регулируемой температуры. При регулировании охлаждающим веществом применяют обратные клапаны, закрывающиеся при по­ нижении регулируемой температуры. «

Статические регуляторы уровня прямого действия предназна­ чены для поддержания постоянного уровня жидкости. В регуляторах уровня прямого действия чувствительными элементами в подавля­ ющем большинстве являются поплавки. Перестановочная сила рав­ на разности массы вытесненной поплавками жидкости и массы по­ плавка. Для поддержания уровня жидкости с поплавковым чув­ ствительным элементом применяют регулирующие двухседельные клапаны разгруженного типа. Применение таких клапанов умень­ шает усилие, необходимое для перемещения золотника.

На рис. VII. 14 представлена схема такого регулятора, в котором поплавок 1 воздействует на клапан 2. Клапан под давлением по­ плавка перекрывает доступ жидкости. При уменьшении уровня по­ плавок опускается и клапан открывает проход жидкости в объект регулирования.

Регуляторы непрямого действия. В качестве регуляторов непря­ мого действия широко применяют пневматические регуляторы, в ко­ торых источником энергии служит сжатый воздух. Воздух подводят к регуляторам от компрессорной установки через очиститель­ ный фильтр и редуктор, назначение которого — поддерживать дав­ ление воздуха перед регулятором 140 кПа (1,4 кгс/см2).

Основной частью пневматических регуляторов непрямого дей­ ствия является система (узел) «сопло — заслонка» (см. рис. 1.6). Кривая зависимости давления рВЬІХот положения заслонки h пока­ зывает, что достаточно незначительного перемещения заслонки, что­ бы вызвать отклонение давления примерно на 80% его полного из­ менения. В связи с этим давление воздуха, поступающего на испол­ нительный механизм от системы «сопло — заслонка», может или возрасти, или упасть, что приведет к его перемещению. Давление воздуха, поступающего в пространство над мембраной или поршнем, создает силу, пропорциональную площади привода. Таким образом, усилия в несколько граммов, необходимые для перемещения заслон­ ки, изменяют силу, приложенную к исполнительному механизму привода, от нуля до нескольких сот килограммов.

Регулятор давления РД (рис. VII. 15) является прибором про­ порционального типа непрямого действия с регулируемым преде­ лом пропорциональности до 50%. Регулятор / .предназначен для регулирования давления жидкостей и газов в трубопроводе 2 или технологических аппаратах и работает в комплекте с гшеематиче-

141

ским исполнительным механизмом 3, а также фильтром 4 и редукто­ ром 5. Действие регулятора давления основано на использовании деформации манометрической пружины 6, вызываемой изменением регулируемого давления, для перемещения заслонки 7 по отноше­ нию к соплу 8. Заслонка прикреплена к свободному концу маномет­ рической пружины и, опираясь на подвижной упор 9, при помощи

Рис. VII.15. Регулятор давления непрямого действия

а — схема установки; б — схема регулятора

пружины 10 прикрывает сопло. Сжатый воздух давлением 140 кПа (1,4 кгс/см2) проходит через дроссель 11 к соплу и дросселирует в выходном отверстии сопла заслонкой. Проходное сечение дросселя меньше проходного сечения сопла, поэтому изменение зазора меж­ ду заслонкой и соплом вызывает изменение давления в командной линии 12, идущей к исполнительному механизму регулятора. Дав-

142

ленив' в командной линии колеблется в пределах 0,02—0,1 МПа (0,2—1 кгс/м2). ■

Регулятор на заданное значение регулируемого давления настра­ ивают при помощи винта 13 задатчика. Вращением винта задатчика перемещают заслонку и устанавливают ее в исходное положение по отношению к соплу. Пределы пропорциональности настраивают

передвижением упора 9. При передвижении упора вверх увеличива­ ется плечо заслонки, что приводит к уменьшению предела пропор­ циональности. Пределы регулирования давления регуляторами РД 0,1—3,2 МПа (1—32 кгс/см2).

Электрические регуляторы (в том числе электронные) широко применяют в промышленности строительных материалов для регу­ лирования самых различных величин — расхода, давления, темпе­ ратуры и т. д. Электрические регуляторы выпускают с любым за­ коном регулирования (П, И, ПИ, ПИД и др.). Для измерения па­ раметра объекта регулирования используют, как правило, электри­

системе пропорционального регулирования температуры в объек­ тах с температурой 70—100° С. Изменение температуры объекта воспринимается термобаллоном / и по капиллярной трубке 2 пе­ редается в сильфонную коробку 3. При повышении давления в силь­ фонной коробке коромысло 4 будет поворачиваться вокруг опоры 5 и перемещать ползун 6 реостата 7. При помощи задающего устрой­ ства 8 меняют натяжение пружины так, чтобы при заданном значе­ нии ползун находился в средней точке реостата. При отклонении

143

параметра от заданного значения ползун реостатного преобразова­ теля перемещается на соответствующую величину от средней точки реостата.

Аналогичный реостат установлен на исполнительном механизме так, что каждому положению исполнительного механизма (и ре­ гулирующего органа) соответствует определенное положение пол­ зуна реостата.

Следовательно, реостат исполнительного механизма будет яв­ ляться элементом обратной связи. При наличии реостатных преоб­ разователей на измерительном приборе и исполнительном меха­ низме систему пропорционального автоматического регулирова­ ния можно изобразить в виде схемы (рис. VII. 17). Реостат 1 преобра­ зователя Д Т и реостат обратной связи 2 исполнительного механизма ИМ образуют мост, а их ползуны — диагональ этого моста, в ко­ торую включают нуль-индикатор НИ (реле или усилитель). При перемещении ползуна реостата 1, т. е. при изменении регулируемого параметра, равновесие моста нарушается и нуль-индикатор НИ перемещает исполнительный механизм и одновременно ползун ре­ остата 2 до тех пор, пока система не придет в равновесие.

Проследим это на схеме. Допустим, что заданной температуре печи 3 соответствует положение I ползуна реостатного преобразова­ теля ДТ. При нормальном режиме работы печи газовый кран 4, пе­ ремещаемый электродвигателем 5, открыт так, что ползун рео­ стата исполнительного механизма ИМ также находится в положе­ нии I, при этом напряжение на входе нуль-индикатора равно нулю и электродвигатель 5 исполнительного механизма выключен. Если температура в печи понизится (например, увеличилась нагрузка печи) и ползун реостатного преобразователя Д Т займет положение II, то равновесие схемы будет нарушено и нуль-индикатор включит двигатель. При этом начнет открываться кран 4, увеличивая подачу топлива. Одновременно переместится ползун реостата 2. Когда кран откроется настолько, что ползун реостата займет положение II, вновь наступит равновесие, двигатель остановится и прекра­ тится дальнейшее увеличение подачи топлива. Следовательно, при помощи подобной схемы можно осуществить регулирующее воз­ действие (изменение подачи топлива), которое было бы пропорци­ онально отклонению регулируемого параметра (температуры). Одна­ ко через некоторое время в связи с увеличившимся поступлением топлива температура в печи начнет повышаться и ползун преобра­ зователя Д Т начнет постепенно возвращаться к заданному поло­ жению I. Нетрудно видеть, что это вновь приведет к нарушению нового установившегося равновесия и двигатель начнет прикрывать кран, уменьшая подачу топлива и перемещая ползун реостата обрат­ ной связи ИМ в положение /.

Пропорциональное регулирование, осуществляемое по описан­ ной схеме, повышает плавность регулирования по сравнению с по­ зиционным регулированием, но не обеспечивает желательной стаби­ льности процесса, так как дает статическую ошибку, т. е. величина

144

параметра после возмущения стабилизируется при значении, не­

сколько отличном от заданного.

По рассмотренной выше мостовой схеме в комплекте с реостат­

зации различных технологических объектов. Регулятор БР-3 ра­

§ VII.7. ИЗОДРОМНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Одним из средств повышения качества регулирования является использование в автоматическом регуляторе устройства обратной связи, которая осуществляется не по положению регулирующего органа, как у П-регулятора, а по скорости его перемещения. В этом случае действие обратной связи полностью проявляется в переход­ ном процессе регулирования и затем исчезает (снимается) в уста-

145

новившемся режиме, вследствие чего автоматический регулятор с обратной связью по скорости перемещения регулируемого органа не имеет остаточной неравномерности. Такую обратную связь на­ зывают упругой или изодромной, а регуляторы с упругой обратной связью — изодромными. Изодромные регуляторы обладают одно­ временно свойствами пропорциональных и астатических регулято­ ров и поддерживают регулируемый параметр на заданном значе­ нии без остаточного отклонения.

При отклонении регулируемой величины от заданного значения изодромный регулятор в начальный момент времени перемещает регулирующий орган на величину, пропорциональную величине от­ клонения, но если при этом регулируемая величина не придет к заданному значению, изодромный регулятор будет продолжать пе-

У

ремещать регулирующим орган до тех пор, пока регулируемая величина не достигнет своего заданного значения. Действие регу­ лятора с упругой обратной связью можно рассматривать как сов­ местное действие статического П-регулятора и астатического И-регу- лятора.

Закон регулирования регулятора с упругой обратной связью может быть выражен следующим уравнением:

\i = kp ( Л(Р + j r ] A tp d t') ,

где Ти — время упругой обратной связи, обычно называемое временем изо­ дрома.

Уравнение состоит из /грАср — пропорциональной составляющей

и fep— Г Дфdt — интегральной составляющей.

Та J

На рис. VII. 19 показана кривая переходного процесса при рабо-

146

те изодромного регулятора. Регулирующее воздействие изодромного регулятора пропорционально отклонению регулируемой вели­ чины от заданного значения и интегралу отклонения по времени. На этом основании изодромные регуляторы называют еще пропор­ ционально-интегральными, или сокращенно ПИ-регуляторами.

Из уравнения, приведенного выше, следует, что за время t= T B интегральная составляющая регулирующего воздействия достига­ ет величины, равной пропорциональной составляющей. Сигнал регулирующего воздействия ПИ-регулятора за время t = Ти удво­ ится по сравнению с сигналом пропорциональной составляющей за счет действия упругой обратной связи. На этом основании время изо­ дрома называют также временем удвоения. Таким образом, регу­ лирующий орган изодромного регулятора принимает положение,

необходимое для ликвидации возникшего отклонения от заданного значения, т. е. действует как астатический регулятор. Пропорцио­ нальное действие в регуляторах происходит немедленно, изодром­ ное — замедленно. Коэффициент передачи kp и время изодрома Тя являются параметрами настройки ПИ-регулятора.

Изодромный регулятор применяют при быстро и резко меня­ ющихся нагрузках и при регулировании объектов как с самовыравниванием, так и без него, с малым коэффициентом емкости, а также при наличии передаточного запаздывания. Наша промышленность выпускает ряд пневматических и электрических изодромных регу­ ляторов.

§ VN.8. ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Процесс регулирования может быть улучшен за счет использо­ вания в качестве входного сигнала регулятора сигнала, который за­ висит от скорости изменения параметра. В начальной момент воз­ мущения скорость отклонения регулируемой величины проявляется более значительно, чем само отклонение. Поэтому использование скорости отклонения регулируемой величины в качестве дополни­ тельного входного сигнала регулятора означает введение в закон ре­ гулирования предваряющего воздействия, которое в ряде случаев улучшает процесс регулирования. Такие регуляторы называются регуляторами с предварением. Сочетание пропорционального воз­ действия с дополнительным воздействием по производной использо­ вано в пропорционально-дифференциальных регуляторах, или со­ кращенно ПД-регуляторах.

Закон регулирования ПД-регулятора (рис. VII.20) может быть выражен уравнением

где Тд — время предварения.

147

Г Л А В А VIII

СИСТЕМЫ ПРИБОРОВ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

При автоматизации достаточно сложных технологических объ­ ектов с большим числом параметров, подлежащих контролю и ре­ гулированию, целесообразно применять малогабаритные устрой­ ства. Как правило, у таких объектов нет необходимости регистри­ ровать показания всех точек регулирования. Для других точек достаточно вынести на щит указывающие приборы. Наконец, бы­ вает необходимо быстро изменить схемы регулирования без изме­ нения щитовой части. Все это можно сделать, используя существу­ ющую систему пневмоавтоматики, входящую в состав Государст­ венной системы приборов (ГСП). В настоящее время ГСП для кон­ троля и регулирования технологических процессов имеет следую­ щие ветви: пневматическую, электрическую и гидравлическую.

§VI1I.1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Впневматической ветви использован поэлементный (модульный) принцип построения блоков и устройств с применением универ­ сальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики

(УСЭППА). Каждый из этих элементов выполняет лишь простей­ шую функцию и не содержит внутренних коммуникаций. На эле­ ментах УСЭППА созданы как отдельные приборы, так и ком­ плексы сложных устройств контроля и регулирования техноло­ гических процессов, а также системы управления этими процес­ сами. В настоящее время основные устройства пневмоветви собира­ ют примерно из 40 модульных конструкций. При помощи этих мо­ дулей построено большое число различных приборов и блоков, на­ пример, устройства контроля (показывающие и регистрирующие приборы, машины централизованного контроля), управления, ре­ гулирования, элементы логики и памяти, вычислительные устрой­

ства.

Пневматическая система состоит из отдельных унифицированных приборов, каждый из которых выполняет определенную функцию. Комбинация этих приборов позволяет комплектовать различные схе­ мы регулирования (рис. VIII. 1). Входным и выходным параметром приборов служит давление сжатого воздуха, изменяющееся в преде­ лах 0,02—0,1 МПа (0,2—1 .кгс/см2).

149