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

Весь комплекс приборов пневматической системы состоит из следующих групп:

1) параметрические преобразователи, каждый из которых вклю­ чает в себя собственно измерительное устройство, пневмопреоб­ разователь, изменяющий давление воздуха на выходе пропор­ ционально измеряемой величине;

2) вторичные приборы (показывающие, регистрирующие и ин­ тегрирующие), которые представляют собой манометры с диапа­ зоном измерения до 0,1 МПа (1 кгс/см2);

Рис. VII 1.1. Схемы измерения и регулирования, выполняемые при помощи пневматических приборов

3) регуляторы, вырабатывающие требуемый закон регулирую­ щего воздействия; а) позиционные Пз; пропорциональные П; изо­ дромные ПИ; г) пропорционально-интегрально-дифференциальное

ПИД; 4) блоки, предназначенные для систем связанного регулирования:

а) блок соотношения, предназначенный для получения выходного сигнала, находящегося в заданном соотношении с входным сигна­ лом, подводимым к блоку; б) блок задатчика с программой, зави­ сящей от другого параметра; в) блок задатчика по времени, позволя­ ющий совместно с регулирующими блоками осуществить програм­ мное регулирование по заранее заданной программе.

ботают с любыми пневматическими вторичными приборами, ре­ гулирующими блоками и другими устройствами пневмоавтоматики. Рассмотрим устройство и работу бесшкального параметрического преобразователя давления сильфонного манометра МС-П, который

150

предназначен для непрерывного преобразования величины изме­ ряемого избыточного давления газов или жидкостей в стандартный пневматический сигнал дистанционной передачи. Прибор состоит из преобразователя и измерительного блока. В качестве чувстви­ тельного элемента измерительного блока применен сильфон.

Измеряемое давление рвх (рис. VIII.2, а) преобразуется на чув­ ствительном элементе сильфона 1 в усилие Р, которое через рычаж­ ный передаточный механизм 2 автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в компенсационном элементе — сильфоне обратной связи 3. При изменении измеряемо­ го давления перемещается рычажная система и связанная с ней заслонка 4 индикатора рассогласования. Возникший на индикаторе

Рис. VIII.2. Схема пневматического преобразователя

а — пневмопреобразователь; б — пневмоусилитель

сигнал управляет через усилитель 5 давлением, поступающим в элемент 3 обратной связи и одновременно в линию дистанционной передачи рВЬІХ. В приборе предусмотрена возможность регулирова­ ния диапазона измерений в широких пределах путем изменения передаточного отношения прибора (1 : 10) перемещением подвиж­ ной опоры 6.

Пневматическое усилительное устройство, имеющееся в приборе, работает следующим образом (рис. VIII.2, б). Внутри усилитель разделен эластичными мембранами на три секции. Эти секции об­ разуют три камеры: две камеры давления командного воздуха А и камеру линии сопла Г. Мембрана 1 управляет шариковым кла­ паном 2 подачи воздуха, а мембрана 3 — шариковым клапаном 4 сброса давления в атмосферу.

Давление питания подводят через входное отверстие 5 и клапан 2 в камеру давления командного воздуха А. В свою очередь, дав­ ление командного воздуха через постоянный дроссель 6 проходит в камеру линии сопла Г. Повышение давления в линии сопла вы­ зывает перемещение мембраны, в результате чего открывается кла­ пан 2 и закрывается клапан 4, и, следовательно, повышается давле­ ние воздуха рвых на величину, равную величине повышения

151

давления в линии сопла. При уменьшении давления в линии соп­ ла закрывается шариковый клапан 2 и открывается клапан 4

ен манометр с трубчатой пружиной МП-П, имеющий пределы из­ мерения от 0—0,16 до 0—100 МПа (от 0—1,6 до 0—1000 кгс/см2).

С подобными пневмопреобразователями выпускают различные преобразователи системы ГСП: манометрические термометры — га­ зовые ТГ-П (измеряют температуру от—60 до +300° С), ртутные ТР-П (от —20 до +600° С); уровнемеры УБ-П (измеряют уровень

Рис. ѴІІІ.З. Вторичный показывающий прибор ППВ

а — общий, вид; б — схема прибора

от 0—20 мм до 0—16 м); сильфонные дифманометры ДС-П [измеря­ ют перепад давления от 0—40 до 0—0,63 МПа (от 0—400 до 0— 6,3' кгс/см2]; сильфонные напоромеры НС-П [измеряют избыточ­ ное давление от 0 — 4 до 0—400 МПа (от 0 — 40 до 0— 4000 кгс/м2)]. Все перечисленные приборы выпускают с классом точности 0,6; 1,0 и 1,5. Они являются взрывобезопасными и могут находиться на расстояний до 300 м от вторичных приборов.

Вторичные приборы для пневматических параметрических пре­ образователей выпускают показывающими и регистрирующими. Ре­ гистрирующие приборы могут кроме регистрации одного параметра показывать еще один или два параметра, т. е. могут быть одно-, двух- и трехстрелочными. Устройство чувствительного элемента всех вто­ ричных приборов одинаково — оно представляет собой манометри­ ческое устройство с пределом измерения до 0,1 МПа (1 кгс/см2). Для примера разберем два вторичных прибора системы.

152

Вторичный пневматический показывающий прибор ППВ предна­ значен для показания величины одного параметра, изменение кото­ рого преобразуется в изменение давления воздуха 0,02—0,1 МПа (0,2—1 кгс/см2). Прибор применяют совместно с пневматическими преобразователями давления, разряжения, перепада давления, рас­ хода уровня, температуры, состава и свойств веществ. Принцип действия прибора основан на методе силовой компенсации, при ко­ тором момент, развиваемый чувствительным элементом, уравнове­ шивается моментом элемента обратной связи (рис. ѴІІІ.З).

Входной сигнал поступает в сильфон 1 измерительного механиз­ ма. Усилие, развиваемое сильфоном, передается на рычаг 2, ко­ торый поворачивается вокруг опоры 3. Рычаг имеет заслонку 4, которая перекрывает сопло 5 пропорционально величине входно­ го сигнала, что приводит к изменению давления воздуха, поступа­ ющего в цилиндр 6 пневматического привода. Поршень 7, переме­ щаясь, поворачивает выходной вал 8 и тем самым меняет натяже­ ние пружины обратной связи 9 до тех пор, пока развиваемый на­ тяжением пружины момент не уравновесит момент, созданный силь­ фоном 1. При изменении входного сигнала, поступающего в измери­ тельный механизм, выходной вал 8 поворачивается на угол, про­ порциональной этому изменению, и при помощи муфты переме­ щает стрелку 10 по шкале прибора. Класс точности прибора 0,6. Давление воздуха питания 140 кПа (1,4 кгс/см2).

Вторичный регистрирующий трехстрелочный прибор ПВ10.1Э

(рис. VIII.4) предназначен для непрерывной записи и показания величины регулируемого параметра, задания регулятору и давле­ ния на исполнительном механизме. В прибор встроена кнопочная станция, обеспечивающая возможность ручного и автоматического управления, а также перехода на управление исполнительным ме­ ханизмом со встроенного задатчика. Станция управления позволя­ ет также перейти на автоматическое программное регулирование от специального задатчика. Действие измерительного устройства при-

153

бора основано на компенсационном методе измерения, при кото­ ром усилие на приемном элементе, возникающее от входного давления рвх, уравновешивается усилием давления воздуха источ­ ника питания.

Чувствительный элемент — сильфон 1 (рис. VIII.4, б) воспри­ нимает от преобразователя давление рвх. Сжатый воздух от источ­ ника питания поступает в линию сопла 2 и в силовой элемент 3 че­ рез калиброванный дроссель 4, сечение которого меньше сечения выходного отверстия сопла. Изменение рвх вызывает изменение

указывающих).

Приборы ПВ10 имеют помимо измерительных устройств станцию управления, состоящую из ручного задатчика и переключателя, ко­ торые также построены на элементах УСЭППА. Связь между эле­ ментами осуществляется через отверстия в ножках и каналы в пла­ те, выполненной из органического стекла.

Узел задатчика (рис. V III.5) предназначен для установки зада­ ния при автоматическом регулировании 'и изменения положения клапана исполнительного механизма при ручном управлении. За­ дание устанавливают при помощи настроечного винта 1, ручка ко­

мого в атмосферу. Сжатый воздух поступает из камеры А задат­ чика / на вход усилителя мощности II и действует на мембраны, управляющие шариковым клапаном. Воздух из камеры Б усилителя через полый стержень 5 и камеру В может сбрасываться в атмо­ сферу.

Переключатель приборов ПВІО предназначен для перевода на три различных режима ведения технологического процесса в си­

154

стеме регулирования: ручного управления Р, когда к исполнитель­ ному механизму регулятора подключается непосредственно дистан­ ционный (ручной) задатчик вторичного прибора; автоматического регулирования А, при котором исполнительным механизмом управ­ ляет регулятор, а задание регулятору устанавливают задатчиком вторичного прибора, и, наконец, автоматического программного регулирования АП, отличающегося тем, что задание является пе­ ременной величиной, поступающей на регулятор от программного задатчика.

Рассмотрим работу переключателя на примере ручного управле­ ния (рис. V III.6). Когда нажаты кнопка с индексом Р и кнопка ре-

Рис. VIII.6. Схема работы переключателя прибора ПВ10.1Э

гулятора «Выкл», камеры А элементов II и III сообщаются с ат­ мосферой (рп = 0 ; рпі = 0), сопла Сі реле этих элементов откры­ ты. В элементе I под действием воздуха питания (рі == 1), проходя­ щего в камеру А через кнопку АП, закрывается сопло Сі. Воздух давлением, пропорциональным величине задания, от ручного задат­ чика поступает через сопло С3 элемента III в камеру Б, а из нее в привод шкалы «Клапан» и в исполнительный механизм. Кроме того, через сопло С2 элемента I воздух проходит в привод шкалы «Зада­ ние» и в регулятор IV. От первичного прибора воздух давлением, пропорциональным измеряемой величине, подводится к входному штуцеру 7, подается на привод шкалы прибора «Переменная» и на штуцер 2 регулятора IV. При ручном управлении программный за­ датчик, который подключается к штуцеру 8, не оказывает влияния на процесс регулирования, так как сопло Сі реле элемента / за­ крыто.

Рассмотрим устройство и работу пневматических изодромных (пропорционально-интегральных) регуляторов. Регулятор ПР3.6

(рис. VIII.7) предназначен дл*я непрерывного регулирующего воз-

155

вается эффект обратной связи. Пределы пропорциональности мож­ но настраивать дросселем 6 от 10 до 250%.

Изодромное устройство работает следующим образом: если нет равенства давления воздуха, поступающего от измерительного при­ бора и задатчика, то воздух из линии обратной связи через регули­ руемый дроссель 9 поступает в глухую камеру М и прижимает мем­ брану 10 к соплу 8. Это приводит к повышению давления в камерах Л я К, что вызывает приближение стержня 3 к соплу 4, т. е. дей­ ствие, совпадающее с воздействием измерительного преобразователя и противоположное действию обратной связи. Настройкой дрос­ селя 9 можно изменять время изодрома от 6 с до бесконечности.

Пропорционально-интегральный регулятор ПР3.21 предназна­ чен для получения непрерывного регулирующего воздействия в виде давления сжатого воздуха, посылаемого к исполнительному механиз­ му с целью поддержания измеряемого параметра (расхода, давле­ ния, температуры и др.) на заданном уровне. По характеру регу­ лирующего воздействия он является изодромным (ПИ) с возмож­ ностью настройки зоны регулирования в пределах от 5 до 3000% и времени изодрома от 3 с до 100 мин. Регулятор может быть использо­ ван для работы с приборами, задатчиками или другими устройст­ вами, имеющими стандартные пневматические сигналы на выходе.

Регулятор ПР3.21 построен на элементах УСЭППА, которые монтируют на плате из органического стекла при помощи соедини­ тельных трубок. Связь между элементами осуществляется через от­ верстия в трубках и каналы в плате. Действие регулятора основано на принципе компенсации сил, при котором механические переме­ щения чувствительных элементов близки к нулю. Вследствие это­ го регулятор обладает высокой чувствительностью.

Сигналы рзд и рвх, поступающие от задатчика и от преобразова­ теля (рис. VIII.8) в виде давления сжатого воздуха, действуют на мембраны элементов сравнения / и I I I . Силы, развиваемые дейст­ вием давления на мембраны устройства сравнения, уравновешива­ ются силами, развиваемыми действием давления воздуха на мембра­ ны отрицательной и положительной обратных связей. Пропорцио­ нальная составляющая регулятора вводится путем воздействия на отрицательную обратную связь, интегральная составляющая — путем воздействия на положительную обратную связь. Степень воз­ действия этих составляющих настраивают регулируемыми дрос­ селями диапазона дросселирования ДД и времени изодрома II. Суммарное действие на выходное давление пропорциональной и ин­ тегральной составляющих отрабатывается элементом сравнения V.

Регулятор ПР3.21 состоит из пропорционального (элементы III, IV) и интегрального (элементы /, II) звеньев. Связь между звеньями осуществляется путем подачи воздуха с выхода элемента I в каме­

157

величине рассогласования между измеряемым параметром рвх и за­ данной величиной Рзд. Интегральное звено (/ и II) вырабатывает интеграл по времени в зависимости от величины рассогласования между измеряемым и заданным давлением. Коэффициент пропор­ циональности К настраивают изменением проводимости а регулируе­ мого дросселя Д Д сумматора IV. При закрытом дросселе коэффи­ циент К имеет минимальное значение, т. е. /(-> -О, а диапазон

настраивают дросселем II. Когда дроссель II закрыт, время изод­ рома достигает максимального значения, а регулятор при этом пре­ вращается в пропорциональный. Максимальное время изодрома со­ ответствует полностью открытому дросселю II.

Выходное давление регулятора поступает на вход усилителя мощности VI в камеру Гуі, затем через сопло большого диаметра Сх выключающего реле VII на выход прибора. Выключающее ре­ ле VII предназначено для отключения прибора при переходе на ручное управление путем подачи давления рвк в камеру Ауп. При этом реле VII закрывает сопло Сх и открывает сопло С2, которое соединяет выходную линию регулятора с камерами Дщ, Дѵ и Ві. Таким образом, в камерах положительной обратной связи при ручном управлении процессом сохраняется такое же давление, как и на исполнительном механизме, что обеспечивает плавный пере­ ход на ручное регулирование. Для гашения автоколебаний, возни­ кающих в системе, вводят две (положительную в камеру Ву и отри­ цательную в камеру Гу) обратные связи. Автоколебания, возни­ кающие в случае нарушения равновесия системы, затормаживают-

158

ся при помощи нерегулируемого дросселя ПД, включенного в ли­ нию положительной обратной связи (камера Ву).

На основе элементов УСЭППА создана система вторичных при­ боров и регуляторов, которые работают с преобразователями как пневматической ветви ГСП, так и с любыми приборами, имеющими унифицированный пневмовыход. В эту систему входят следующие основные приборы.

ПВ4.2Э — вторичный прибор для непрерывной записи и пока­ зания величины одного параметра;

ПВ4.3Э— вторичной прибор для непрерывной записи на одной диаграмме величин двух параметров и показания их на двух шка­ лах;

ПВ10.1Э — вторичный прибор для непрерывной записи и пока­ зания величины регулируемого параметра, указания положения кон­ трольной точки и величины давления на исполнительном ме­ ханизме. В этом приборе и приборах ПВ4.2Э и ПВ4.3Э привод диа­ граммы осуществляется синхронным электродвигателем, а в при­ борах, имеющих индекс П, — пневматическим двигателем;

ПР1.5 — позиционный регулятор для получения дискретных пневматических сигналов 0 и 1 в результате повышения или пониже­ ния поступающего на вход регулятора давления сжатого воздуха, пропорционального величине регулируемого или измеряемого па­ раметра. Регулятор может быть использован в качестве сигнализа­ тора, если его выходное давление приводит в действие какое-либо сигнальное устройство;

ПР2.5 — пропорциональный П-регулятор для получения ре­ гулирующего воздействия на исполнительный механизм с целью поддержания параметра на заданном уровне. По характеру регули­ рующего воздействия регулятор является пропорциональным с воз­ можностью настройки зоны регулирования в пределах 5—3000%;

ПР3.21 — пропорционально-интегральный ПИ-регулятор для получения регулирующего воздействия на исполнительный меха­ низм с целью поддержания регулируемого параметра на заданном уровне. По характеру регулирующего воздействия регулятор явля­ ется изодромным с возможностью настройки зоны регулирования в пределах 5—3000% и времени изодрома от 3 с до 100 мин;

ПР3.22 — пропорционально-интегральный ПИ-регулятор с' местным задатчиком. Аналогичен регулятору ПР3.21. Задатчик встроен в прибор. Задание'устанавливают вручную;

ПР3.23 — пропорционально-интегральный ПИ-регулятор со­ отношения для непрерывного получения регулирующего воздей­ ствия в виде давления сжатого воздуха, посылаемого к исполнитель­ ному механизму с целью поддержания постоянства величины соот­ ношения двух параметров. По характеру регулирующего воздей­ ствия регулятор является изодромным с возможностью настрой­ ки зоны регулирования 5—3000% и времени изодрома от 3 с до 100 мин.

159