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

ПР3.24 — то же, что и ПР3.23, но с устройством для введения в величину соотношения автоматической коррекции по третьему параметру или для дистанционного управления величиной соот­ ношения;

ПР3.25 — пропорционально-интегрально-дифференциальный ПИД-регулятор для непрерывного получения регулирующего воз­ действия, посылаемого к исполнительному механизму системы регу­ лирования. По характеру регулирующего воздействия регулятор является изодромным с возможностью настройки зоны регулиро­ вания 5—3000% и времени изодрома от 3 с до 100 мин при времени предварения от 5 с до 100 мин;

?

Рис. VIII.9. Схема программного задатчика

ПФ1.1 — пневматический прибор простейших алгебраических операций;

ПФ2.1 — пневматический прибор прямого предварения; ПФ3.1 — пневматический прибор обратного предварения;

П3.1 — пневматический программный задатчик по времени. Рассмотрим программный задатчик П3.1, который предназна­

чен для автоматического изменения по заданной программе номи­ нального значения выходного сигнала в стандартном диапазоне 0,02—0,1 МПа (0,2—1 кгс/см2). Прибор рассчитан на работу в си­ стемах автоматического регулирования технологических процессов совместно со вторичными приборами и регуляторами. Программный задатчик обеспечивает: контроль регулируемого параметра, изме­ няющегося в стандартном диапазоне, и выходного сигнала по двух­ стрелочному манометру; пневматическую сигнализацию двух любых точек программы давлением 140 кПа (1,4 кгс/см2); возврат програм­ много диска в начальное положение из любого промежуточного как от внешнего пневматического сигнала, так и от сигнала с тумбле­ ра; ручные и дистанционные пуск и остановку программного диска.

160

Принцип действия прибора (рис. VIII.9) основан на преобразо­ вании линейных перемещений ролика 1 по ребру вращающегося с определенной скоростью программного диска 2 в пропорциональ­ ный пневматический сигнал. Перемещения ролика в пневматиче­ ский сигнал преобразуются изменением натяжения задающей пру­ жины 3 пневматического преобразователя 4 при помощи рычага 5. Изменение натяжения пружины вызывает изменение зазора между соплом 6 и концом подвижного рычага 7, перекрывающим данное сопло. Это приводит к изменению в линии сопла давления сжатого воздуха, поступающего в него через постоянный дроссель. Изме­ нение давления, усиленное пневматическим усилителем 8, по­ ступает на выход прибора. Таким образом, существует прямая за­ висимость между перемещением ролика по ребру программного дис­ ка и величиной пневматического выходного сигнала.

Привод программного диска задатчика осуществляется от син­ хронного электродвигателя 9 через многоступенчатый редуктор 10. Возврат программного диска в нулевое (начальное) положение производится подачей команд либо с пневматического тумблера, либо дистанционно. Программный диск можно остановить в любой точке программы либо вручную — выключением электри­ ческого тумблера, либо подачей дистанционной команды «Стоп», которая поступает в камеру пневмоэлектропреобразователя и разры­ вает цепь питания электродвигателя. Сигнализация двух любых точек программы осуществляется формированием на выходе команд давлением 140 кПа (1,4 кгс/см2) при помощи двух элементов сопло — заслонка и двух планок со штифтами, устанавливаемых на нуж­ ных отметках шкалы диска времени.

§ ѴІІІ.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Электрическая токовая ветвь автоматического регулирования и контроля ГСП представляет собой группу взаимосочетающихся приборов и устройств, при помощи которых решается большая часть практических задач по автоматическому регулированию и контролю технологических процессов в различных отраслях промышленности. Универсальность системы заключается в возможности использова­ ния .большого числа приборов и устройств, как специально разра­ ботанных, так и серийно выпускаемых различными заводами. Си­ стема имеет высокую надежность за счет простоты схем и конструк­ ции и применения элементов бесконтактного исполнения с преиму­ щественным использованием полупроводниковых и магнитных эле­ ментов.

Электрическая токовая унифицированная система включает па­ раметрические преобразователи с унифицированным выходным сиг­ налом 0—5 или 0—20 мА, регулирующие приборы, магнитные уси­ лители, исполнительные механизмы, а также дополнительные при­ боры (задатчики, дистанционные указатели положения регулиру­ ющего органа, дифференциаторы и программные задатчики).

Первичные приборы. Принцип действия параметрических преоб­ разователей основан на электрической силовой компенсации. В уни­ фицированном электросиловом преобразователе (см. рис. 1.8) изме­ ряемый параметр воздействует на чувствительный элемент изме­ рительного блока и преобразуется в усилие, которое через рычаж­ ную систему электросилового преобразователя уравновешивается усилием магнитоэлектрического устройства обратной связи. Рас­ стояние передачи сигнала может достигать 5—10 км, так как сопро­ тивление внешней цепи (преобразователь — вторичный прибор) мо­ жет быть до 2500 Ом.

Токовые параметрические преобразователи ГСП для измерения технологических параметров имеют те же пределы измерений, что и пневматические (стр. 152). В обозначении токового преобразова­ теля ставится индекс «Э» вместо индекса «П» у преобразователя с пневмовыходом. Например, MC—П — сильфонный манометр с пневматическим выходом, а MC—Э — то же, с электрическим то­ ковым выходом.

К группе первичных приборов также относятся: преобразователь сигнала от первичного прибора переменного напряжения в унифи­ цированный сигнал постоянного тока 0—5 или 0—20 мА и преобра­ зователь сигнала термопары в унифицированный сигнал постоянно­ го тока.

Вторичные приборы для токовых преобразователей выпуска­ ют показывающими и регистрирующими. В качестве вторичных при­ боров используют автоматические компенсаторы, которые для токо­ вых преобразователей имеют индекс «У», например, самопишущий компенсатор будет иметь обозначение КСУ, а показывающий КПУ.

1S2

Эти компенсаторы, как указывалось выше, имеют класс точности 0,25 и 0,5.

Автоматические регуляторы. Универсальный регулятор РП-2 (рис. VIII. 10) может работать с различными параметрическими то­ ковыми, а также с дифференциально-трансформаторными, ферро­ динамическими и температурными (термопары и термометры со­ противления) преобразователями. Регулирующие приборы РП-2 применяют для автоматизации технологических процессов в хими­ ческой, строительной, стекольной, пищевой, металлургической, энергетической и других областях промышленности. Они предна­ значены для работы во взрыво- и пожаробезопасных помещениях, а также в среде, не содержащей агрессивных паров и газов.

Выпускают модификации прибора РП-2—РП2-П2, РП2-С2, РП2-Т2, РП2-У2 (см. таблицу). Они являются бесконтактными ре­ гулирующими приборами с импульсным управлением исполнитель ным устройством. Приборы выполнены на полупроводниковых эле­ ментах, имеют высокую надежность, соответствуют современным требованиям. Приборы работают совместно с исполнительными механизмами МЭО и МЭП.

Модификации регуляторов РП-2

Приборы позволяют формировать ПИ- и ПИД-законы регули­ рования: ПИ-закон при помощи действующей внутри прибора отри­ цательной обратной связи, ПИД-закон при работе с дифференциато­ ром, выполненным в виде отдельного блока. Кроме того, ими мож­ но осуществлять П- и ПД-законы регулирования.

Регулирующий прибор функционально разделяют на измеритель­ ный и электронный блоки. Измерительный блок является устройст­ вом, служащим для алгебраического суммирования входных сигна­ лов преобразователей, сравнения их с сигналом задатчика, усиле­ ния и выдачи сигнала ошибки в виде напряжения на электронный блок. Электронный блок служит для усиления и преобразованиясигнала, поступающего от измерительного блока, и формирования совместно с исполнительным механизмом заданного закона регули­ рования.

На вход регулирующего прибора 1 (рис. VIII. 11) поступают сиг­ налы с первичного прибора 2 и задатчика 3. Разность сигналов (сиг­ нал ошибки) усиливается и после соответствующего преобразова­ ния с выхода регулирующего прибора в форме импульсов постоян-

ного напряжения поступает на вход магнитного усилителя 4, кото­ рый бесконтактно управляет исполнительным механизмом 5. Для возможности отключения регулятора и перехода на ручное дистан­ ционное управление служат переключатели 6. Для контроля поло­ жения регулирующего органа на пульте управления установлен дистанционный указатель положения 7.

Структурная схема ПИД-регулирования отличается от преды­ дущей наличием дифференциатора, который включают последова­ тельно в линию, соединяющую первичный прибор и регулятор. Структурная схема П-регулирования включает жесткую обратную

Рис. VIII.12. Структурная схема из­ мерительного блока регулятора РП-2

Рис. VIII.13. Структурная схема элек-. Рис. VIII.14. Структурная схема тронного блока регулятора РП-2 электронно-гидравлического ре­

гулятора

связь по положению выходного сигнала (штока) исполнительного механизма (пунктир на рис. VIII. 11).

Разберем схему измерительного блока (рис. VIII. 12). Измеритель­ ный блок И-П2 служит для алгебраического суммирования в нуж­ ной пропорции сигналов дифференциально-трансформаторных или ферродинамических преобразователей 1 с сигналом задания, уси­ ления и преобразования в напряжение постоянного тока с целью дальнейшей подачи на вход электронного блока. Входные сигналы Х-! и х2 сравниваются в устройстве 2 с сигналом хзд задатчика 3. Результат сравнения Ах усиливается и преобразуется с учетом фазы фазочувствительным каскадом 4. Функциональная схема элек­ тронного блока (рис. VIII. 13) состоит из модуля усилителя /, моду­ ля триггера 2 и модуля обратной связи 3.

§ ѴІІІ.З. ЭЛЕКТРОННО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА «КРИСТАЛЛ»

Характерной особенностью системы «Кристалл» является соче­ тание электрических методов измерения и усиления с электрогидрав-

164

лическими методами работы исполнительных механизмов. Исходя из требований обеспечения высокой надежности и простоты обслужи­ вания, в регуляторе отсутствуют электроконтактные устройства и электровакуумные элементы. Система позволяет формировать П-, И- и ПИ-законы регулирования.

Визмерительную часть схемы электронно-гидравлического регу­ лятора (рис. VIII. 14) могут быть введены сигналы от нескольких (до трех) первичных приборов ПП и устройства обратной связи ОС. Сте­ пень влияния каждого из них можно плавно менять в широких преде­ лах при помощи ручек настройки. Задание регулятору устанавлива­ ют задатчиком 3d. Электрический сигнал, пропорциональный алгеб­ раической сумме сигналов от первичных приборов и задатчика, уси­ ливается транзисторным усилителем У, выходной каскад которого является фазочувствительным. Сигнал с выхода усилителя подается на обмотки электронно-гидравлического реле ЭГР, управляющего гидравлическим -исполнительным механизмом ГИМ. Обратная связь ОС охватывает все элементы регулятора, включая исполни­ тельный механизм.

Вкачестве первичных приборов для электронно-гидравлических регуляторов могут быть применены манометры, дифференциаль­ ные манометры и тягомеры с дифференциально-трансформаторными преобразователями, термопары и термометры сопротивления. Пере­ численный комплект первичных приборов обеспечивает автоматиза­ цию теплотехнических процессов. Рассмотрим отдельные элементы электронно-гидравлического регулятора (рис. VIII. 15, а).

Усилитель-регулятор. Для работы с различными первичными приборами (дифференциально-трансформаторными преобразовате­ лями, термометрами сопротивления, термопарами) разработаны транзисторные приборы трех типов, в значительной мере сходные

между собой. Основной (базовой) модификацией является прибор УТ, предназначенный для работы от дифференциально-трансформа­ торных преобразователей (рис. VIII. 15, б). Прибор суммирует сиг­ налы от нескольких первичных приборов, обратной связи и задатчи­ ка, а также усиливает сигналы рассогласования. Кроме того, в при­ боре имеется переключатель ПУ для перевода на автоматическое или дистанционное управление и органы дистанционного управле­ ния — кнопки «Больше» и «Меньше». В схему суммирования входят цепи питания первичных обмоток преобразователей, мост задатчи­ ка и реостаты чувствительности по каналу каждого преобразовате­ ля (Дх — R3). Первичные обмотки преобразователей соединяют по­ следовательно, для чего соответствующая обмотка II трансформа­ тора Трі имеет несколько отводов.

Задание регулятору устанавливают потенциометром /?4, ко­ торый вместе с резисторами R5 и Re образует узел задатчика. За счет индуктивной связи между катушками Lx и І 2 напряжение на L2, а следовательно и на выходе узла задатчика, сдвинуто по фазе от­ носительно тока в катушке Lx, совпадает по фазе с напряжением, по­ лученным от преобразователя, и суммируется с ним. Сменные ре­

165

на транзисторе, работающем в режиме ключа. Коэффициент передачи такого демодулятора, определяемый отношением постоянной

Рис. VIII. 15. Усилитель-регулятор системы «Кристалл»

а— общий вид; б— электрическая схема

166

минимальные наводки на вход усилителя, так как имеет с ним

общую точку.

Двухкаскадный усилитель выполнен на двух транзисторах Та и Т4. Оба каскада построены по обычной схеме с общим эмиттером.

суммирования и узел задания. В приборе могут суммироваться сиг­ налы от одного дифференциально-трансформаторного преобразо­ вателя, двух мостов с термометрами сопротивления и моста задатчи­ ка. Прибор УТ-Т предназначен для работы с термопарой. Его входное устройство позволяет суммировать сигнал от термопары с сигналом от двух дифференциально-трансформаторных преобра­ зователей. Первичные приборы, исполнительный механизм и пита­ ющее напряжение подключаются к усилителям всех типов через штепсельный разъем, установленный на задней стенке прибора.

167

Электрогидропреобразователь. В системе применен электрогид­ равлический преобразователь релейного типа, характеризующийся простотой конструкции и высокой надежностью. Схема управления гидравлическим исполнительным механизмом / при помощи релей­

время в обе полости цилиндра исполнительного механизма пода­ ется вода из магистрали под давлением, установленным при помо­ щи редукционного клапана. При отклонении регулируемой величины от заданного значения на одной из обмоток (Рг или Р2) появляется напряжение, которое увеличивается по мере увеличения отклонения. При достижении напряжения срабатывания сердечник соответству­ ющего электромагнита и связанный с ним клапан перемещаются из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее. Тем самым от­ крывается слив из соответствующей полости цилиндра. Поршень 1 будет перемещать регулирующий орган 2 до тех пор, пока напряже­ ние на обмотке электромагнита не уменьшится до величины напря­ жения отпускания. Когда клапан перейдет в нижнее положение, слив воды прекратится и поршень остановится. Обратные шариковые клапаны 3 обеспечивают стабилизацию положения регулирующего органа при обесточенных катушках электрогидравлического пре­ образователя. Мощность срабатывания электрогидропреобразова­ теля не превышает 3 Вт, что обеспечивает работу триодов выходного каскада усилителя с большим запасом по мощности. '

Имеются четыре модификации гидравлического исполнительного механизма, отличающиеся видом устройства обратной связи. Общее во всех модификациях — привод поршневого типа. В самой простой модификации гидравлический исполнительный механизм не имеет устройств обратной связи. В этом случае система осуществляет И-за- кон регулирования. Другие две модификации позволяют вводить в схему регулирования жесткие связи по положению исполнитель­ ного механизма. Для этой цели в кожухе устанавливают один или два дифференциально-трансформаторных преобразователя пере­ мещения 4, плунжеры которых при помощи рычажной системы 5 ки­ нематически связаны с исполнительным механизмом. В этом случае может быть осуществлен П-закон регулирования. Если в исполни­ тельном механизме устанавливают два преобразователя, то его мож­ но использовать в схемах связанного регулирования; при этом один преобразователь служит для образования жесткой обратной связи, а второй меняет задание другому регулятору (например, в схеме регулирования соотношения топливо — воздух в котлах и печах). На этом же принципе может быть построена схема слежения двух исполнительных механизмов.

Другая модификация гидравлического исполнительного механиз­ ма оснащена пневматическим устройством упругой обратной связи, позволяющим реализовать ПИ-закон регулирования. В этом испол­ нительном механизме время изодрома изменяется при помощи мест-

168