Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое регулирование. Учебное пособие.pdf
пневмосигнала давлением действует на мембрану или поршень и
позволяет получить поступательное перемещение штока для
плавного управления регулирующими клапанами. Если на
пневматический исполнительный механизм от РСУ поступает
сигнал (4-20) мА постоянного тока, то для работы пневмоклапана
необходим электро-пневматический позиционер (преобразователь).
Приведем пример.
Электро - пневматический позиционер VP200
Электропневматический позиционер VP200 предназначен
для преобразования электрических сигналов 4…20 и 10…50 мА
постоянного тока в пневматический сигнал управления клапанами,
цилиндрами и исполнительными механизмами. Позиционер
обладает устройством обратной связи, что обеспечивает точность
позиционирования.
Основные характеристики: совместим с клапанами как
одностороннего, так и двухстороннего действия, измеряемый ход
(10..100) мм, входные сигналы (4…20) и (10…50) мА, режим
работы ручной/автоматический, перенастройка нуля -15…85%
шкалы, перенастройка диапазона сигнала 300%, требования к
температуре окружающей среды (-10…+80) °С либо (- 30…+40) °С,
исполнение IP53, взрывозащита: Exds IIB+H2 T6.
Yokogawa Electric, Япония.
4.5.2. Электрические исполнительные механизмы
Электрические исполнительные механизмы можно
разделить на две основные группы: соленоидные
(электромагнитные) и электродвигательные.
Особенность соленоидных исполнительных механизмов
состоит в том, что необходимое для перестановки рабочего органа
усилие создается за счет электромагнита, обеспечивающего
поступательное движение выходного звена. Такие механизмы
применяются в основном в схемах двухпозиционного
регулирования (открыто-закрыто), так как регулирующий орган
может находиться в двух крайних положениях. Кроме того, у
клапанов с таким приводом существует возможность
гидравлического удара за счет практически мгновенного
61
перекрытия потока жидкости. Они применяются только для
клапанов малого диаметра, не требующих больших перестановочных усилий. Соленоидный привод применяется для различных
вспомогательных переключений в системах автоматического
регулирования и управления, а также для блокировки в
производственных процессах путем открытия или закрытия
технологических линий. При необходимости используется также
электродвигательный исполнительный механизм, состоящий из
электродвигателя и понижающего механического редуктора.
4.5.3. Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлические исполнительные механизмы
изготавливаются двух типов: с вращательным движением вала и с
возвратно-поступательным движением штока (прямого хода). По
принципу действия и конструктивно сходны с пневматическими
поршневыми. Они позволяют получить большее перестановочное
усилие и перемещение.
4.5.4. Регулирующие органы
(клапаны пневматические, электромагнитные, заслонки,
задвижки)
Их спектр довольно широк в зависимости от условий
применения [3]. Регулирующие клапаны различаются по размерам,
конструкции и материалам, применяемым для их изготовления.
1. Регулирующие пневматические клапаны: Различают одно-
и двухседельные, трехходовые, малогабаритные регулирующие
КМР, угловые, клапаны для высоких перепадов давления газа и
охлажденных сред, клапаны высокого давления, клапан
футерованный коаксиальный клапан, клеточный клапан, клапан
шланговый специальный (КШС), клапан предохранительный,
шаровые краны.
На рис. 28 приведена схема простейшего клапана.
62
Рис. 28. Регулирующий клапан
Различают клапаны прямого и обратного действия (т.е.
нормально открытые и нормально закрытые). У клапана прямого
действия (нормально открытого) затвор при движении вниз
уменьшает проходное сечение, а у клапана обратного действия –
увеличивает.
Трехходовые клапаны. Трехходовые клапаны целесообразно
применять во всех случаях при необходимости работы с двумя
потоками, как при разделении, так и при смешивании (рис. 29-30).
Применение трехходового клапана в любом случае выгоднее, чем
использование двух обычных клапанов как с точки зрения надежности
системы, так и с точки зрения затрат. В случае использования
переключающего трехходового клапана есть гарантия,
определяющаяся механической конструкцией клапана, что не
произойдет перекрытие потока, т.е. при переключении потока с
одного выхода на другой механически не может произойти открытие
одного входа без закрытия другого, а при использовании двух
клапанов несрабатывание одного из клапанов вполне вероятно, что
вполне может вызвать различные аварийные ситуации при
непрерывном цикле производства.
При смешивании продуктов, также как и при разделении,
применение трехходового смесительного клапана надежнее и не
вызывает резкого изменения расхода за счет несрабатывания одного
из клапанов в случае работы с двумя регулирующими клапанами.
63
Рис. 29. Трехходовой клапан
Рис. 30. Схема регулирующего органа смесительного клапана со
смешиванием потока в заранее определенной пропорции
Конструкция переключающего клапана основана на
использовании единого плунжера, перекрывающего один из
входов/выходов клапана в крайних положениях хода плунжера.
Конструкция смесительного клапана основана на смешивании потоков
среды, поступающих с различных входов.
Электромагнитные клапаны (клапаны регулирующееотсечные, клапаны отсечные КМО). Электромагнитный клапан
состоит из двух функциональных узлов: самого клапана и соленоида,
то есть электромагнита(рис. 31) [4]. Эти клапаны (также называемые
64
соленоидными клапанами) устанавливаются на трубопроводах и
открывают или перекрывают поток рабочей среды (в зависимости от
того, к какому типу клапана он относится – нормально открытому или
нормально закрытому). Функционирование таких клапанов
происходит при поступлении сигнала от датчика Электромагнитные
клапаны могут быть запорно-регулирующими и отсечными.
Запорно-регулирующие клапаны устанавливаются на
трубопроводах, агрегатах, сосудах и предназначены для систем
автоматизации управления потоками рабочих сред путем
изменения площади проходного сечения.
Отсечные клапаны предназначены для быстрого
отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации
или по технологическим требованиям для трубопроводной
арматуры. Характерной чертой клапана отсечного является
быстродействие, обеспечиваемое обычно срабатыванием пружины
(рис. 31).
Рис. 31. Электромагнитный клапан.
1 - кольцо резиновое; 2 – пружина; 3 – корпус; 4 - кольцо резиновое; 5 –
затвор; 6 – мембрана; 7 – крышка; 8 - прокладка резиновая; 9 – золот-
ник; 10- гайка накидная; 11- толкатель; 12- электромагнит; 13- крышка
65
Клапаны отсечные КМО. Отсечной клапан КМО применяется
для автоматического открытия или перекрытия потока жидких и
газообразных сред в соответствии с управляющим сигналом. От
регулирующих клапанов малогабаритных клапаны отсечные
конструктивно отличаются специальной отсечной парой и навесным
оборудованием Отсечные клапаны изготавливаются как в
разгруженном, так и неразгруженном исполнении.
Регулирующие заслонки. Для регулирования потоков газа и
пара широко применяются регулирующие (дроссельные) заслонки
(рис. 32).
Поворотный дисковый затвор (рис. 33) представляет собой
круглую дисковую заслонку с уплотнением, позволяющим обеспечить
перекрытие потока. Они используются при небольших избыточных
давлениях или разрежениях в трубопроводах большого диаметра, где
допускаются лишь небольшие потери давления. Регулирующие
заслонки могут работать также в среде газов, содержащих твердые
частицы (пылевидный катализатор, мелко раздробленный кокс и др.) и
в среде сыпучих гранулированных твердых материалов.
Рис. 32. Регулирующая заслонка с пневматическим приводом и схема ее
действия
66
Рис. 33. Поворотный затвор
Шиберные задвижки
Обычно задвижка шиберная используется в качестве за-порнорегулирующей арматуры (рис. 34) и предназначена для работы при
температурах окружающего воздуха от -5 до +40
0
С. Она
устанавливается на технологических линиях для транспортировки
пульпообразных и целлюлозно-бумажных масс с различными
включениями, сыпучих материалов с крупными фракциями, сильно
загрязненных и шламовых вод, различных горюче-смазочных
материалов. Шиберная задвижка устанавливается между
трубопроводными фланцами. Рабочая среда может подаваться в обоих
направлениях. Обычно задвижка шиберная используется в качестве
запорно-регулирующей арматуры и предназначена для работы при
температурах окружающего воздуха от -5 до +40
0
С.
Рис. 34. Шиберная задвижка
67
Управление шиберной задвижкой осуществляется вручную,
электроприводом или пневмоприводом. Ее конструкция проста и
надежна, ее легко монтировать, она обладает повышенной стойкостью
к воздействию агрессивных сред; задвижка шиберная долговечна,
устойчива к износу. Высокое сопротивление коррозии обеспечивается
применением высоколегированной стали шибера и шпинделя и
антикоррозийного покрытия корпуса.
68
5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ САР
5.1. Беспроводные сети
Существует много объектов автоматизации, где сложно
обойтись без беспроводных сетей или где их применение явно
желательно [10]:
1. Датчики и исполнительные устройства на подвижных
частях конвейеров, ветряных мельниц, лифтов, миксеров, тележек
для перемещения грузов по цеху, на крыльях и лопастях самолетов,
на подшипниках двигателей, на роботах, в передвижных
лабораториях, датчики на теле человека и животных; датчики
вибрации на контейнерах для перевозки грузов.
2. Объекты, в которых нежелательно сверлить стены или
портить дизайн: офисные здания, в которых устанавливается
пожарная и охранная сигнализация, датчики для систем обогрева и
кондиционирования воздуха и т.д.
3. Эпизодическое программирование и диагностика ПЛК;
дистанционное считывание показаний счетчиков, самописцев.
4. Объекты с агрессивными средами, вибрацией.
5. Отслеживание траектории движения транспорта.
6. Объекты во взрывоопасных зонах [10].
Беспроводные сети предназначены для установки на
промышленных предприятиях, где даже небольшие расстояния иногда
могут быть труднодоступными или слишком затратными для
покрытия традиционными проводными сетями. Беспроводные
решения в такой ситуации могут быть очень экономичными. Это
связано с тем, что затраты на установку беспроводного оборудования
составляют небольшую часть обычных затрат на монтаж.
Беспроводные устройства, установленные на участках
технологического процесса, работают вместе, создавая надежную
беспроводную сеть. Каждый прибор в беспроводной сети действует
как маршрутизатор для других, расположенных рядом приборов,
передавая сообщение, пока оно не достигнет места назначения. Эта
возможность обеспечивает резервные пути передачи информации и в
связи с этим высокую надежность.
69
Сеть является самоорганизующейся, а значит, обеспечивает
ектра
во
расхода с поддержкой шины FOUNDATION Fieldbus измеряет четыре
совместную работу приборов для автоматизированного поиска
оптимального пути передачи. Беспроводная сеть состоит из
множества оконечных устройств с автономными элементами питания
и одной базовой станции, которая соединена с ПК и имеет
стационарное питание. Функция оконечных узлов заключается в
периодическом опросе подключенных к ним датчиков и передаче
результатов измерения базовой станции, которая транслирует их на
ПК по интерфейсу USB для отображения и последующего анализа.
Задача проектируемой системы заключается в сборе, нормализации и
визуализации данных, полученных с удаленных тензометрических
датчиков, используемых для мониторинга широкого сп
показателей, таких как нагрузка на поточные производственные
линии, смещение элементов зданий и конструкций, превышение
допустимых норм вибрации и т.д. Как и в любой сенсорной сети,
основными требованиями при разработке являются приемлемая
точность преобразования сигналов с датчиков, длительный срок
службы от автономных источников питания, а также возможность
конфигурирования системы для работы с датчиками различных типов.
На март 2009 года доступна спецификация версии HART 7.2,
поддерживающая технологию беспроводной передачи данных [7].
5.1.1. Многопараметрические датчики
Многопараметрические датчики позволяют сократить затраты
на покупку и установку оборудования. К тому же возрастает общая
надежность системы, поскольку используется меньшее количест
преобразователей. По данным опроса, в среднем 22% всех датчиков
являются многопараметрическими. Например, датчик массового
величины: давление, перепад давления, температуру и массовый
расход (рис. 35). Использование одного универсального датчика
снижает степень вмешательства в процесс, сокращает затраты на
оборудование и установку. Данный прибор обеспечивает полностью
компенсированное измерение потока, уменьшая погрешности,
характерные для классических расходомеров. Для определения
массового расхода измеряются давление и температура процесса,
70