Технические САУ, Петухов И.В., Стешина Л.А

(связывает сигналы х(t) и y(t) – перемещение регулирующего органа).

Переключатель режима работы (ПРР) системы регулирования и модуль ручного (дистанционного) управления составляют блок управления.

Рис. 4.3. Структура системы автоматического регулирования

Автоматический режим работы предполагает воздействие на объект в соответствии с законом управления. Ручное управление осуществляется с помощью кнопок дистанционного управления.

Исполнительный усилитель (ИУ) усиливает по мощности управляющий сигнал от ПРР или от ручного управления. Исполнительный механизм (ИМ) реализует командный сигнал, оказывая регулирующее воздействие на регулирующий орган.

71

При этом следует учитывать, что передача и приём информации сопровождается процессом действия помех (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Структурная схема процесса передачи информации в системах связи

На рис. 4.5 приведена структура системы автоматического управления.

Внешняя среда

Рис. 4.5. Структура системы автоматического управления

В качестве задатчика в САУ выступает программное задающее устройство.

72

5. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПРИБОРОВ. ДАТЧИКИ. ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

5.1. Государственная система приборов

Государственная система приборов (ГСП) объединяет в себе все средства контроля и регулирования технологических процессов.

Измерение, т. е. нахождение значения физической величины опытным путем, осуществляется с помощью специальных устройств – средств измерений. Основными видами средств измерений являются измерительные преобразователи и измерительные приборы.

Измерительные преобразователи (датчики) предназначены для получения сигнала измерительной информации, удобной для передачи, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительные приборы предназначены для получения сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Характерными особенностями ГСП являются:

1)блочно-модульный принцип, лежащий в основе конструкций устройств;

2)унификация входных-выходных сигналов и сигналов пита-

ния.

Традиционно ГСП содержит три ветви:гидравлическую;пневматическую;электрическую.

В отдельных видах изделий могут быть использованы и другие виды энергии носителей сигналов (акустическая, оптическая, механическая и др.). Различают также устройства, работающие

74

без использования вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия).

Гидравлические приборы позволяют получать точные перемещения исполнительных механизмов при больших усилиях.

Приборы пневматической ветви характеризуются безопасностью применения в легковоспламеняемых и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы, особенно при использовании в агрессивной атмосфере. Они легко комбинируются друг с другом. Однако пневматические приборы уступают электронным в тех случаях, когда технологический процесс требует большого быстродействия или передачи сигналов на значительные расстояния.

АСУ ТП, комплектуемые из приборов электрической ветви, имеют преимущества по чувствительности, точности, быстродействию, дальности связей, обеспечивают высокую схемную и конструктивную унификацию приборов. Применение интегральных микросхем способствует уменьшению габаритов и веса приборов, сокращению количества потребляемой ими энергии, повышению их надежности, расширению их функциональных возможностей (создание многофункциональных приборов), позволяет применять при их изготовлении современную прогрессивную технологию. Применение в АСУ ТП аналоговых и цифровых микросхем и микропроцессоров особенно важно в группе контрольноизмерительных приборов, так как обеспечивает возможность их непосредственной связи с управляющим контроллером.

Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости.

Унифицированный сигнал (УС) – это сигнал дистанционной передачи информации с унифицированными параметрами, обеспечивающий информационное сопряжение (интерфейс) между

75

блоками, приборами и устройствами автоматизации. Под унифицированным параметром УС понимается тот его параметр, который является носителем информации: значение постоянного или переменного тока или напряжения, или частоты, код, давление воздуха пневматического сигнала.

Взависимости от вида унифицированных параметров применяются унифицированные сигналы четырех групп:

1) тока и напряжения электрические непрерывные;

2) частотные электрические непрерывные;

3) электрические кодированные;

4) пневматические.

Каждая группа УС определяется соответствующим государственным стандартом (ГОСТ).

Вкачестве примера в табл. 5.1 приведены основные виды унифицированных аналоговых сигналов.

Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий преобразователь.

Средства измерений могут быть с успехом использованы лишь только тогда, когда известны их метрологические свойства. Основным метрологическим свойством является погрешность.

76

Любые измерения сопровождаются:

1)случайными погрешностями, имеющими случайную природу (причина их неизвестна);

2)промахами, вызванными неправильными отсчетами по прибору;

3)систематическими погрешностями, обусловленными несовершенством методов определения, конструкции прибора.

Различают погрешности:

1)абсолютные:

D(Х ) Х Х0 ,

где Х – измеренное значение параметра, Х0 – истинное значение; 2) относительные:

где Хmin и Хmax – минимальное и максимальное значения измеряемой величины.

Максимальная приведенная погрешность называется классом точности:

В зависимости от класса точности приборы делятся на эта-

лонные (образцовые) и рабочие.

5.2. Классификация КИП

На нефтеперерабатывающих и химических производствах наиболее часто измеряемыми величинами являются температура, давление, расход и уровень. На них приходится около 80 % всех

77

измерений. Остальную часть составляют электрические, оптические и другие измерения.

При измерениях используются различные измерительные приборы, которые классифицируются по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения механических, электрических, магнитных, тепловых и других физических величин.

Классификация по роду измеряемой величины указывает, какую физическую величину измеряет прибор (давление Р, температуру Т, расход G, уровень Н, количество вещества С и т.д.).

Исходя из признака преобразования измеряемой величины, измерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

По способу получения информации приборы подразделяют-

ся на показывающие, регистрирующие, сигнализирующие, компарирующие, регулирующие. Показывающие приборы дают возможность наблюдателю получать значение измеряемой величины в момент измерения на отсчетном устройстве (шкале с цифровым указателем, пере с диаграммой). Значительное распространение получили шкаловые отсчетные устройства, основными элементами которых являются шкала и указатель.

Показывающие приборы составляют наиболее многочисленную группу приборов, получивших широкое распространение в технологических измерениях параметров процессов пищевых производств.

Регистрирующие приборы служат для автоматической записи результатов измерения на специальной бумажной ленте или диске (диаграммах). Запись на диаграмме производится пером в виде непрерывной линии или периодически печатающим механизмом и показывает изменение контролируемой величины во времени. По записи показаний можно провести последующий анализ результатов измерений за некоторый промежуток времени. Они позволяют контролировать работу персонала, управляющего тех-

78

нологическими процессами, помогают производить настройку регуляторов. Регистрирующие приборы имеют особо важное значение для таких измерений, где необходимо знать изменение контролируемого параметра в течение всего процесса, например температуру теплоносителя при дистилляции.

Сигнализирующие приборы имеют специальные устройства для включения звуковой или световой сигнализации, когда измеряемая величина достигает значения, вызывающего нарушение заданных технологических параметров.

Суммирующие приборы показывают суммарное значение величины за весь промежуток времени. В этих приборах счетчики встраиваются в один корпус с показывающим или самопишущим прибором и имеют с ним одну общую измерительную систему.

Компарирующие приборы служат для сравнения измеряемой величины с соответствующими мерами. Примером могут служить рычажные весы с гирями.

Регулирующие приборы снабжены устройствами для автоматического регулирования по значениям измеряемой величины.

По метрологическому назначению приборы делятся на ра-

бочие, образцовые и эталонные.

Рабочие приборы подразделяются на технические и лабораторные. Первые предназначены для практических целей измерения, при этом определенная их точность гарантируется заводомизготовителем. Поправки в их показания обычно не вносятся. Лабораторные отличаются большей точностью, так как в них учитываются ошибки измерения. Они более совершенны по конструкции. Лабораторные приборы используются для поверки технических приборов и контроля продукции.

Образцовые приборы служат для поверки рабочих приборов. Эталонные приборы предназначены для воспроизведения

единицы измерения с наивысшей достижимой точностью.

По расположению различают приборы местные и дистанционные. Местные приборы устанавливаются непосредственно на

79

объекте или вблизи него (например, стеклянные термометры, ареометры). Дистанционные приборы служат для передачи измеряемого параметра на расстояние. Они состоят из первичного и вторичного приборов.

5.3. Виды первичных преобразователей

Первичные приборы, или первичные преобразователи, предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования.

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи. Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрокинетические, гальванические и другие датчики). К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т. п. Им для работы необходим источник энергии. Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины.

Первичные преобразователи для измерения температуры

По термодинамическим свойствам, используемым для из-

мерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:

термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;

термометры газовые и жидкостные манометрические;

термометры конденсационные;

электрические термометры (термопары);

80