Lek-AAKhTP

Входные и входные сигналы

Рисунок 17.13– Структурная схема ремиконта Р130

В состав контроллера входят:

1.БК-1 (БК-21) - блок контроллера. БК-1 имеет две модели. В составе БК-21 предусмотрена третья модель, рассчитанная на непрерывно-дискретное управление.

2.ПН-1 (ПН-21) -пульт настройки. Предназначен для технологического программирования и подключается к контроллеру только на период программирования и настройки.

3.БП-1 (БП-21) -блок питания.

4.БУТ-10 (БУТ-20) -усилитель для термопар. Содержит два независимых канала усиления. Входной сигнал от термопар градуировок ПП, ПР, ХА, ХК, ВР, выходной -0 -:-5 мА.

5.БУС-10 (БУС-20) -усилитель для термометров сопротивления. Имеет два независимых канала усиления. Схема подключения ТС - трехпроводная. Выход - 0-:-5 мА.

6.БУМ-10 (БУМ-20) -усилитель мощности. Выход : дискретные сигналы U=220В, I= 2А. Содержит четыре независимых реле с нормально разомкнутыми контактами.

7.БПР-10 (БПР-20) - блок переключения. Служит для коммутации аналоговых или дискретных сигналов. В состав блока входят 8 слаботочных независимых реле с перекидными контактами.

121

8.РН-1 (РН-21) - блок нормирующих резисторов. Служит для преобразования токовых сигналов 0-5 ,0-20 мА в напряжение 0-2 В.

9.КБС-1,2,3 (КБС-1,2,3) -клеммно-блочные соединения.

Блок контроллера БК-1 имеет 30 модификаций, различающихся назначением и числом входов-выходов.

Число аналоговых входов : 8-16 , дискретных входов : 4-32.

Число аналоговых выходов : выходов: 2-4, дискретных выходов : 4-32.

Вкаждой модели предусмотрено:

1.76зашитых в ПЗУ алгоритмов непрерывной и дискретной обработки

информации, наиболее употребительных в задачах управления технологическими процессами.

2.99 алгоритмических блоков с возможностью их заполнения любыми алгоритмами из библиотеки.

3.Ручная установка или автоподстройка любых параметров настройки в любых алгоритмах.

4.Безударные изменения режимов, переконфигурация управляющих структур.

5.Объединение до 15 контроллеров в локальную кольцевую управляющую сеть "транзит".

6.Самодиагностирование ,сигнализация и идентификация неисправностей.

В контурах регулирования используется ПИД закон. ПИД регуляторы дополнены специальным алгоритмом автонастройки, с помощью которого можно оптимизировать параметры динамической настройки контуров регулирования.

Логическая модель контроллера ориентирована на выполнение логической программы последовательного действия. На каждом шаге программы анализируются условия выполнения текущего шага и определяется дальнейшая последовательность шагов.

В одном контроллере можно реализовать до четырех независимых или взаимосвязанных программ, каждая из которых может быть линейной или разветвленной, содержать условные и безусловные переходы, включать в себя конечные и бесконечные циклы.

Непрерывно-дискретная модель ориентирована на решение локальных задач автоматизации небольших агрегатов, в которых имеются смешанные задачи регулирования и логического управления.

Виртуальная структура Р-130 аналогична Р-110. Основу ее составляет алгоблок, функции которого определяются пользователем в процессе технологического программирования. Оператор помещает в алгоблоки любые алгоритмы из числа алгоритмов, имеющихся в библиотеке, соединяет между собой алгоблоки и устанавливает требуемые параметры настройки.

В Р-130 встроен интерфейсный канал цифровой последовательной связи, что позволяет связывать до 15 контроллеров в единую сеть "транзит". Расстояние между соседними контроллерами может достигать до 500 м, обмен информацией ведется на частоте 9,6 Кбит/С (9600 бод). Удаление от шлюза 15 м по RS 232c , и 500 м по ИРПС.

122

18 Исполнительные механизмы и регулирующие органы

Совокупность исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО) представляет собой исполнительное устройство (ИУ). От правильного выбора и расчета их в сильной мере будет зависеть качество функционирования всей системы автоматического регулирования.

Структурная схема исполнительного устройства может быть представлена так:

i- командный сигнал, l- перемещение выходного элемента ИМ, Q- материальный или энергетический поток

Рисунок 18.1 - Структурная схема исполнительного устройства

ИМ - исполнительный механизм, представляющий собой, функциональный преобразователь сигнала регулятора во входной сигнал регулирующего органа. РО - регулирующий орган непосредственно воздействует на технологический процесс путем изменения материального или энергетического потока. Оба блока кинематически связаны между собой посредством выходного элемента исполнительного механизма, передающего регулирующему органу перестановочное усилие. Перестановочное усилие воспринимается подвижной частью регулирующего органа.

18.1 Классификация исполнительных механизмов

Исполнительным механизмом называется часть исполнительного устройства, преобразующая получаемую энергию от регулятора в перестановочное усилие или момент для воздействия на регулирующий орган.

Исполнительные механизмы бывают: пневматические, гидравлические, электрические.

Пневматические ИМ бывают: мембранные, поршневые, сильфонные. Гидравлические ИМ бывают: мембранные, поршневые, лопастные. Электрические ИМ бывают : электродвигательные, электромагнитные.

Все типы ИМ могут быть:

-пружинные и беспружинные;

-прямоходовые , поворотные (однооборотные), многооборотные.

Пневматические ИМ отличаются пожаро- и взрывобезопасностью, высокой надежностью, простот ой обслуживания. Но д ля них требует ся система обеспечения сухим и чист ым сжат ым воздухом; расст ояния от управляющ их устройст в д о ИМ ограничены.

Гидравлические ИМ могут создавать большие перестановочные усилия и отличаются быстротой срабатывания. Но коррозия и повышенный износ деталей при использовании воды в качестве рабочей жидкости,

123

необходимость организации станций маслоснабжения в случае применения минеральных масел, значительно ограничивают их применение. Гидравлические ИМ сложны в изготовлении, наладке и обслуживании, стоимость их высока.

Электрические ИМ могут создавать большие перестановочные усилия, монтироваться на далеком расстоянии от пульта управления, обеспечивать практически любую величину хода. Но они имеют относительно большую массу, потребляют много энергии; их наладка и обслуживание сложны, стоимость высока, особенно во взрывозащищенном исполнении.

Существуют ИМ, в которых одновременно используются два вида энергии, создающей перестановочное усилие. Это в основном электрогидравлические ИМ.

В исполнительном механизме входом является подвод энергии, а выходом - перестановочное усилие (или момент), воздействующее на регулирующий орган.

Исполнительный механизм состоит из собственно ИМ и узла кинематической передачи. Для таких ИМ усилие выходных элементов определяется из приведенного усилия, развиваемого самим механизмом с учетом передаточного числа и коэффициента полезного действия. Если передаточное число равно 1, то перестановочное усилие механизма равно приведенному.

Впневматических ИМ перестановочное усилие создается за счет давления сжатого воздуха. Давление сжатого воздуха достигает до 1 МПа.

Вгидравлических ИМ перестановочное усилие создается за счет

давления рабочей жидкости 2.5-20 МПа.

Впружинных ИМ перестановочное усилие в одном направлении создается давлением рабочей среды, а в обратном - силой упругости сжатой пружины.

Вбеспружинных ИМ перестановочное усилие создается перепадом давления на рабочем органе (поршень) механизма.

По эксплуатационным качествам пружинные конструкции более универсальны: при аварийном прекращении подачи энергии пружина устанавливает затвор в одно из крайних положений - открытое или закрытое, в зависимости от вида действия ИМ. Беспружинная конструкция более проста, но при отсутствии энергии положение затвора в ней не фиксируется.

По характеру движения выходного элемента ИМ могут быть:

-прямоходовыми с поступательным движением выходного элемента;

-поворотными (270о -300о);

-многооборотными (угол поворота > 360o).

Конструкция ИМ может содержать дополнительные устройства, такие как: ручной привод, указатель положения выходного вала, устройство подрегулирования начального и конечного положения выходного звена.

18.1.1 Пневматический мембранно-пружинный исполнительный механизм

124

= К Р.

Т.е. уравнение исполнительного механизма представляет собой уравнение усилительного звена. Зависимость между давлением Р и перемещением штока является статической характеристикой ИМ.

Конструкции ИМ обеспечивают прямолинейность хода с весьма малым отклонением. ИМ не должен иметь большого гистерезиса хода. Допустимая разница значений между прямым и обратным ходами не должна превышать 2% полного хода штока.

1-теоретическая характеристика не нагруженного ИМ, 2-приведенная характеристика нагруженного ИМ , 3-действительная характеристика.

Рисунок 18.2 – Ходовая характеристика МИМ

На величину гистерезиса большое влияние оказывает трение в сальнике штока регулирующего органа.

ИМ выпускаются с диаметрами мембраны от 125 до 500 мм .

18.1.2 Электрический электродвигательный исполнительный механизм

Электродвигательные ИМ применяют в сочетании с разнообразной регулирующей или запорной трубопроводной арматурой (вентилями, кранами, задвижками, клапанами, заслонками).

Электродвигательные ИМ по виду движения выходного элемента подразделяются на однооборотные (МЭО), многооборотные (МЭМ) и прямоходные (МЭП). Они могут быть с постоянной скоростью и переменной скоростью перемещения выходного элемента. Первые применяются в импульсных, а вторые - в аналоговых системах регулирования.

При выборе типа электродвигательного ИМ следует руководствоваться тем, что МЭП обеспечивает более качественное воспроизведение закона регулирования и что они (как и МЭО) применяются в сочетании с регулирующими органами, имеющими малую и среднюю площади проходного сечения затвора регулирующего органа. МЭМ сочленяются с регулирующими органами с большими площадями затворов.

В общем случае электродвигательный ИМ состоит из электродвигателя, редуктора, узла обратной связи, конечных выключателей, датчика указания положения выходного элемента, ручного привода, тормоза. Схема такого ИМ представлена на рисунке 18.3.

126

Дросселирующие регулирующие органы представляют собой переменное гидравлическое сопротивление в системе, воздействующее на расход вещества за счет изменения своего проходного сечения. Для стандартных исполнительных устройств выпускаются дросселирующие РО типа: заслоночные, односедельные, двухседельные, трехходовые, диафрагмовые, шланговые клапаны. Для специальных исполнительных устройств используют: крановые , шиберные РО, направляющие аппараты и т.д.

К дозирующим РО относятся механизмы (агрегаты), посредством которых осуществляется заданное дозирование поступающего вещества или энергии, или изменение расхода вещества за счет изменения производительности агрегатов.

Дозирующие регулирующие органы бывают: механические и электрические. К механическим РО относятся: плужковые сбрасыватели, дозаторы, насосы, питатели, компрессоры. К электрическим РО относятся: реостатные, автотрасформаторные, специальные.

18.2.1 Регулирующие органы стандартной запорно-регулирующей арматуры

Заслоночные (смотри рисунок 18.4а). В них изменение пропускной способности достигается поворотом заслонки (диска) в седле. Используются для регулирования расхода газа.

Односедельные (смотри рисунок 18.4б). Применяются при диаметрах условного прохода трубопровода меньше 25 мм. В таких регулирующих органах шток испытывает неуравновешенное воздействие со стороны среды.

Рисунок 18.4 – РО стандартной запорно-регулирующей арматуры

Двухседельные (смотри рисунок 18.4в). Изменение пропускной способности достигается поступательным движением затвора вдоль оси проходов двух седел корпуса. Шток разгружен от действия среды.

Трехходовые (смотри рисунок 18.4г). Пропускная способность изменяется при поступательном перемещении затвора вдоль оси проходов двух седел и при этом корпус имеет три присоединительных прохода, через которые один поток разделяется на два.

Шланговые (смотри рисунок 21.4д) Изменение пропускной способности достигается изменением проходного сечения упругого патрубка

128

-отрезка шланга. Применяются для регулирования расхода загрязненных жидкостей.

Диафрагмовые (смотри рисунок 21.4е). Изменение пропускной способности достигается перемещением центра диафрагмы относительно седла. Применяется для регулирования расходов загрязненных жидкостей , пульп.

Рисунок 18.4 – РО стандартной запорно-регулирующей арматуры

18.2.2 Общие требования к регулирующим органам

При выборе регулирующего органа, прежде чем подобрать его по статической и динамической характеристике, нужно выяснить, отвечает ли РО следующим требованиям:

1. Принцип действия и конструкция РО должны обеспечить выполнение поставленной задачи автоматизации. Необходимо учесть, какой должен быть РО: нормально открытый или нормально закрытый, чтобы обеспечить безаварийность процесса при отказе АСР.

2. Технические параметры РО должны соответствовать свойствам и значениям параметров регулируемой среды ( стойкость к агрессивным средам, материал покрытий, рабочая температура, условное давление).

3.РО должен обеспечить требуемую надежность работы и технический ресурс.

4.РО должен безотказно работать в производственной атмосфере в

предполагаемом месте установки.

5. Место размещения РО должно отвечать условиям удобства монтажа и демонтажа РО, его обслуживания.

129

Литература

Основная 1. Беспалов, А. В. Системы управления химико-технологическими

процессами: учебник для вузов по химико-технологическим направлениям подготовки бакалавров и дипломированных специалистов/ А. В. Беспалов, Н. И. Харитонов.-М.: Академкнига , 2007.- 690 с.

2. Шишмарев, В. Ю. Типовые элементы систем автоматического управления: учебник для среднего профессионального образования по спец. 2101 /В. Ю. Шишмарев.- 2е изд., стер.- М.: Academia, 2007.-304 с.

3. Кулаков, М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств: учебник для вузов по спец. «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов» / М. В. Кулаков.-4-е изд., стер., перепеч. с 3-го изд.- М.: Альянс, 2008,- 424 с.

Дополнительная

1. Харазов, В. Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами: учебное пособие для вузов по спец. 220201 «Управление и информатика в технических системах» / В. Г. Харазов.- СПб. : Профессия, 2009.- 590 с.

Вспомогательная

1. Голубятников, В. А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: учебник для техникумов/ В. А. Голубятников, В. В. Шувалов.-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1985.- 350 с.

2. Лапшенков , Г. И. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: технические средства и лабораторные работы: учебн. пособие для химико-технологических спец. вузов / Г. И. Лапшенков, Л. М. Полоцкий.-3-е изд. ,

перераб., и доп.- М.: Химия, 1988.- 288 с.

3. Шарков, А .А. Автоматическое регулирование и регуляторы/ А .А. Шарков, Г. М . Притыко, Б. В. Палюх.-М.: Химия, 1990.- 288 с.

4. Фарзане, Н. Г. Технологические измерения и приборы: учебн. для вузов / Н. Г. Фарзане, Л. В. Илясов, А. Ю. Азим-Заде.-М.: Высш.шк, 1989 .- 456 с.

5. Шувалов, В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: учебник для средних специальных заведений / В.В. Шувалов, Г.О. Огаджанов, В.А. Голубятников . - М.: Химия, 1991.-479 с.

130