Введение

Современная промышленность характеризуется непрерывным повышением производительности машин и агрегатов, повышением качества выпускаемой продукции и снижением ее стоимости. Большие скорости протекания производственных процессов и повышение требований к точности их выдерживания привели к широкому применению систем автоматического регулирования. Система автоматического регулирования должна обеспечивать поддержание на определенном уровне или изменение по заданному закону некоторых переменных характеристик (регулируемых величин) в машинах и агрегатах с помощью различного рода технических средств без участия человека.

Необходимо также добавить, что проведение некоторых технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации, так как малейшее замешательство человека и несвоевременное его воздействие на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Внедрение автоматизации способствует безаварийной работе оборудования, значительно снижает случаи травматизма, предупреждает загрязнение окружающей среды.

1. Исследование линейной системы автоматического регулирования

1.1 Описание выбранной линейной системы автоматического регулирования

В данной работе для исследования мною выбрана система автоматического регулирования уровня жидкости в емкости с использование буйкового уровнемера и пневмосилового преобразователя.

Рис. 1 Принципиальная схема автоматического регулирования уровня

1 – технологическая емкость;

2 – буек;

3 – соединительный шток;

4 – ножевая опора (призма);

5,7 – передаточные рычаги;

6 – противовес;

8 – Т - образный рычаг;

10, 11 – узел «сопло-заслонка»;

12 – Г - образный рычаг;

13 – пневмоусилитель;

14 – сильфон обратной связи;

15 – регулирующий клапан;

16 – корректор

Принцип действия основан на изменении силы Архимеда, действующую на буек 2, при изменении уровня жидкости. При изменении уровня в емкости 1 буек 2 не перемещается вместе с уровнем, а только создает силу рассогласования. При увеличении уровня жидкости начинает увеличиваться сила Архимеда, которая нарушает равновесие между моментами буйка 2 и противовеса 6. Это рассогласование действует на Т - образный рычаг и в результате заслонка 10 пневмосилового преобразователя перемещается. Принцип действия пневмосилового преобразователя основан на силовой компенсации моментов, развиваемых измерительным блоком и блоком обратной связи. Он предназначен для преобразования входного параметра (перемещение заслонки) в пневматический сигнал дистанционной передачи (20 … 100 кПа). Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением, поступающим с пневмоусилителя 13 в сильфон обратной связи 14. Сигнал, поступающий в сильфон 14, одновременно является выходным сигналом пневмосилового преобразователя (20 … 100 кПа). Сигнал 20 … 100 кПа поступает на мембранный исполнительный механизм регулирующего клапана 15. Клапан, изменяя проходное сечение трубопровода подачи жидкости, регулирует уровень в емкости.

1.2 Составление структурной схемы выбранной системы автоматического регулирования по принципиальной схеме

Определим объект регулирования и действующие на него факторы.

Объект регулирования (ОР) – технологическая емкость 1, в которой происходит регулирование уровня жидкости;

Регулируемая величина X(t) – уровень жидкости;

Возмущающее воздействие f(t) – изменение расхода жидкости;

Управляющее воздействие Q(t) – подача жидкости в емкость для восстановления заданного уровня.

Функциональная схема ОР и сигналы, действующие на него, показаны на рисунке 2.

F(t) – изменение расхода жидкости

ОР – технологическая емкость

Q(t) – подача жидкости

в емкость X(t) – уровень жидкости

Рис. 2 Функциональная схема ОР и сигналы, воздействующие на него

Определим элементы функциональной схемы.

Исполнительное устройство (ИУ) – регулирующий клапан 15, от которого зависит количество поданной жидкости в технологическую емкость 1;

Датчик (Д) – буек 2, который служит для измерения регулируемой величины (уровня жидкости) и преобразования ее в силу, действующую на Т - образный рычаг 8;

Задающее устройство (ЗУ) – заданное положение противовеса 6; Выходной сигнал от ЗУ – момент М, который приложен к рычагу 5. М = F·l₁, где F – сила тяжести противовеса 6; l₁ – плечо силы F;

Выходной сигнал от датчика – момент силы Архимеда М_А, который действует на рычаг 5. М_А = F_А·l₂, где F_А – сила Архимеда, l₂ – плечо силы F_А;

Устройство сравнения – рычаг 5. Работа устройства сравнения 5 заключается в сравнении двух сигналов от Д и ЗУ (М и М_А). В результате, чем меньше уровень жидкости, тем меньше момент М_А, тем выше поднимается правая часть рычага 5. В итоге, тем больше будет поступать жидкости через клапан 15 в емкость1. Выходной сигнал от устройства сравнения ΔМ = М_А – М.

Составим структурную схему регулирования уровня жидкости в емкости (рисунок 3).

М_А ΔМ ΔМ’ S ΔP P S L

M M_C P

L

Рис. 3 Структурная схема регулирования уровня жидкости в емкости

ОР (емкость 1) является апериодическим звеном первого порядка:

, где К₁ = 1,5; Т₁ = 1,5 c.

Датчик (буек 2) является усилительным звеном:

, где K₂ = 1.

Задающее устройство является усилительным звеном:

, где K₃ = 2.

Рычаг 8 является усилительным звеном:

, где K₄ = 0,2.

Передаточная функция заслонки имеет вид:

, где K₅ = 1; T₅ = 0,2 c.

Пневмоусилитель 13 является усилительным звеном:

, где K₆ = 3.

Сильфон 14 является усилительным звеном:

, где K₇ = 2.

Исполнительное устройство 15 (клапан) является апериодическим звеном:

, где K₈ = 2; T₈ = 0,5 c.

Здесь K_i – коэффициент усиления или передаточный коэффициент звена;

T_i – постоянная времени звена.