Схемы систем локального регулирования

Система локального регулирования (СР) строится на базе законченного типового устройства, осуществляющего управление одним параметром (в последнее время, для цифровой, микроконтроллерной техники может быть реализовано несколько контуров, как на «Ремиконте Р-130») и представляющий законченную автономную конструкцию. Для передачи информации в схеме управления используются различные виды энергии, наиболее часто электрические, пневматические, гидравлические сигналы.

Рассмотрим (рис.1) аналоговую электрическую, цифровую, аналоговую пневматическую и гибридную аналоговую пневмо-электрическую системы локального регулирования.

Рис 1. Схемы локальных систем регулирования

Основными элементами схем являются:

• ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ – технологическая установка, агрегат, процесс, выходным состоянием которого необходимо управлять;

• ИУ - измерительное устройство, датчик – преобразует технологический параметр в сигнал (натуральный, не всегда в удобной форме), который можно визуализировать и использовать далее в схеме, ПИУ – пневматическое (с пневматическим выходным сигналом) измерительное устройство;

• НП - нормирующий преобразователь, преобразует сигнал датчика к унифицированной форме, обычно его можно передать на большое расстояние, он более помехоустойчив, лучше подается фильтрации, и т.д.;

• ВП - вторичный прибор, используется для представления информации оператору, взаимодействует с натуральным или унифицированным сигналом, широко распространены аналоговые, стрелочные ВП, в последнее время появились цифровые ВП с индикаторной визуализацией информации, ПВП пневматический (не электрический) вторичный прибор;

• Регулятор - основной элемент системы регулирования, для стабилизации выходного параметра определяет значение управляющего сигнала и через регулирующий орган воздействует на технологический объект, ПР - пневматический регулятор, ЭР электрический регулятор, основными его частями являются:

• УС – устройство сравнения, осуществляет сравнение сигнала задания с текущим значением регулируемого параметра и усиление отклонения;

• УП – устройство преобразования регулятора, формирует по выбранному закону величину и форму сигнала воздействия на объект в зависимости от значения отклонения;

• БУ – блок управления позволяет изменять режим работы схемы: дистанционный (Р -ручной) - (Больше – открытие, Меньше – закрытие РО) или А - автоматический, когда схема переводится на автоматическое управление

• ЗУ - задающее устройство, в автоматическом режиме оператор с его помощью устанавливает желаемое состояние выходного параметра объекта;

• УУ - устройство усиления, обычно в регуляторе используются слаботочные сигналы, мощности которых недостаточно для привода в действие исполнительных механизмов, поэтому сигнал усиливается по мощности, например, импульсы 24В преобразуются в электрическое напряжение 220 или 380 В, ПУ – пневматический усилитель, на входе и выходе пневматические сигналы.

• ИМ - исполнительный механизм, преобразует электрическую энергию управляющего сигнала в механическую, обычно перемещение регулирующего органа, ПИМ – пневматический исполнительный механизм, использует пневматическую энергию .

• УПИМ - указатель положения исполнительного механизма (иногда – дистанционный указатель положения регулирующего органа – ДУП), измерительный прибор, который показывает оператору положение открытия регулирующего органа (степень перемещения ИМ), обычно 0% - РО закрыт, энергия, масса на объект не поступает, 100% - РО полностью открыт, поступает максимальное количество энергии. Когда оператор ведет процесс вручную, по этому прибору он наиболее оперативно отслеживает воздействие на объект.

• РО - регулирующий орган, механическое устройство, непосредственно меняющее поток энергии на объект (например, задвижка, заслонка, шибер, аналог водопроводного крана, но с механическим приводом)

ПР – пневматический регулятор; (П… - пневматический); ППЭ (ПЗП) – преобразователь пневмоэлектрический (электропневматический)

Основой регулятора является МПУ – микропроцессорное устройство – маленький компьютер с жестко зашитой программой. Также конструктивно в состав регулятора входят АЦП – аналогово-цифровой преобразователь, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь или ЦИП – цифро-импульсный преобразователь. ЦР обычно содержит собственную клавиатуру, позволяющую менять закон и настройки регулирования, кроме того имеется внешний интерфейс, связывающий ЦР с компьютером, что позволяет осуществлять те же функции дистанционно.

Оператор получает информации от ВП и УПИМ. В АСУ ТП основными инструментами воздействия на технологический процесс оператора - технолога являются блок управления, задает режим дистанционной (Ручной) работы (Больше – открытие, Меньше – закрытие РО) или Автоматической, когда управление осуществляется от регулятора и задатчик (в режиме автоматического управления) – меняет желаемое состояние выходного параметра.

Имеются варианты, когда регулятор, БУ и ЗУ отдельные, автономные устройства, но они могут конструктивно входить в состав регулятора. Встречаются схемы с дублирующими БУ и ЗУ, например, в «Ремиконте Р-130» имеются встроенные БУ, ЗУ и ДУП, но на пульте оператора, откуда он осуществляет управление объектом, также могут быть установлены эти устройства.

В многоуровневой схеме с современным цифровым (ЦР) регулятором и БУ, ЗУ и ДУП не являются отдельными устройствами, а встроены в регулятор и реализуются виртуально на АРМе.

Пневматическая система регулирования (ПСР).

Существенным недостатком электрической СР являются пожаро-, взрыво-, искроопасность, поэтому в перечне унифицированных сигналов имеется и пневматический, информация в котором передается давлением сжатого воздуха (0,02÷0,1 мПа), подача энергии обеспечивается также за счет линии сжатого воздуха (0,14 мПа). Системы с пневматическим сигналом до недавнего времени преобладали на химических и нефтеперерабатывающих, пищевых производствах, где наличие загазованности или взвешенной пыли могут привести при появлении искры к взрыву. В настоящее время появление большого количества технических устройств автоматики в искро-, взрывобезопасном исполнении привели к существенному сокращению пневматических СР.

Кроме искробезопасности к достоинствам таких систем можно отнести невысокую стоимость, удовлетворительную надежность, используется широко распространенный агент – воздух, отсутствие возвратных линий, простота обслуживания. Недостатки: низкое быстродействие (скорость распространения пневмостигнала равна скорости звука, 300 м/сек), ограниченная длина импульсных линий (<300 м, иначе сигнал демпфируется и затухает), большие размеры ПИМов, требуется компрессор и система осушения, очистки воздуха.

В пневматических СР ЗУ и БУ обычно встроены в ПР, а УПИМ – в пневматический исполнительный механизм, который обычно совмещен в одном корпусе с РО.

Недостатки ограничивают сферу применения ПСР сравнительно инерционными объектами, расположенными на расстоянии <300 м от щита управления. Кроме того в последнее время добавляется трудности стыковки ПСР с современными цифровыми, микроконтроллерными АСУ ТП.

Реализуются попытки создания гибридных СР. В зонах с повышенной пожароопасностью (непосредственно на объекте), используются пневматические устройства. В зонах без повышенной пожароопасности устанавливаются пневмоэлектрические (ППЭ) и электропневматические (ПЭП) преобразователями с барьерами искробезопасности. Такая схема позволяет совмещать натуральную взрывобезопасность с современными электрическими и микроконтроллерными регуляторами. Однако, выпуск широкой номенклатуры искробезопасных устройств автоматики (хотя они обычно ~ в 2 раза дороже таких же датчиков и исполнительных механизмов в обычном исполнении) фактически исключают из применения и эти схемы.

Гидравлическая система