20.Исполнительные устройства

Исполнительные устройства – устройства, предназначенные для введения управляющего автоматического регулятора на объект регулирования. Любое исполнительное устройство состоит из:

• Привода – исполнительного механизма,

• Регулирующего органа.

Исполнительные механизмы и регулирующие органы. Их виды

Исполнительный механизм предназначен для перемещения регулирующего органа. Под действием исполнительного механизма меняется площадь проходного сечения регулирующего органа, а следовательно и расход технологического потока. Обычно исполнительные устройства состоят из пневматического, электрического или гидравлического исполнительного механизма и регулирующего органа. Привод (исполнительный механизм) у

• Гидравлических устройств – поршень и цилиндр

• Электрических устройств – электродвигатель с редуктором

• Пневматических устройств – специальный механизм

В химической промышленности в автоматических системах часто используют пневматические мембранный и поршневой исполнительные механизмы, а в качестве регулирующих органов – регулирующий клапан и заслонку. Причины:

• Взрыво- и пожаробезопасность,

• Способность обеспечения полного открытия или полного закрытия регулирующего органа при аварийном прекращении подачи воздуха.

Пневматический регулирующий клапан, его устройство. Одно- и двуседельные клапаны, их применение. Клапаны типа НО и НЗ и их применение в технологических схемах.

П невматические регулирующие клапаны (рис.1) предназначены для изменения расхода вещества или энергии в трубопроводе, на котором установлен клапан. Прорезиненная мембрана 3 с жестким центром, связанная со штоком 5, зажата между двумя крышками, образующими в верхней части герметически закрытую полость. Сжатый воздух от регулятора подается в полость над мембраной и перемещает ее вместе со штоком 5 вниз. При этом пружина 4 жимается и уравновешивает усилие, действующее на мембрану сверху. При увеличении давления воздуха над мембраной шток вместе с затвором 2 движется вниз и уменьшает проходное сечение клапана, что вызывает снижение расхода регулируемой среды. При уменьшении давления воздуха затвор силой пружины приподнимается и клапан открывается. Пневматические регулирующие клапаны выполняют нормально открытыми НО (с прекращением подачи воздуха на мембрану проходное сечение полностью открывается) и нормально закрытыми НЗ, проходное сечение которых закрывается. Клапаны типа НО применяют в тех случаях, когда при аварийном прекращении подачи воздуха на мембрану по технологическим условиям более безопасно иметь открытую линию. В противном случае устанавливают клапаны типа НЗ. По виду запорного устройства пары затвор - седло различают односедельные и двухседельные клапаны, Первые имеют неуравновешенный затвор и применяются в исполнительных устройствах малых Размеров при низких давлениях среды. Двуседельные клапаны имеют почти уравновешенный затвор, поэтому их используют в исполнительных устройствах больших размеров при высоких давлениях среды.

21.Переходные процессы в системах регулирования

Изменение во времени выходной величины системы от момента нанесения возмущающего или задающего воздействий до прихода ее в равновесное состояние называют переходным процессом.

Показатели качества переходных процессов

К ачество переходного процесса определяется по показателям, которые характеризуют отклонение реального процесса от желаемого; они показывают насколько точно и как быстро после нанесения единичного ступенчатого воздействия (при нулевых начальных условиях) в системе устанавливается равновесное состояние. Качество переходного процесса количественно оценивается следующими показателями (рис. 1-6).

Статическая ошибка регулирования у_ст есть рассогласование между установившимся значением регулируемой величины после переходного процесса и ее заданным значением

у_ст = у_т, - u_з

или в относительных единицах у_ст = у - u (1.16)

Динамическая ошибка регулирования у_дин есть максимальное отклонение регулируемой величины в переходном процессе от ее заданного значения у_дин = у_т,max – u_з или в относительных величинах у_дин = у_max – u (1.17)

Время регулирования t_p есть отрезок, в течение которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с некоторой заранее установленной точностью ±ε.

П еререгулирование представляет собой максимальное от­клонение регулируемой величины от установившегося значения, выраженное в процентах, от у_ст

П ри расчетах автоматических систем регулирования техно­логических процессов перерегулирование переходного процесса оценивают также выраженным в процентах отношением вто­рой и первой амплитуд колебаний, направленных в противопо­ложные стороны.

И нтегральная квадратичная ошибка регулирования пред­ставляет собой квадрат площади между кривой переходного процесса и новым установившимся состоянием системы:

Чем меньше статическая и динамическая ошибки, время регулирования и т. д., тем выше качество переходного процесса.

Типовые переходные процессы и их характеристика

Т иповые переходные процессы. Из устойчивых переходных процессов в качестве оптимального с точки зрения требований технологии выбирают один из трех типовых процессов: граничный апериодический процесс с минимальным временем регулирования tp,min (рис. 1-7,а); процесс с 20%-ным перерегулированием (рис. 1-7,6); процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения (рис. 1-7, в)

1. Граничный апериодический процесс характеризуется отсутствием перерегулирования, минимальным общим временем регулирования и наименьшим по сравнению с другими типовыми переходными процессами воздействием регулятора на объект (это наименьшее воздействие вызывает наибольшее отклонение регулируемой величины от заданного значения). Такой переходный процесс используется в качестве оптимального при значительном влиянии регулирующего воздействия на другие технологические величины объекта при отклонении основной регулируемой величины для того, чтобы свести их отклонение к минимуму.

2. Процесс с 20%-ным перерегулированием, характеризуется большей величиной регулирующего воздействия, чем в предыдущем случае, и меньшим отклонением процесс выбирается в качестве оптимального в случаях, когда допустимо некоторое перерегулирование.

3. Процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения регулируемой величины обладает значительным (до 40%) перерегулированием, большим временем регулирования и наименьшей величиной максимального динамического отклонения регулируемой величины. Он имеет место при большей по сравнению с описанными выше процессами величине регулирующего воздействия и применяется в качестве оптимального, если величина динамического отклонения параметра должна быть