Файл: Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы.pdf

где

(16-6)

— коэффициент пропорциональности регулятора; А —ам­ плитуда сигнала на входе в регулятор.

Амплитудно- и фазо-частотные характеристики бал­ ластного звена ПИ-регулятора в скользящем режиме оп­ ределяются по соотношениям (1-19) и (1-20), где соглас­ но (3-14)

Коэффициент пропорциональности регулятора kp оп­ ределяется положением рукоятки Чувствительность в усилителе УТ или УТ-ТС по каналу от датчика обратной связи (т. е. величиной коэффициента усиления k\). При­ мерная градуировочная характеристика этой рукоятки дана на рис. 16-7, а. Величина зоны нечувствительности регулятора А настраивается изменением коэффициента усиления k% полупроводникового усилителя (рукоятка Нечувствительность). Примерная градуировочная харак­ теристика этой рукоятки приведена на рис. 16-7,6. Посто­ янная времени интегрирования Г и определяется положе­ нием дросселя пневматического устройства обратной связи.

33—681

Глава семнадцатая

Н А Д Е Ж Н О С Т Ь О Б Щ Е П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Х

Р Е Г У Л Я Т О Р О В

17-1. П Р О Б Л Е М А Н А Д Е Ж Н О С Т И РЕГУЛЯТОРОВ

Проблема надежности промышленных автоматических регуляторов стала в последнее время особенно важной. Это вызвано использованием регуляторов для осуществ­ ления ответственных функций по обеспечению техноло­ гического режима, ранее выполнявшихся оператором вручную, увеличением производственной мощности, при­ ходящейся на один агрегат, интенсификацией технологи­ ческих процессов. Выход регуляторов из строя может привести к значительному ущербу, связанному со сниже­ нием производительности, выпуском бракованной про­ дукции, потерям сырья и энергии, а иногда и авариям агрегатов. В то же время улучшение статических и дина­ мических характеристик регуляторов (например, повы­ шение точности датчиков, расширение диапазона изме­ нения параметров динамической настройки регулирую­ щих блоков) приводит к усложнению аппаратуры и без принятия специальных мер может понизить ее надеж­ ность.

Увеличение числа регуляторов, использующихся на автоматизируемых объектах (например, на одном бло­ ке «котел—турбина» мощностью 300 Мет устанавливает­ ся более 100 регуляторов), вызывает рост затрат на их эксплуатацию, причем эти затраты резко повышаются при использовании ненадежной аппаратуры.

Решение проблемы надежности регуляторов требует проведения ряда мероприятий на этапах разработки, из­ готовления и эксплуатации регуляторов и проектирова­ ния САР.

К мероприятиям, проводимым при разработке ре­ гуляторов, относится выбор оптимальных (из условий надежности) элементной базы, электрических, механиче­ ских, тепловых и других режимов работы элементов, спо­ собов и кратности резервирования, а также применение встроенного контроля исправности, использование стан­ дартных и унифицированных элементов и узлов.

522

К мероприятиям по повышению надежности, проводи­ мым на этапе изготовления регуляторов, относятся орга­ низация входного контроля материалов и комплектую­ щих изделий, совершенствование технологии производст­ ва, введение технологической тренировки, контроль качества производства.

При проектировании САР необходимы выбор регуля­ торов и входящих в них устройств с учетом надежности, применение тех или иных способов резервирования ре­ гуляторов в цело^і и устройств.

Наконец, к мероприятиям, проводимым на этапе экс­ плуатации регуляторов, относятся проведение плановопрофилактических работ с установленными периодично­ стью и объемом, обеспечение регуляторов необходимым количеством запасных частей, определение численности обслуживающего персонала и структуры организации об­ служивания.

Надежность любых технических изделий, в том числе автоматических регуляторов, определяется четырьмя со­

пример, коэффициент пропорциональности, зона нечувст­ вительности) находятся в заданных пределах. Тогда от­ казом регулятора назовем событие, заключающееся в выходе какой-либо из этих характеристик за заданные пределы. Аналогичным образом отказом входящего в ре­ гулятор устройства назовем событие, заключающееся в выходе какой-либо из основных характеристик устрой­ ства за заданные пределы.

Определение последних производится согласно ГОСТ или техническим условиям на устройства. Например, от­ казом датчика является увеличение его погрешности сверх допустимой.

Свойство автоматического регулятора (устройства) сохранять работоспособность в течение требуемого про­ межутка времени без вынужденных перерывов носит на­ звание безотказности. Безотказность устройств зависит от режима их работы, внешних воздействий. Так, безот­ казность пневматических релейных элементов снижается с увеличением давления питания и частоты включений, повышением температуры и вибрации. Безотказность

регулятора зависит от безотказности и количества вхо­ дящих в его состав устройств и повышается при их ре­ зервировании.

После каждого отказа (в пределах определенного срока службы устройств) следует восстановление, по окончании которого регулятор вновь продолжает функ­ ционирование. Свойство регулятора, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаруже­ нию и устранению отказов путем проведения техническо- ' го обслуживания и ремонтов, называется ремонтопри­ годностью. Ремонтопригодность регулятора повышается при выполнении устройств в виде отдельных, легко за­ меняемых блоков. Следует отметить, что характери­ стики ремонтопригодности существенно зависят не толь­

Долговечность регулятора — свойство сохранять ра­ ботоспособность до предельного состояния с необходи­ мыми перерывами для технического обслуживания и ре­ монта — играет менее существенную роль, чем два пре­ дыдущих свойства. В течение 5—10 лет эксплуатации ре­ гуляторов при капитальных ремонтах или вследствие отказов заменяется значительная часть узлов и элемен­ тов. Кроме того, моральное старение регуляторов насту­ пает зачастую ранее, чем физическое. Вследствие этого вопросы долговечности ниже затрагиваться не будут. Не будут рассматриваться и вопросы сохраняемости (свой­ ства сохранять эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования), посколь­ ку устройства, входящие в регулятор, обычно не подвер­ гаются длительному хранению.

Таким образом, важнейшими составляющими надеж­ ности, рассматриваемыми ниже, являются безотказность и ремонтопригодность, характеристики которых необхо­ димо учитывать при решении проблемы надежности ре­ гуляторов.

Проблема надежности промышленных автоматиче­ ских регуляторов имеет некоторые специфические оа> бенности, которые нужно учитывать при определении и использовании их количественных характеристик на­ дежности.

1. Регулятор является частью замкнутой САР. По­ этому выбор допустимых пределов изменения характе-

\524

ристик регулятора, при которых еще сохраняется его ра­ ботоспособность, определяется требованиями к показа­ телям качества регулирования (например, к статической или динамической ошибке) конкретной САР, в которой установлен регулятор. Для расчета допустимых измене­ ний характеристик регулятора по заданным показателям качества САР должны быть известны свойства объекта и возмущающих воздействий. Очевидно, что одинаковые регуляторы в различных САР могут иметь разные допу­ стимые пределы изменения характеристик вследствие от­ личающихся требований к показателям качества и свойств объекта и возмущений.

Возможен и иной способ выбора допустимых преде­ лов изменения характеристик регуляторов, когда эти пре­ делы непосредственно задаются ГОСТ, ТУ или же опре­ деляются через указанные выше пределы изменения характеристик устройств. Однако выход какой-либо ха­ рактеристики устройства за выбранные таким образом пределы может не привести к прекращению функциони­ рования регулятора в замкнутой САР. Поэтому этот спо­ соб выбора пределов изменения характеристик регуля­ тора затрудняет использование найденных характеристик надежности для дальнейшего анализа надежности САР.

Первый способ выбора пределов изменения характе­ ристик обычно используется при анализе надежности ре­ гулятора в замкнутой САР (например, при сборе сведе­ ний об эксплуатационной надежности), второй — при проверке работоспособности регулятора, не входящего в замкнутую САР (например, при испытаниях в лабо­ раторных условиях).

2. В значительной части промышленных систем пре­ дусматривается возможность использования оператора и аппаратуры дистанционного (ручного) управления для замены регулятора на время прекращения его функцио­ нирования. Чаще всего оператор и аппаратура дистан­ ционного управления резервируют регулирующее устрой­ ство; при отказах исполнительного механизма оператор может осуществлять управление технологическим про­ цессом, перемещая регулирующий орган вручную. Иног­ да даже при отказе датчика оператор может управлять

525