Файл: Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики.pdf

Так как Іі очень мало, то можно принять его равным нулю и записать

х{Ь —х2а.

С другой стороны, а'і = k\p\, а х2 = k2p0с. Подставляя эти ра­ венства в последнее уравнение, получим

Если предположить, что дроссели делителя линейны, то его уравнение можно записать в виде

Рос) ßp0C"

откуда

а

Рос а + р Р-

Подставляя последнее равенство в уравнение (96), оконча­ тельно получим следующее выражение для выходного давления:

Принцип компенсации перемещений лежит также в основе действия регулятора типа 04 [37], реализующего, например ПИзакон.

3.РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА КОМПЕНСАЦИИ СИЛ

ИАГРЕГАТНОГО СПОСОБА ПОСТРОЕНИЯ ПРИБОРОВ В СИСТЕМЕ АУС И КУСПА

Принцип компенсации сил является основным для построе­ ния приборов мембранной пневмоавтоматики и выгодно отли­ чается от принципа компенсации перемещений тем, что для его реализации не требуются громоздкие рычаги. Принцип компен­ сации сил нашел техническое воплощение в мембранных блоках [7] систем АУС и УСЭППА. Набор блоков АУС позволил перей­ ти к построению сложных многоконтурных систем автоматиче­ ского регулирования.

В последнее время на смену АУС приходит более прогрес­ сивная система УСЭППА. Однако приборы АУС по-прежнему используют в промышленности.

Агрегатная унифицированная система пневматических прибо­ ров построена по функциональному признаку. Это значит, что каждый из приборов АУС выполняет определенную возложен­ ную на него функцию. Все основные приборы выполнены в виде отдельных цилиндрической формы блоков, набранных из круглых

166

однотипных стандартных шайб, между которыми находятся мем­ браны из прорезиненного полотна. Шайбы стянуты между собой болтами.

В состав АУС входит большое число приборов, которые под­ разделяются на несколько групп: датчики, регулирующие и вы­ числительные блоки, вторичные регистрирующие и показываю­ щие приборы, блоки вспомогательного назначения. Для всех при­ боров АУС выбран единый диапазон изменения пневматических

Рис. 99. Принципиальная схема регулирующего блока АУС 4РБ-32А

входных и выходных сигналов. Избыточное давление 0,02— 0,1 МПа при избыточном давлении питания 0,14 МПа. В состав АУС входят также электропневматические и иные преобразова­ тели, позволяющие проводить комплексную автоматизацию раз­ личных промышленных объектов.

Рассмотрим устройство и действие основных приборов, вхо­ дящих в систему АУС, и проиллюстрируем на их примере реали­ зацию принципа компенсации сил.

Регуляторы АУС. Основным регулирующим прибором в системе АУС является пропорционально-интегральный регуля­ тор. В номенклатуре приборов АУС он числится как регулирую­ щий блок 4РБ-32А. Этот блок обеспечивает пропорциональноинтегральный закон регулирующего воздействия с широкими пределами изменения диапазона дросселирования и времени изо-

167

Дрома. Конструктивно регулирующий блок состоит из набора одинаковых по диаметру (стандартных) шайб, отделенных друг от друга гибкими мембранами из прорезиненного полотна. Мем­ браны и стенки шайб образуют пневматические камеры блока, которые могут соединяться между собой каналами, проходящи­ ми в стенках шайб. На поверхности блока расположены органы настройки диапазона дросселирования, времени пзодрома и винт настройки контрольной точки. Регулятор состоит из следующих основных элементов (рис. 99): усилителя (камеры 1, 2, 3, 4), камеры отрицательной обратной связи с дросселем сопло — за­ слонка 19, элемента сравнения (камеры 6, 7), камеры S положи­ тельной обратной связи, изодромного элемента (камеры 9, 10) и отключающего реле (камеры И, 12, 13). Давление питания ро подводят к камере 1 и к постоянному дросселю 5 пневматиче­ ского усилителя первого каскада усиления, а также постоянному дросселю 14 повторителя давления изодромного элемента. Сопло 19 пневматического усилителя управляется штоком 17 элемента сравнения. С помощью элемента сравнения давление р\, посту­ пающее от датчика измеряемого параметра, сравнивается с за­ данным давлением р2 , поступающим от пневматического задат­

чика. Выходное давление регулятора р, снимаемое с усилителя мощности, подается в камеру отрицательной обратной связи, в камеру положительной обратной связи 8 через дроссель диа­ пазона дросселирования 1 щ и в камеру 12 отключающего эле­ мента. Из камеры 12 через сопло 15 выходное давление поступа­ ет в камеру 11 и на выход регулятора. Помимо этого выходное давление подводится к дросселю изодрома 14 типа конус-— конус

бранном элементе сравнения нарушается, и шток 17 опускается вниз, прикрывая сопло пневматического усилителя. Так как дав­ ление р при этом также увеличивается на мембранном элементе сравнения, наступит новое равновесие сил, причем, если р\ оста­ нется больше р2 , выходное давление будет продолжать расти.

Рассмотрим это подробнее. По мере приближения торца штока 17 к соплу 19 давление в камере 4 возрастает, и мембраны 20 со штоком вторичного реле (усилителя мощности) перемещаются вниз. Питающий воздух из камеры 1 начинает поступать через образовавшуюся щель между седлом и шариком в камеру 2. Давление в камере 2 возрастает и, действуя на нижнюю мембра­ ну, уравновешивает силу, появившуюся за счет увеличения дав-1*

1

1 Диапазоном дросселирования условно называют величину - у - - 100%.

выражаемую в процентах, где k — коэффициент усиления регулятора.

168

ления в камере 4 (внутренняя отрицательная обратная связь усилителя мощности). Подводимое в камеру 8 давление осуще­ ствляет положительную обратную связь. В эту камеру выходное давление поступает с делителя давления, выполненного па дрос­ селях аі и иг. Действуя на верхнюю п нижнюю мембраны блока сравнения, давления отрицательной и положительной обратных связен компенсируют увеличение усилия, действующего вниз, за счет возросшего давления р\. Через дроссель аз происходит на­ полнение камеры 10 и, как следствие этого, увеличение давления Ри- Давление в камере 9 равно давлению в камере 10. Таким образом, давление после дросселя аз будет медленно нарастать, что поведет к увеличению давления рпс в камере положительной обратной связи 8 и новому увеличению давления р и т. д. Если Р\ будет оставаться больше р 2, то выходное давление увеличится до своего наибольшего значения ', а давления в камерах 2, 4, 8, 9, 10, 11, 12 и камере отрицательной обратной связи будут равны между собой и выходному давлению. Так как мембраны выпол­ нены из прорезиненного полотна и практически не обладают жесткостью, то шток 17 элемента сравнения при выравнивании давлений р\ и р% может занимать любое положение, при кото­ ром на выходе регулятора устанавливается давление, соответст­ вующее перемещению регулирующего органа в положение, при котором параметр возвращается к заданному значению.

При уменьшении регулируемого параметра торец штока от­ ходит от сопла. Давление на выходе регулирующего блока уменьшается, а воздух из пневматических камер выходит в ат­ мосферу через полый шток усилителя мощности. Для настройки контрольной точки служит винт и плоская пружина 16, а также пружина 18. Так как перемещение штока элемента сравнения в процессе работы чрезвычайно мало, то и усилия пружин 16 и 18 практически остаются постоянными.

Если регулирующий клапан, установленныйна входе регуля­ тора, необходимо перевести на ручное управление и отключить от регулирующего блока, то в камеру 13 подают избыточное дав­ ление рк, равное питающему давлению. Мембрана перекрывает сопло 15, в результате чего поступление воздуха в линию испол­ нительного механизма прекращается.

При полностью открытом дросселе аі отрицательная обрат­ ная связь исключается и регулятор по своему действию прибли­ жается к двухпозиционному. При полностью закрытом дросселе аі действие отрицательной обратной связи проявится в наиболее полной мере. Регулирующий блок 4РБ-32А может работать так­ же и в режиме пропорционального регулятора (П-регулятора). Для этого необходимо полностью перекрыть дроссель изодрома аз- В этом случае давление на выходе блока при нулевом рас-1

1 Наибольшее значение выходного давления равно питающему давлению минус давление, обусловленное усилием пружины 21, предназначенной для создания постоянного перепада на сопле 19 усилителя.

169

согласовании равно давлению ри, которое остается постоянным, причем здесь имеется в виду, что давление контрольной точки >, настраиваемое винтом и пружиной 16, равно нулю. Этот вывод легко проверить, используя уравнение регулирующего блока.

Работу регулирующего блока опи­ сывает система уравнений: уравне­ ние баланса сил на элементе сравне­ ния, уравнение камеры положительной обратной связи и уравнение камеры изодрома:

лютная температура (в градусах по шкале Кельвина).

Усилия пружин 16 и 18 системы настройки контрольной точки при выводе уравнений не учитываются.

Исключая переменные р„с и рп , окончательно находим

Как видно из последнего уравнения, регулятор имеет взаимо­ связь настроек. Это проявляется в том, что при регулировании коэффициента усиления регулятора k одновременно изменяется истинная постоянная времени изодрома Т\\!к, что является су­ щественным недостатком регулятора. Этот недостаток отсутст­ вует у регуляторов, построенных на решающих усилителях и на элементах УСЭППА. На рис. 100 приведен график изменения вы­ ходного давления ПИ-регулятора при скачкообразном входном воздействии.

Устройства, реализующие математические операции. Для реализации алгебраического суммирования трех пневматических сигналов, из которых два складываются, а один вычитается, слу­ жит блок суммирования БС-34А.

1 Контрольной точкой называют давление на выходе регулятора при ну­ левом рассогласовании и при работе блока в режиме П-регулятора.

170