Файл: Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник.pdf

Рис. 160. Схема регулятора соотношения РБС-1М:

А — П — камеры; /, 2, 3, 6 — регулируемые дроссели; 4, 5 — постоянные дрос­ сели; 7 — приставка; 8 — регулирующий блок; I— V — гнезда для подключе­ ния приставки.

ления, при помощи которой можно устанавливать соотношения параметров, поддерживаемые регулятором, в широком диапа­ зоне.

Регулятор РБС-ІМ работает следующим образом. Пусть дат­ чики измеряют две различные величины, например расходы двух потоков, причем один из этих потоков — нерегулируемый, и к камерам Е и Ж поступают от них сигналы р\ и р2 соответст­ венно. Выходной сигнал регулирующего блока, поступающий к исполнительному механизму, будет изменять расход одного из этих потоков, т. е. регулятор будет автоматически изменять рас­ ход регулируемого потока в соответствии с изменениями нерегу­ лируемого потока. Процентное отношение между потоками в этом случае равно единице или один к одному, так как положе­ ние равновесия регулятора возможно только в случае равенства давлений в камерах £ и Ж.

Если же пневматические сигналы р\ и р2 от датчиков перед подачей в камеры регулятора пропустить через делители давле­ ния, уменьшив их величины в разной степени, то равным давле­ ниям в камерах Е и Ж будут соответствовать различные значе­ ния потоков. Настройкой делителей давления можно в широких

217

пределах изменять соотношения двух потоков. Настройка требу­ емого соотношения осуществляется ручной регулировкой дрос­ селей 2 и 3.

СИСТЕМ А ЭЛЕМ ЕНТОВ УСЭП П А

Элементно-модульный принцип построения пневматических регуляторов состоит в том, что основные функциональные блоки строятся путем набора отдельных элементов, представляющих собой конструктивные узлы (модули). Комплекс таких модулей составляет универсальную систему элементов промышленной пневмоавтоматики УСЭППА. Эти элементы могут быть дискрет­ ного и непрерывного действия, что позволяет выполнять схемы управления практически любой сложности. В этом состоит одно из основных преимуществ системы УСЭППА над системой МАУС.

Аппаратура УСЭППА состоит из пневмоусилителей, пневмо­ реле, пневмосопротивлений, пневмоемкостей и других аналогов электрической и электронной аппаратуры. Все эти элементы не содержат внутренних коммуникаций и поэтому довольно просты по устройству, имеют сравнительно небольшие габариты и легко отлаживаются. Связь между элементами осуществляется через отверстия в ножках и каналы в платах из органического стекла.

Элементы УСЭППА имеют входные и выходные параметры, одинаковые с приборами системы МАУС, что допускает их сов­ местную работу. Из многих элементов, входящих в систему УСЭППА, рассмотрим только те, которые необходимы для пони­ мания принципа действия регуляторов системы «Старт».

Пневмосопротивления (дроссели), применяемые в пневмоав­ томатике, подразделяются на постоянные и регулируемые. В пневматических регуляторах они используются в качестве уст­ ройств, связывающих расход воздуха с перепадом давления в пневматических линиях. Дроссель постоянный П2Д. 7 (рис. 161) представляет собой винт 5, ввернутый в корпус 4 и уплотненный в нем резиновым кольцом. В продольном канале винта 5 поме­ щена капиллярная трубка 3 диаметром 0,3 мм, покрытая фильт­ рующим слоем 2 из шерстяной пряжи. Воздух питания подводит­ ся к входной ножке 1 через одно из отверстий, затем через пряжу поступает в капилляр и проходит на выход через другое отверс­

тие ножки.

Дроссель регулируемый П2Д. 1 (рис. 162) представляет собой корпус 2 с запрессованной в него втулкой, выполняющей роль сопла с коническим отверстием переменного сечения. Во втулке 3 помещена коническая игла 6, соединенная с гибкой мембра­ ной 7. Пружина 5 держит иглу 6 в крайнем верхнем положении. Перемещение иглы 6 вниз осуществляется спиральной шайбой 8 при повороте диска 11 вокруг оси 13 с помощью винта 9. Для исключения перекосов игла 6 жестко соединена с направляющей

218

втулкой 4. В зависимости от направления вращения диска 11 из­ меняется степень открытия дросселя. На диске 11 прикреплена табличка 12 с нанесенной на ней шкалой. Отсчет ведется по не­ подвижной стрелке 10. Вход сжатого воздуха осуществляется через ножку 1, а выход через ножку 14.

Пневмоемкости ПОЕ.25 и ПОЕ. 50 служат для образования различных инерционных звеньев (апериодических, интегрирую­ щих, дифференцирующих и др.), составляющих основу пневма­ тических регуляторов. Объем емкостей ПОЕ.25 составляет 25 см3, ПОЕ. 50—50 см3. Установка и крепление пневмоемкости на мон­ тажной плате регулятора производится с помощью входной и вы­ ходной ножек.

Сумматор мембранный П2ЭС. 3 (рис. 163) используется в ка­ честве элемента сравнения в регулирующих блоках, отрабатыва­ ющих П- и ПИ-закопы регулирования. Регулирующий орган элемента выполнен из пяти плоских мембран, связанных по оси жестким центром. Сумматор состоит из шести камер: четыре яв­ ляются измерительными (камеры Б, В, Г, Д), а две камеры (А и Е)—результирующими. При сравнении можно использовать два, три или четыре входа. При суммировании положение регулиру­ ющего органа определяется результирующим усилием, получаю­ щимся от действия на мембраны входных давлений рь Pi, Рз, Р^-

Давление обратной связи создает усилие, уравновешивающее суммарное усилие от входных давлений. Примеры математичес-

219

Рис. 164. Схемы использования мембранного сумматора.

них операций, выполняемых с помощью мембранного сумматора П2ЭС. 3, приведены на рис. 164.

Повторитель-усилитель мощности П2П-7 (рис. 165) предназ­ начен для повторения и усиления пневматического сигнала по мощности. Входное давление рВх подается в камеру Б, давление питания рпит подводится в камеру Г. При открытом клапане 2 давление питания проходит в камеры В и А и к штуцеру 1 (выход­ ное давление). При изменении входного давления мембраны, ог­ раничивающие камеру Б, устанавливаются в новое равновесное положение. Одна из мембран управляет шариковым клапаном впуска 2, другая — клапаном сброса 3 типа «сопло-заслонка».

220

Повторитель-усилитель мощнос­ ти имеет невысокую точность повто­ рения, поэтому применяется в схе­ мах с глубокой отрицательной об­ ратной связью, которая компенси­ рует неточность повторения.

СИСТЕМ А ПРИБОРОВ «СТАРТ»

Система автоматических регуля­ торов «Старт» построена на элемен­ тах универсальной системы про­ мышленной пневмоавтоматики и предназначена для комплексной ав­

томатизации производственных процессов. Основные техничес­ кие характеристики приборов этой системы совпадают с харак­ теристиками приборов системы УСЭППА.

В целях получения наибольшей стабильности регулирования, минимального времени переходного процесса и уменьшения ве­ личины запаздывания расстояния от датчика до регулятора и от регулятора до исполнительного механизма должны быть мини­ мальными (5—10 м). Вторичные самопишущие или показыва­ ющие приборы с встроенными в них задатчиками могут устанав­ ливаться на расстоянии до 250—300 м от регулятора.

Регуляторы системы «Старт» широко применяются в пище­ вой промышленности (масло-жировой, спиртовой, сахарной) при автоматизации взрыво- и пожароопасных технологических про­ цессов. Ниже рассматриваются регуляторы, формирующие П-, ПИ-, ПИД-законы регулирования.

Пропорциональный регулятор ПР2.5 (рис. 166). Регулятор предназначен для получения непрерывного регулирующего воз­ действия на исполнительный механизм с целью поддержания

Рис. 166. Схема регулятора ПР2.5.

221

заданной величины регулируемого параметра. Этот прибор со­ стоит из набора элементов-модулей УСЭППА, установленных и скоммутированных друг с другом на монтажной плате. Прибор представляет собой регулятор с дистанционным заданием, полу­ чаемым от ручного задатчика вторичного прибора или от любо­ го другого устройства со стандартным пневматическим сигна­ лом. Основой регулятора ПР2.5 является пропорциональная ячейка, состоящая из двух мембранных сумматоров / и II (эле­ ментов сравнения) и дроссельного сумматора VI, образованного регулируемым Дрі и постоянным ДПі дросселями.

Если давление р3 и давление ри, поступающее от измеритель­ ного прибора-—датчика, равны, то вся система находится в рав­ новесии. Давление р3, пропорциональное заданному значению регулируемой величины, устанавливается ручным задатчиком, размещенным на вторичном измерительном приборе. Если изме­ ряемая величина превышает заданную, то сопло Сі будет при­ крываться и выходное давление сумматора I уменьшится. Это давление поступает в камеру отрицательной обратной связи Б\ сумматора / и на регулируемый дроссель Др\ дроссельного сум­ матора VI, настройка которого определяет степень воздействия отрицательной обратной связи. В камеры положительной обрат­ ной связи Д\ и Д 2 сумматоров / и II поступает давление р4 от ручного задатчика III, установленного в регулирующем блоке, которое определяет начальное значение выходного сигнала, на­ чальное положение регулирующего органа при р3— ря.

Задатчик III является пропорциональным регулятором дав­ ления прямого действия. Образовавшийся в мембранном сумма­ торе / сигнал рассогласования р\, равный алгебраической сумме сигналов р3, ри и ри, поступает к дроссельному сумматору VI, где суммируется с выходным сигналом регулирующего блока рвых, идущим из камеры А4 усилителя мощности IV, и корректируется в соответствии с П-законом регулирования. Выходное давление сумматора II, равное сумме давлений в камерах Л2 и Е2, посту­ пает на усилитель мощности IV и через сопло С4 выключающе­ го реле V — на выход прибора. Выключающее реле V служит для отключения регулятора при переходе на ручное управление путем подачи давления питания рк в камеру Л5. Сопло С4 при этом закрывается и открывается сопло С5 .

Усилитель мощности IV служит для усиления по мощности выходного сигнала регулятора. Воздух с выхода элемента срав­ нения поступает в камеру Г4. В камеру Л4 усилителя подводится воздух питания р0При повышении давления в камере Г4 мем­ браны прогибаются вниз, шток нажимает на шарик и открывает отверстие, соединяющее камеры ß 4 и Л4. Давление в камере ≤ 4 и на выходе усилителя повышается до значения, равного входно­

222

блока понижается. Вследствие этого в камере отрицательной об­ ратной связи Бі сравнительно быстро наступает новое состояние равновесия блока. После снижения давления р\ увеличивается поток воздуха из камеры Б2 через регулируемый дроссель Др\ и сопло С2 в атмосферу. Снижение давления в камере Б2 вызыва­ ет перемещение мембранного блока сумматора II вниз н повы­ шение давления на выходе регулятора. При этом повышается переток воздуха из линии на выходе регулятора через постоян­ ный дроссель ДП\ в камеру Б2. Движение мембранного блока сумматора II прекращается при достижении в камере Б2 дав­ ления, равного давлению ри в камере Д 2, но при более высоком значении давления рвых. При понижении давления ра или по­ вышении давления р3 регулятор сработает в том же порядке на понижение давления рВых-

Усиление уровня пневматического сигнала в пропорциональ­ ной ячейке (П-ячейке) достигается за счет охвата мембранного сумматора II отрицательной обратной связью. Однако такая структура ячейки склонна к автоколебаниям, для подавления ко­ торых вводятся две обратные связи — положительная в камеру В2 и отрицательная в камеру Г2. Автоколебания, возникающие в переходных режимах, затормаживаются с помощью постоянно­ го дросселя ДП2, включенного в линию положительной обратной связи. Изменяя степень открытия регулируемого дросселя Др\ в дроссельном сумматоре, можно изменять (настраивать) величи­ ну коэффициента усиления регулятора в пределах от 20 до 0,03 (что соответствует величинам диапазона пропорциональности, установленным в пределах 5—3000%)-

Конструктивно регулирующий блок ПР2.5 выполнен так, что он может быть установлен на вторичных измерительных при­ борах 2МП-30В или ЗРЛ-29В или отдельно от них с по­ мощью кронштейна и гнезда аналогично регулирующим блокам МАУС.

Пропорционально-интегральный регулятор ПР3.21. Назначе­ ние регуляторов ПР3.21 такое же, как и регулятора ПР2.5. Ре­ гулятор (рис. 167) состоит из двух частей: пропорциональной и интегральной. На входы этих частей поступают пневматические сигналы текущего р„ (от датчика) и заданного значений регули­ руемой величины рз (от задатчика, установленного на вторичном измерительном приборе).

Пропорциональная часть регулятора ПРЗ.2-1 образуется П- ячейкой, отличающейся от рассмотренной выше отсутствием ручного задатчика для установки начального значения выходно­ го сигнала при рц=рз- Пропорциональная часть состоит из мем­ бранных сумматоров / и II, дроссельного сумматора III, усили­ теля мощности IV и выключающего реле V. Интегральная часть

223