Материал: Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

Глава девятая

А Г Р Е Г А Т Н А Я У Н И Ф И Ц И Р О В А Н Н А Я С И С Т Е М А П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Х П Р И Б О Р О В К О Н Т Р О Л Я И Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я ( А У С )

9-1. Н А З Н А Ч Е Н И Е И П Р И Н Ц И П Ы П О С Т Р О Е Н И Я

Из всех пневматических регуляторов наиболее широкое распространение в нашей промышленности до настояще­ го времени имели регуляторы АУС. Эта система пред­ назначена для построения самых разнообразных следя­ щих, стабилизирующих одноконтурных, взаимосвязанных и др. систем регулирования в различных отраслях про­ мышленности. По сравнению с ранее выпускавшимися ре­ гуляторами базового типа [Л. 16—18] приборы АУС и вся система в целом полнее удовлетворяют современным тре­ бованиям, предъявляемым к средствам автоматизации производственных процессов.

Система построена по блочному (агрегатному) прин­ ципу, т. е. состоит из ограниченного числа блоков, выпол­ няющих отдельные самостоятельные функции. Входные и выходные пневматические сигналы блоков изменяются в одних и тех же стандартных пределах 0,2—1,0 кгс/см2 при единой для всех блоков величине давления питания (1,4 кгс/см2± 10% номинальной величины). Это обеспе­ чивает гибкость построения схем автоматизации и уни­ версальность применения блоков: их можно включать в разных сочетаниях и комбинациях. Кроме того, блоч­ ный принцип построения позволяет развивать функцио­ нальные возможности системы, пополняя ее новыми при­ борами. Пневматическая АУС имеет в своем составе око­ ло двадцати разнотипных блоков, включая регулирующие и функциональные устройства, вторичные приборы

ивспомогательные блоки.

Всистеме автоматического регулирования на аппара­ туре АУС отдельные приборы и блоки располагаются тер­ риториально по одному из двух вариантов. Проиллюст­ рируем это на примере двух конкретных систем регули­ рования.

На рис. 9-1, а показана схема автоматического регу­ лирования давления в колонне нефтеперерабатывающей установки. Регулируемый параметр — давление в колон­ не поступает по импульсной трубке в пневматический

306

датчик давления /. Во избежание большой длины изме­ рительной импульсной линии датчик обычно располага­ ют поблизости от регулируемого объекта. При таком раз­ мещении датчик одновременно служит и устройством пре­ образования регулируемой величины в стандартный

Рис. 9-1. Территориальные схемы САР, по­ строенных на аппаратуре пневматиче­ ской АУС.

пневматический сигнал, и устройством дистанционной передачи информации. Сигнал от датчика по пневмопро­ воду 2 поступает к щиту контроля и управления на входы вторичного прибора 5 (показывающий или регистрирую­ щий) и регулирующего устройства 6. Вторичный прибор конструктивно включает в себя задатчик 3 настройки сиг­ нала задания для регулятора и устройство 4 переключе­ ния режима работы системы регулирования («автомат»,

«ручное»). Тем же задатчиком, встроенным в прибор, производится дистанционное управление исполнитель­ ным механизмом, когда регулятор отключен. Регулирую­ щее устройство (блок) при таком варианте размещения располагается непосредственно у вторичного прибора и крепится к его задней стенке. Это позволяет упростить монтаж, уменьшить число соединительных линий, облег­ чить эксплуатацию. С выхода регулятора (при ручном ре­ жиме работы — с выхода задатчика вторичного прибора) пневматический управляющий сигнал по командной ли­ нии 7 передается на исполнительный механизм 8. Послед­ ний устанавливается в непосредственной близости от регулируемого объекта. При этом пневматический испол­ нительный механизм чаще всего конструктивно объеди­ няется в одно целое с регулирующим органом 9; реже ис­ пользуются рычажные, тяговые, тросовые и другие спо­ собы сочленения.

Второй вариант территориального расположения ре­ гулирующей аппаратуры АУС показан на рис. 9-1,6, где приведена типичная схема пневматической системы регу­ лирования расхода через трубопровод. Основная особен­ ность этого варианта состоит в том, что регулирующее устройство 6 располагается не у щита контроля и управ­ ления (на вторичном приборе), а в непосредственной бли­ зости от регулируемого объекта. Такое расположение применяется в системах автоматизации малоинерцион­ ных объектов, где недопустимо вносить в систему регу­ лирования дополнительное запаздывание, свойственное пневматическим линиям передачи. Изменения задания, смена режима работы системы и дистанционное управ­ ление исполнительным механизмом и при этом варианте осуществляются со щита вторичных приборов.

Рассмотрение территориальных схем регуляторов АУС позволяет выявить некоторые свойственные им особен­ ности.

Первая состоит в том, что полная схема системы ре­ гулирования, построенной на блоках АУС, обязательно должна включать в себя вторичный прибор (показываю­ щий или регистрирующий). Вторичные приборы АУС сов­ мещают в себе устройства контроля и дистанционного управления контуром регулирования. Такое решение, хо­ тя и является компактным, снижает универсальность си­ стемы, так как задатчиков и переключателей как отдель­ ных блоков АУС не содержит.

308

Другой особенностью АУС является расположение большей части аппаратуры системы регулирования (во втором варианте почти всей системы) в непосредствен­ ной близости к объекту. Для объектов, расположенных на открытом воздухе (например, в химической промыш­ ленности), возникает проблема обеспечения работоспо­ собности регулирующей аппаратуры АУС в условиях сильно изменяющейся температуры окружающей среды.

Регулирующий блок АУС^

С~3 зс

П

Командное давление

Щитовой прио~0[.

Рис. 9-2. Функциональная схема САР, построенной на базе приборов АУС.

В этих случаях повышаются требования к качеству воздухоснабжения, а в особо тяжелых условиях необходимо использовать специальные модификации аппаратуры АУС.

Регулирующие и функциональные блоки АУС дейст­ вуют по принципу компенсации сил. Обобщенная функ­ циональная схема такого компенсационного блока и САР, построенной на аппаратуре АУС, приводится на рис. 9-2.

На вход регулирующего блока от датчика Д поступа­ ет пневматический сигнал РВх, пропорциональный вели­ чине регулируемого параметра и измеряемый с помощью вторичного прибора ВП (может быть нескольких таких входных сигналов). Параллельно на вход регулирующе­ го блока вводится от задатчика 3 сигнал задания в форме давления Р3 при дистанционной или в форме усилия настроечной пружины при местной установке его

309

величины. Переключатель Я предназначен для перевода с ручного режима работы на автоматический и наоборот.

Входные сигналы воздействуют на элемент сравнения ЭС, представляющий собой пакет мембран, жесткие цент­ ры которых соединены общим штоком (см. рис. 7-2, в). Давления в камерах блока развивают на его мембранах определенные усилия, которые непрерывно сравниваются и взаимно компенсируются на штоке. При разбалансе усилий, действующих на шток, он переместится вверх или вниз — в зависимости от знака разбаланса. В результате этого на вход управляющего элемента типа «сопло—за­ слонка» С—3 поступит сигнал и заслонка откроет или прикроет сопло. Такой элемент обладает высокой чувст­ вительностью: небольшое перемещение заслонки на его входе обеспечивает значительное изменение давления Р В ы х на выходе усилителя У. Это давление через каналы обратных связей ОС вновь воздействует на вход элемен­ та сравнения, что приводит к установлению равновесия сил на нем.

Каждый из регулирующих и функциональных блоков АУС предназначен для осуществления определенного за­ кона регулирования (или его компоненты). Тот или иной закон реализуется введением соответствующих обратных связей. Так, например, П-закон формируется с помощью отрицательной обратной связи, охватывающей пневмореле и элемент сравнения. Интегральная составляющая реа­ лизуется с помощью единичной положительной запазды­ вающей обратной связи, охватывающей усилительное звено.

В конструктивном отношении блоки АУС состоят из набора одинаковых по диаметру цилиндрических шайб, отделенных одна от другой «вялыми» мембранами из про­ резиненного полотна. Стенки шайб и мембраны образуют внутренние камеры блоков. Между собой, а также с вход­ ными и выходными штуцерами камеры соединяются ка­ налами, проходящими в стенках шайб. Для улучшения герметичности между шайбами помещают дополнитель­ ные прокладки. Весь набор шайб скрепляется стяжными шпильками.

310