Материал: Основы автоматизации производства

Рассмотрим упрощенную структурную схему автоматического регулирования. углеродного потенциала (цементизации) по точке росы (рис. 140, а). Течка росы – это температура, до которой необходимо охладить влажный газ, чтобы пары воды начали конденсироваться, т. е. точка росы является мерой влажности газа.

В схеме используется первичный преобразователь для косвенного регулирования углеродного потенциала, описание которого приведено в гл. 10. Стабилизация состава атмосферы печи осуществляется изменением расхода корректирующего газа.

Рис. 140. Структурные схемы регулировки атмосферы печи:

а – при цементации; б – при азотировании

Газ от генератора поступает к печи по трубопроводу 7. На его пути часть газа отбирается и с помощью насоса 6 через фильтр 5 и регулятор расхода 4 подается в специальную камеру 3, где расположен первичный преобразователь 1. Камера снабжена фреоновым холодильником 2 и трубкой для отвода отработанной пробы в свечу. Преобразователь 1 соединен с электрическим изодромным регулятором 10. При отклонении точки росы от заданного значения он подает команду на электрический исполнительный механизм 9, который с помощью регулирующего органа 8 изменяет соотношение газ-воздух, поступающий к генератору.

При газовом азотировании (рис. 140, б) аммиак по трубе 4 поступает в герметически закрытый муфель печи. Печь снабжена отводной трубкой 5,по которой атмосфера печи непрерывно подается в специальную камеру /, где расположен термокондуктометрический газоанализатор 2, настроенный на определенные содержания водорода в газовой смеси. Описание этого прибора приведено в гл. 10. Газоанализатор 2 соединен с электрическим изодромным регулятором 7, который при отклонении содержания водорода от заданного значения подает команду на электрический исполнительный механизм 6 с помощью регулирующего органа 5 изменяет расход аммиака.

В настоящее время широко используется система автоматического регулирования «Каскад». Эта система предназначена для применения в системах автоматического регулирования различных технологических процессов. Система составляет центральную часть электрической аналоговой ветви Государственной системы приборов (ГСП) и рассчитана на работу с отечественными измерительными приборами с дифференцированным выходным сигналом постоянного тока 0 ... 5 мА и 0 ... 20мА и электрическими однооборотными исполнительными механизмами. Особенностями системы является блочно-модульное исполнение, использование современных высоконадежных элементов, малые габаритные размеры и расширенные функциональные возможности.

Для высокоточного регулирования температуры серийно выпускается регулятор ВРТ-2 с диапазоном регулирования ±0,5°С. В качестве измерительных элементов в этом регуляторе используются термоэлектрические термометры типов ПР и ПП. Регулятор состоит из измерительного блока и регулирующего прибора типа Р-111.

Программные и следящие регуляторы создаются путем сочленения стабилизирующего регулятора с программным или следящим задающим устройством.

Наиболее распространенная конструкция программных регуляторов приборного типа (например, ЭПП-17) предусматривает кинематическую связь положения задатчика с радиусом кулачка, вращаемого синхронным двигателем привода диаграммы.

Характерным представителем современных электронных программных регуляторов аппаратного типа является регулирующее устройство типа РУ5, у которого носителем программы является диаграммная лента с нанесенной на ней кривой.

Программные устройства РУ5 выпускаются в двух модификациях: для позиционного регулирования (РУ5-01М) и для П- и ПИ-регулирования (РУК-02М), предназначенные для работы в комплекте с регуляторами, например, РУ4-06, РУ4-15, РУ4-16А.

Программные регуляторы РУ5-01М и РУ4-02М комплектуются электронными измерительными приборами, имеющими дополнительный реостатный датчик со 100%-ной зоной пропорциональности.

Погрешность программных устройств РУ5-01М и РУ5-02М не более 0,5 % от длины шкалы; порог чувствительности следящей системы составляет 0,2 % от длины шкалы.

3. Гидравлические регуляторы косвенного действия

При автоматизации технологических процессов, связанных с применением регулирующих органов, требующих для приведения их в движение больших усилий, особенно при поступательном движении, целесообразно использовать гидравлические исполнительные механизмы. В этой связи созданы различные комбинированные электронно-гидравлические регуляторы, в которых точность и компактность электрических измерительных и командных устройств сочетается с преимуществами гидравлических исполнительных элементов.

Электронно-гидравлическая система автоматического регулирования «Кристалл», получившая довольно большое распространение, представляет собой комплекс приборов и устройств, с помощью которых могут быть осуществлены регуляторы различной структуры, эта система предназначена, для автоматизации теплотехнических процессов энергетического оборудования средней и малой мощности.

Рассмотрим принцип работы электронно-гидравлического регулятора (рис. 141). Первичные преобразователи 1 (не более трех) измеряют регулируемую величину и преобразуют ее в сигналы переменного тока. В транзисторном усилителе 2 эти сигналы суммируются между собой и с сигналом задатчика 3, усиливаются и подаются на обмотки электрогидравлического реле 5, управляющего гидравлическим исполнительным механизмом 6. Устройство обратной связи 7 преобразует перемещение вала исполнительного механизма в электрический сигнал, который подается на вход усилителя. Дистанционное управление осуществляется с помощью блока 4 с пульта 8.

Рис. 141. Структурная схема электронйо-гидравлического регулятора системы «Кристалл»

Рис. 142. Схема гидравлического струйного регулятора

В комплекте с электронно-гидравлическим регулятором применяются первичные преобразователи: дифференциальные тягометы, электрические манометры, термометры сопротивления и термоэлектрические термометры. В системе регулирования «Кристалл» могут быть реализованы И-, П- и ПИ-законы регулирования. Эти регуляторы позволяют регулировать температуру, давление, расход или уровень, тягу или напор, соотношение «топливо (газ)-воздух» и другие параметры.

Наряду с рассмотренными электрогидравлическими регуляторами находят применение также и гидравлические струйные регуляторы. Их используют для регулирования давления, расхода и уровня.

Ниже в качестве примера рассмотрено устройство гидравлического струйного регулятора давления (рис. 142). Мембранный измерительный элемент 1 соединяется с объектом регулирования (воздухо- или газопроводом) 3 с помощью трубки 2. Входной величиной измерительного элемента является давление, а выходной – перемещение потока. В качестве усилительного преобразующего элемента используется струйная трубка 6, вспомогательная энергия к которой подводится от маслонапорной установки 8. Струйная трубка преобразует поступательное движение штока в кинетическую энергию движущейся масляной струи. Энергия струи в несколько раз больше, чем энергия перемещающегося штока. Исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма (гидроцилиндра) 5 и регулирующего органа (поворотной заслонки) 4.

Регулятор работает следующим образом. При снижении давления газа в трубе 3 мембрана измерительного элемента 1 перемещается влево. Под действием пружины настройки 7 струйная трубка 6 переместится влево и заставит перемещаться шток исполнительного механизма 5 вверх, что приведет к открыванию заслонки 4. Приток газа или воздуха увеличится, а давление повысится.

Промышленность выпускает унифицированные узлы для агрегатного комплектования гидравлических струйных регуляторов типа РАГС (регулятор автоматический гидравлический струйный) и регуляторов типа КИП для воздуходувных установок.

Чувствительные элемёнты таких регуляторов предназначены для восприятия давления, разрежения или перепада давления контролируемой среды и преобразования их в усилия, передаваемые системой рычагов на струйную трубку гидравлического усилителя.

Струйные регуляторы РАГС используют для автоматического поддержания постоянного давления (разрежения) газа или жидкости в диапазоне 0...10 МПа, а также постоянного расхода жидкости или газа и постоянного соотношения давлений или расхода двух жидкостей или газов.

Регуляторы давления КИП для воздуходувных установок применяются в общей схеме регулирования для защиты их от помпажа и создания постоянства давления в нагнетательном трубопроводе. Верхний предел регулирования 4,5 МПа. Зона нечувствительности 60 ... 1500 Па.

4. Пневматические регуляторы косвенного действия

В пневматических регуляторах взаимодействие между отдельными элементами и воздействие на регулирующий орган осуществляются с помощью сжатого воздуха.

Основным элементом пневматических регуляторов является устройство типа сопло-заслонка, в котором механическое перемещение чувствительного элемента преобразуется в сигнал сжатого воздуха.

В качестве примера рассмотрим работу пневматического регулятора давления РД, предназначенного для поддержания заданного давления неагрессивных паров или газов.

Регулируемое давление (рис. 143) подводится к манометрической пружине 4. К свободному концу пружины присоединена заслонка 6, которая опирается на подвижный упор 3 и под действием пружины 2 стремится прикрыть сопло 7. К последнему по линии питания через постоянный дроссель 1 подводится сжатый воздух. Проходное сечение дросселя 1 меньше проходного сечения сопла 7, поэтому перемещение заслонки относительно сопла при изменениях регулируемого давления вызывает изменение выходного давления в командной линии регулятора. Таким образом, систему сопло-заслонка можно рассматривать как дроссель переменного сечения. Следовательно, изменяя положение заслонки, можно регулировать давление сжатого воздуха, поступающего на исполнительный механизм.

Рис. 143. Схема регулятора давления типа РД

Рис. 144. Исполнительные дросселирующие устройства типа сопло-заслонка: а – золотник; б – игла; в – шарик

Изменение регулируемого давления приводит к перемещению свободного конца манометрической пружины и соответственно заслонки относительно сопла, вследствие чего меняется выходное давление регулятора. На исполнительный механизм оказывается регулирующее воздействие, и регулируемое давление приводится к заданному значению. Регулятор настраивается на заданное значение регулируемой величины задатчиком 5, с помощью которого можно поворачивать плату 9 с заслонкой 6 вокруг оси 8. Настройка степени неравномерности в диапазоне 5 ... 50 % осуществляется передвижением упора 3.

Регулятор РД может быть настроен на прямое и обратное действие. В первом случае при повышении регулируемого давления давление командного сигнала (сжатого воздуха) возрастает от 0 до 100 кПа; при установке на обратное действие увеличение регулируемого давления вызывает понижение командного давления от 100 кПа до 0.

Пределы регулирования давления регуляторов РД в зависимости от типа изменяются от 100 кПа до 2,4 МПа. Давление сжатого воздуха, подводимого к регулятору, должно быть в пределах 127 ... 147 кПа.

В пневматических регуляторах, помимо описанного, применяются и другие исполнения устройств типа сопло-заслонка: дросселирующий золотник (рис. 144, а), дросселирующая игла (рис. 144, б) и дросселирующий шарик (рис. 144, в).

Учитывая большое сходство в конструкциях различных пневматических регуляторов, ограничимся рассмотрением только регулятора типа 04. Этот регулятор может встраиваться в компенсационные измерительные приборы, образуя системы регулирования температуры, давления, расхода и других параметров. По характеру регулирующего воздействия регулятор 04 является пропорционально-интегральным и осуществляет регулирование с изодромной обратной связью.

Регулируемое давление подводится к манометрической пружине 4 (рис. 145), которая раскручивается или скручивается при его изменении. Деформация пружины с помощью системы рычагов вызывает перемещение заслонки 7 относительно сопла 6. К соплу через дроссель 8 непрерывно подается сжатый воздух по трубке 9. Так как проходное сечение трубки в несколько раз больше сечения дросселя, то перемещение заслонки вызывает изменение давления воздуха, поступающего в камеру пневматического реле 14. Мембранная коробка 15 этого реле через шток 13 перемещает золотник 12, дросселирующий поток воздуха через сопла 11 и 10.