Классификация регуляторов: 5,6, 7, 8-й пункт классификации.

5. По способу действия – регуляторы прямого и непрямого действия.

Если при отклонении регулируемого параметра чувствительный элемент развивает достаточное значение усилия или энергии для перемещения регулирующего органа, то его соединяют с ним непо­средственно и такой регулятор называют регулятором прямого дей­ствия. Пример такого регулятора – регуля­тор Ползунова уровня воды в котле паровой машины или домашний бачек унитаза, где поплавок при всплывании предает через рычаг на запорный клапан усилие, достаточное для перемещения клапана в сторону закрывания и, таким образом, плавного уменьшения по­дачи воды вплоть до полного пре­кращения ее подачи в бак.

Регуляторы непрямого действия по виду энергии, подразде­ляются на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Электрические регуляторы являются основным типом регулирующих устройств, применяемых в металлургии.

Их преимущества: сравнительная простота реализации сложных схем автомати­ческого регу­лирования; питание от всегда имеющихся на предприятии цен­трализованных электрических сетей без спе­циальных источников элек­троснабжения; большое быст­родействие при передаче, переработке и отображении информа­ции, выработке и передаче регулиру­емого сигнала; неограниченный радиус действия; легкость монтажа и демонтажа; возможность со­здания систем регулирования без подвиж­ных частей. Современные электрические регуляторы раз­ных производителей выпускают во взрывопожарном исполнении.

Все электрические регуляторы используют для измере­ний и вычислений контроллеры, компьютеры и различные вспомога­тельные электронные устройства, а также электрические исполнительные механизмы для перемеще­ния регулирующих органов.

Пневматические регуляторы применяются во взрывоопасных и пожароопасных зонах при не­больших расстояниях до 300 м по трассе передачи пневматического сигнала от пункта управления до объекта регулирования.

Недостатки – инертность, ограниченность линий связи, нечувствительность к небольшим им­пульсам из-за сжимае­мости воздуха как рабочей среды, жесткие требования к очистке воздуха от пыли, влаги, масла, зависимость от колеба­ний температуры и давления окружающей среды.

Гидравлические регуляторы применяются при непосредственном размещении элементов регуля­тора в зоне объекта регулирова­ния. Преимущества: большие передава­емые усилия, развиваемые гидравличе­скими исполнительными механизмами при их небольших га­баритах, высокая чувствительность и быстродействие, плав­ное регулирование. Недостатки – ограни­ченная дальность по горизонтали до 150 м и по вертикали до 50 м; зависимость рабочих характери­стик от температуры и вязко­сти рабочей жидкости; необходимость специального источника питания рабочим реагентом (как правило, масло); усложненные ко­мандные линии по сравнению с пневмати­кой, т.к. требуются обратные трубопроводы; трудность реализации сложных законов регули­рования; возможность загрязнения системы из-за отложения примесей; огнеопасность; необходимость иметь рабочие и резервные насосы.

Комбинированные регуляторы применяются, когда необходимо использовать отдельные пре­имущества электро-, пневмо- или гидрорегуляторов. При этом сопряжение линий электрической связи с пневматическими и гидравлическими линиями осуществляется при помощи специальной преобразующей аппаратуры.

6. По конструкционному исполнению регуляторы бывают: панельные с монтажом на DIN рейки закрытых шкафов управления и щитовые.

Регуляторы монтируются на направляющих, спрятаны внутрь щита (щитовой монтаж), а панель индикации и управ­ления снаружи позволяет визуально наблюдать текущие значения температуры и установленное значение. В паспорте указываются следую­щие данные для монтажа (для ИРТ):передняя панель, монтажная глубина, вырез в щите.

Современные регуляторы комплектуются по модульному принципу, когда в состав регулятора входят различные от­дельные блоки в отдельных корпусах, соединяемые по проводным или беспро­водным сетям друг с другом. Н-р, регулятор температуры может состоять из собственно регу­лятора, отдельного источника питания постоянного тока, без­контактного мощного симисторного ре­лей­ного элемента (твердотельного реле) для подачи напряжения на нагреватели печи сопротивления, устройства беспроводной связи с компьютером и т.д.

Регуляторы относятся к аппаратуре непрерывного использования, не комплекту­ются кнопками вклю­чения-отключе­ния от сети и имеют общепромышленное, повышенной надежно­сти для эксплуатации на АЭС и взрыво­защищенное исполнение. Регу­ляторы исключительно надежны, имеют импульсный источник питания и тестируются по многочисленным критериям без­отказной ра­боты.

Все модели (за исключением простейших) для связи с компьютером оборудованы стандартными интерфейсами связи RS232 или RS485. При необходимости к ним подключаются модули обеспече­ния доступа к беспроводным промышлен­ных высокоскоростным се­тям различных стандартов (Ethnet, Modbus, CC-link, Profibus, DeviceNet, CANopen, AS-interface, MELSECNET). Использование сетей позволяет настраивать, контролировать, при необходимости управлять ра­ботой регуляторов с персонального переносного компьютера, находясь в любой точке цеха в пределах радиуса действия приемно-передающей аппаратуры. Подключение датчиков, расположенных на движущихся объек­тах, через такие устройства сильно повышает надежность их соединения с регулятором или ПЛК управления за счет отсутствия громозд­ких шлейфов проводов, перемещающихся вслед за движущи­мися частями оборудования, и кабелей линий связи.

7. По числу регулируемых величин регуляторы бывают одноканальные и многоканальные. Мно­гоканальные вари­анты имеют в одном корпусе несколько абсолютно идентичных каналов регулиро­вания со своими персональными настройками по каждому каналу.

8. По связи между входными и выходными цепями – без гальванической связи и с гальваниче­ской.

Гальваническая связь присутствует на всех релейных выходах. Это означает, что к замыкающим контактам реле мы спокойно мо­жем подвести напряжение 220-380 вольт, которое не может попасть в электрическую схему регулятора и вы­вести его из строя либо травмировать персонал, т.к. контакты реле никак не связаны электрически проводниками с остальной электроникой регулятора. Высокое напряжение, которое коммутируют тиристоры и симисторы (или симметричные – сдво­енные тиристоры), гальванически через n-p-n-p полупроводниковую структуру переходов прибора может попасть на управляющий электрод симистора, и дальше к низ­ковольтным цепям питания электроники регулятора и вывести его из строя.

Поэтому для гальванической развязки управляющие импульсы на открывающий электрод пода­ются через оптроны. В

регуляторе ИРТ используются выходы для управления внешними оптосимисторами (оптрон ин­тегрирован в сам си­мистор).

Оптрон – полупроводниковый прибор, объединяющий в одном цилиндрическом непрозрачном корпусе оптопару – светодиод и фотодиод. Управляющие импульсы подаются на светодиод оптрона, кото­рый начинает выдавать импульсы света. Эти импульсы приводят к колебаниям проводимости фотодиода, а уже оттуда подаются на электрод управления. Таким образом, высокое напряжение, коммутируемое сими­стором, механиче­ски и электрически отделено от низковольтных цепей питания и управления остальной электроники.

19. Двухпозиционное нелинейное регулирование: определение, характерные свой­ства, примеры.

Наиболее простым, но и не очень точным способом поддержания уровня воды в нашем примере является использо­вание нелиней­ного регулирования.

Одним из нескольких типичных нелинейных элементов являются различные электромеханиче­ские устройства с ре­лейными харак­теристиками. Наиболее распространены системы, в которых не­линейность сосредоточена в управляющем устройстве, называемым ре­лейным регулятором. Регуля­торы релейного действия работают по принципу ≪включено-вы­ключено≫ и бывают двух-, трех- и мно­гопозиционными.

Двухпозиционными называют регуляторы, у которых выходная величина принимает только два установившихся значения, а ис­полнительный механизм и связанный с ним регулирующий орган (за­движка, например) может занимать также лишь два положения, и скачкообразно переключаться из положения ≪закрыто≫ в положение ≪открыто≫ в мо­мент, когда входная величина регулятора (ре­гулируемая величина объекта регулирования) проходит через заданное зна­чение.

В конструктивном отношении они являются наиболее простыми и ча­сто имеют вид элект­роконтактных устройств, встроенных во вторичные измерительные приборы. Выход объекта при таком спо­собе авторегулирования не остается постоянным, а нахо­дится в автоколебательном режиме, периодически становясь то выше, то ниже своего заданного зна­чения. Эти колебания не наложены на систему извне, а являются результатом внут­ренних свойств системы. Автоколебательный режим ра­боты – наиболее распространенный режим работы дискрет­ных (нелинейных) релейных систем. Такие системы считаются устойчи­выми, когда в них возникают устойчивые автоколеба­ния (в линейных системах автоколебания возникнуть не могут, и затухающий ко­лебательный переходный процесс явля­ется просто границей перехода системы из устойчивого со­стояния в неустойчивое).

 Трехпозиционными называют такие регуляторы, выходная величина которых может принимать три установившихся значения, то есть регулирующий орган может принимать три положения: от­крытое, закрытое и сред­нее.

Рассмотрим первый пример: простейший регулятор нагрева­тельной печи, со­стоящий из реле (контактора), и электроконтактного ртутного термо­метра (в электрических печах роль регулирующего органа выполняет контактор или по­лупровод­никовое бесконтактное устрой­ство.

Подача напряжения на нагреватели осуществляется через контактную группу реле, которая замы­кается в момент со­прикоснове­ния столбика ртути с регулируемым контак­том внутри капилляра (при этом подается напряжение на обмотку реле и оно включа­ется). Реле прекращает подачу энергии на нагреватели либо возобновляет ее подачу при заданной тем­пературе. Но поскольку тепловые про­цессы инерционны и обладают само­выравниванием, то температура по инерции продолжает увели­чиваться после выключе­ния и уменьшаться после включения подачи энергии. Это увеличение и уменьшение за­висит от размеров, конструкции, загрузки печи и ре­гулируемой температуры. Есте­ствен­ная ошибка регу­лирования в данном примере помогает решить проблему надежности электро­кон­тактной системы, так как тепловая инерция не дает температуре мгновенно остановиться после выключения/выключения нагревате­лей. Это приводит к по­явлению интервалов времени между сра­батыванием контактной группы. В противном случае контакты реле пе­реключа­лись бы слишком ча­сто и быстро вышли бы из строя.

На рисунке представлен такой автоколебательный режим работы в нагревательной печи.

В качестве второго примера рассмотрим водонапорную башню. Водонапорная башня снабжается водой из скважины электриче­ским насосом погружного типа и это как раз то, что нужно для реализа­ции классического двухпозиционного регулирования. Самый простой вариант регулятора, который может прийти на ум – поплавковая механическая система, которая вместо открывания – закры­вания крана включает – выключает подачу напряжения на насос в определенные мо­менты времени. При этом переключение насоса будет происходить с определенной частотой.

Проблема заключается в том, что в отличие от тепловых процессов в данном случае нету инерци­онности в подаче воды – это зна­чит, что после выключения насоса уровень по инерции повышается не очень сильно и при большом рас­ходе на выходе башни уровень быстро упадет, что приведет к включению насоса. Короткие промежутки включения и выключения быстро выведут насос из строя. Для решения этой проблемы на разных уровнях устанавливается два дат­чика – датчик верхнего уровня (отключает насос) и нижнего (включает насос). Пока уровень жидкости находится в за­данной зоне между датчиками, насос не работает. После того как уровень упадет ниже заданного уровня, насос вклю­чится, и будет непрерывно работать, пока вода не достигнет верхнего датчика. После этого насос выключается и ≪ждет≫, когда уровень воды опять не упадет ниже заданного уровня. Таким образом – выходная величина объ­екта ре­гулирования, т.е. уровень воды будет совершать ко­лебания разной продолжительности (в зависимости от расхода) и оди­нако­вой амплитуды (от ниж­него до верхнего датчиков).

Промышленный регулятор уровня жидкости приведен на рисунке. К нему подключаются от од­ного до трех датчиков уровня про­стейшей конструкции – в крышке резервуара сверлятся отверстия и в них на изолированных втулках крепятся металлические штыри разной длины – длинный опреде­ляет нижний уровень воды в башне, короткий – верхний.

К бочке прикрепляем провод от регулятора, который подает – “массу” на бочку, на электроды по­дается 8 вольт сиг­нала управле­ния. Уровень опускания электродов определяет величину зоны нечув­ствительности Если уровень воды па­дает ниже нижнего элек­трода, то происходит размыкание (обычная недистиллированная вода – электропроводная жид­кость и замыкает управляющее напря­жение на электроде на массу) электрода, и реле регулятора запускает насос. Насос закачивает воду, до тех пор, пока она не поднимется на нужный уровень и не замкнет верхний электрод на корпус – насос выключился.

Третий пример практического использования нелинейного регулирования – вместо насоса ис­пользуется подводящий трубопро­вод, оборудованный краном, приводимым в действие электропри­водом с постоянной скоростью вращения вы­ходного вала (электриче­ский мотор и редуктор). Привод имеет фиксированную скорость вращения. Реверсирование осу­ществляется переключением полярно­сти подводимого к мотору постоянного тока. Такого рода дешевые приводы ис­пользуются с универ­сальными регуляторами ИРТ и “Сосна”.

Уровень в баке начинает падать, но система регулирования это падение пока не фиксирует, так как в системе уста­новлено два ре­лейных датчика (один на метке в 9,8 м, а второй – 10,2 м) с подклю­чением их к регулятору через два от­дельных двоичных входа. До точки 3 на рисунке привод оста­новлен потому, что уровень находится пока между датчи­ками.

После того, как уровень упадет ниже точки 3 9,8 м реле К2 замкнет контакты и включит привод на открывание за­движки и та с постоянной скоростью начнет открывать кран. При этом скорость па­дения уровня начнет за счет все воз­растающей подачи умень­шаться, потом наступит равновесие на линии Hмин. и уровень перестанет падать вниз, и, в конце концов, начнет повышаться (за­движка все открывается с постоянной скоростью). Глубина падения уровня от точки 3 к Hмин. зависит от скоро­сти работы привода. В точке 4 реле отключит привод, но уровень воды будет продолжать расти, так как состояние равновесия между расходом и подачей воды не найдено (задвижка слишком сильно открыта, возможно до максимума). На участке 4-5 привод находится в выключенном со­стоянии. На участке 5-6 регулятор вклю­чает реле К1 и его контакты включают привод на закрывание крана и уровень выходит на точку 6. Дальнейшие рассуж­дения выглядят аналогично. Если не использовать единичное ступенчатое воздействие, то кривая измене­ния уровня бу­дет иметь постоянные изменения амплитуды и частоты в зависимости от величины мгновенного расхода.

Рассмотренный пример с незатухающим колебательным процессом выходной величины верен для объекта без само­выравнивания – когда на выходной трубе стоит вместо крана насос. Тогда гид­ростатическое давление не будет влиять на расход. В нашем же случае гидростатическое давление будет ≪помогать≫ регулятору уменьшать амплитуду колебаний.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: