Конспект лекций-ТСУТП. Введение в курс технические средства автоматизации и управления Лекция 1
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
Электрический исполнительный механизм Электрический исполнительный механизм - исполнительный механизм, использующий электрическую энергию для управления регулирующими клапанами. В конструкцию электрического исполнительного механизма входит электродвигатель, редуктор, конечные выключатели и реостат обратной связи. Дополнительный блок Дополнительный блок - блок, предназначенный для расширения области применения исполнительного устройства в различных схемах управления. Датчик положения Датчик положения - дополнительный блок, дающий информацию: - о положении выходного элемента исполнительного механизма (для исполнительного механизма); или - о положении затвора исполнительного устройства (для исполнительного устройства). Пневматический позиционер Пневматический позиционер - позиционер с пневматическим входным сигналом, применяемый на пневматических исполнительных механизмах. Позиционер Позиционер - дополнительный блок исполнительного механизма: - контролирующий положение регулирующего элемента; - предназначенный для уменьшения рассогласования путем введения обратной связи по положению выходного элемента исполнительного механизма. 121 Ручной дублер Ручной дублер - дополнительный блок для ручного управления арматурой с приводом, в случаях, когда привод не используется по каким-либо причинам. Фиксатор положения Фиксатор положения - дополнительный блок, фиксирующий: - положение выходного элемента исполнительного механизма (для исполнительного механизма); или - затвора исполнительного устройства (для исполнительного устройства). Электрогидравлический позиционер Электрогидравлический позиционер - позиционер с электрическим входным сигналом, применяемый на гидравлических исполнительных механизмах. Электропневматический позиционер Электропневматический позиционер - позиционер с электрическим входным сигналом, применяемый на пневматических исполнительных механизмах. Регулирующий орган Регулирующий орган - исполнительный орган, воздействующий на процесс путем изменения пропускной способности. В зависимости от конструктивных особенностей регулирующего органа различают заслоночные, односедельные, двухседельные, клеточные, крановые, трехходовые, шланговые и диафрагмовые исполнительные устройства. Двухседельный регулирующий орган Двухседельный регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поступательным перемещением затвора вдоль оси проходов двух седел корпуса. Диафрагмовый регулирующий орган Диафрагмовый регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поступательным перемещением центра диафрагмы относительно седла. Запорно-регулирующий орган Запорно-регулирующий орган - регулирующий орган, который обеспечивает герметическое закрытие прохода. Заслоночный регулирующий орган Дисковый затвор Заслоночный регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поворотом затвора (заслонки). Клеточный регулирующий орган 122 Клеточный регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поступательным перемещением цилиндрического полого затвора в клетке-направляющей, имеющей поперечные сверления. Направляющая служит одновременно и седлом затвора. Крановый регулирующий орган Крановый регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поворотом затвора, который - имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока; и - при перекрытии потока вращается вокруг оси, перпендикулярной* *оси трубопровода. Различают конические, цилиндрические и шаровые затворы. Односедельный регулирующий орган Односедельный регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается поступательным перемещением затвора вдоль оси прохода седла корпуса. Трехходовой регулирующий орган Трехходовой регулирующий орган - двухседельный регулирующий орган, в котором происходит изменение соотношения пропускных способностей, имеющий три присоединительных прохода, через которые - один поток разделяется на два (разделительный трехходовой регулирующий орган); или - два потока смешиваются в один (смесительный трехходовой регулирующий орган). Шланговый регулирующий орган Шланговый регулирующий орган - регулирующий орган, в котором изменение пропускной способности достигается изменением проходного сечения упругого патрубка (отрезка шланга). 123 Лекция №14 Исполнительные механизмы. Классификация и основные характеристики. Исполнительные механизмы (ИМ) являются средствами воздействия на технологический процесс. ИМ предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического и дистанционного управления, а запорная и позиционно-регулирующая трубопроводная арматура с электроприводом используется в системах дистанционного управления при автоматизации различных технологических процессов. Исполнительные механизмы (ИМ) классифицируются по следующим признакам: 1. По назначению работы - Запорные (отсечные, предохранительные) - Регулирующие (задвижки) - Запорно-регулирующие клапаны (КЗР) 2. По типу рабочего регулирующего органа - Седельные - С диафрагменной заслонкой - Клеточные - Шаровые - Пробковые - Дисковые поворотные затворы и заслонки - Пилотные 3. По виду перемещения регулирующего органа - Однооборотные (МЭО рычажные) - Однооборотные и неполноповоротные (0,25 - 0,63 об.) фланцевые (МЭОФ) - Многооборотные регулирующие задвижки с постоянной скоростью (МЭМ) - Прямоходные поступательного действия для прямолинейного перемещения регулирующих органов с постоянной скоростью (МЭП, МЭПК, КЗР, краны) 4. По управлению направлениями потоков - Прямые - Угловые 5. По типу управления потоками - Двухходовые (запорные) - Трехходовые (распределительные, смесительные) - Четырехходовые (распределительные, смесительные) 124 6. По типу управляющего сигнала - Пневматические - Электрические - Электропневматические - Гидравлические 7. По типу привода – Механический - Пневматический (мембранный, поршневой, лопастный) - Электропневматический - Пневмомеханический - Электромеханический - Пневмогидравлический - Гидравлический 8. По исполнению вида исполнительного устройства - НО - нормально открытые - НЗ - нормально закрытые - произвольного положения 9. По характеристике преобразования (сигнал - положение ИМ) - Линейные - Экспоненциальные - Логарифмические 10. По виду управляющего сигнала - Аналоговые - Дискретные 2-х позиционные (статические и динамические) - Дискретные 3-х позиционные (статические и динамические) 11. По оснащению дополнительным оборудованием - МПУ (HART, интерфейс), команда (управление, конфигурация) - состояние (оборудования) - Позиционер (пропорциональный ИМ) - Пилотный механизм - Ручной дублер - Указатель положения регулирующего органа индуктивный, реостатный, токовый - Датчики крайних положений, блоки концевых выключателей Основные элементы электрических ИМ К основным элементам электрических ИМ относятся: - электродвигатель (асинхронные одно- и трехфазные с короткозамкнутым ротором типа ДАУ, АОЛ, 4А, синхронные с электромагнитной редукцией типа ДСР), 125 - редуктор, понижающий число оборотов, - выходное устройство для механического сочленения с регулирующим органом, - ручной привод (ручной дублер) на случай выхода из строя системы автоматики или для наладки, - устройства, самоторможения при отключении электродвигателя, - при перегрузках на валу двигатель отключается механическим устройством ограничения предельного момента, которое воздействует на один из моментных выключателей (в зависимости от направления движения вала), - устройство обратной связи в системах автоматического управления, - устройства для дистанционного указания положения вала ИМ и сигнализации положения механизма. Эксплуатационные характеристики ИМ: - Диапазон рабочих температур - Рабочее давление - Рабочая температура - Рабочая среда - агрессивная или неагрессивная; газообразная, жидкая (газ, пар, воздух, кислород, жидкость и т.п.) - Тип привода - Диаметр условного прохода Ду - Напряжение питания (однофазное, трехфазное) - Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм - Номинальное время полного хода выходного вала, сек - Номинальный полный ход выходного вала, об. - Взрывозащищенное исполнение имеет уровень взрывозащиты «взрывобезопасный» с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и «взрывонепроницаемая оболочка». Позиционеры Позиционер представляет собой усилитель с обратной связью по положению выходного звена исполнительного устройства. Позиционеры (позиционные реле) предназначены для: - повышения чувствительности, - повышения быстродействия, - увеличения перестановочного усилия, - уменьшения гистерезиса пневматического ИМ. Позиционеры применяют: - при работе клапанов в условиях вязких сред, 126 - в условиях высоких давлений регулируемой среды, - в случае установки клапанов в не рекомендуемых положениях, - на клапанах большого диаметра, - при значительном расстоянии между регулирующим устройством и ИМ, - в других случаях, когда возможно затирание штока и плунжера. Управление ИМ Управление механизмами (пуск, останов, изменение направления движения или реверс) осуществляется контактными и бесконтактными устройствами. При контактном управлении используют реверсивные электромагнитные пускатели или реле. Бесконтактное управление механизмами МЭО реализуется бесконтактными реверсивными пускателями типа ПБР-2М, а механизмами МЭО- К - пускателями ПБР-3А. Типы устройств, рекомендуемых для управления механизмами Управление механизмами рекомендуется осуществлять контактным электромагнитным пускателем типа ПМЛ или с помощью пускателей бесконтактных реверсивных ПБР или усилителей тиристорных ФЦ. Наиболее характерна классификация ИМ по виду потребляемой энергии (табл. 1.3) на гидравлические, пневматические и электродвигательные или электромагнитные. Гидравлические ИМ. Они состоят из управляющего и исполнительного элементов. Обычный вариант первого элемента – золотник, второго – гидроцилиндр. Последний, в свою очередь, реализует поступательное (а) или вращательное (б) движение выходного вала (табл. 1.3). В гидравлических ИМ входная величина – перемещение управляющего устройства или давление жидкости на поршень р, а выходная – перемещение (поворот) выходного вала S. Постоянная времени реального гидравлического ИМ при больших скоростях перемещения поршня сильно возрастает, что объясняется резким увеличением сил вязкого трения поршня, но все-таки с достаточной точностью его характеристики совпадают с характеристиками интегрирующего звена, постоянная времени которого прямо пропорциональна площади поршня и обратно пропорциональна p p , где р 1 и р 2 – давление нагнетания и слива рабочей жидкости. Гидравлические ИМ обладают высокой точностью и выходной мощностью. Пневматические ИМ. По устройству аналогичны гидравлическим. Они получили широкое распространение благодаря высокой надежности, простоте конструкции и возможности получения достаточно больших усилий. 127 Исполнительные механизмы Таблица 1.3 Схема Наименование Вход Выход Выходна я мощность , Вт Поршневые двигатели с поступательным (а) и вращательным (б) движением поршня Давление 0,1...10 МПа Механ ическо е переме щение 10 -2 5 10 4 Пневматический мембранный двигатель Давление 0,1...0,5 МПа То же До 200 Электродвига- тельный исполнительный механизм Напряжени е Механ ическо е вращен ие До 4 10 4 Электромагнит- соленоид То же Механ ическо е переме щение До 1,4 10 3 Крутизна статической характеристики пневматического ИМ находится в прямой зависимости от площади мембраны и в обратной – от коэффициента жесткости пружины (несколько возрастает по мере ее сжатия). Соответственно, при малых изменениях выходного параметра S динамику механизма можно представить характеристиками безынерционного звена, причем коэффициент передачи которого несколько убывает с увеличением S. Общие недостатки пневматических и гидравлических ИМ – сложность операций по их наладке и ремонте, необходимость специальных компрессорных (насосных) установок для их питания. 128 Лекция №15 Электродвигательные и электромагнитные ИМ. Электродвигательные ИМ. В них используют электродвигатели постоянного и переменного тока, в том числе асинхронные двухфазные с полым ротором, с конденсаторами в цепи обмотки управления, а также асинхронные трехфазные двигатели. Исполнительные двигатели постоянного тока имеют независимое возбуждение или возбуждение от постоянных магнитов. Управляют этими двигателями, изменяя напряжение на якоре или на обмотке возбуждения (якорное или полюсное управление). В большинстве конструкций электрических ИМ применяют двухфазные и трехфазные асинхронные двигатели. Асинхронный двухфазный двигатель приближенно можно рассматривать как инерционное звено, если выходная величина – угловая скорость ротора, или как два последовательно соединенных звена – интегрирующее и инерционное, если выходная величина – угол поворота ротора (табл. 1.3). Значение коэффициента передачи зависит от способа управления двигателем, а постоянная времени – от сигнала управления, возрастая с уменьшением пускового момента двигателя от 0,1 до 0,2 с (для полого ротора с обмоткой типа «беличьего колеса»). Передаточная функция асинхронного трехфазного двигателя соответствует динамике инерционного звена. Коэффициент преобразования и постоянную времени определяют по механической характеристике двигателя и рабочей машины. Отечественная промышленность выпускает электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В: – многооборотные (МЭМ), – однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360º, – прямоходовые (МЭП). Пример маркировки: МЭО-0,63/10-0,25 (однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н м, время хода 10 с, номинальный ход 0,25 оборота). Большинство электродвигательных ИМ работает в режиме, когда скорость перемещения не зависит от значения отклонения регулируемого параметра от заданного. Такой ИМ состоит из асинхронного электродвигателя, редуктора, концевых и путевых выключателей, датчиков (преобразователей), тормозного устройства и ручного привода. Электродвигатель с редуктором служит для преобразования электрической энергии в механическую, достаточную для перемещения РО. 129 Концевые выключатели используют для отключения пускателя при достижении РО крайних положений, а путевые выключатели – для ограничения диапазона перемещения РО в автоматическом режиме. Датчики положения формируют сигнал, пропорциональный углу поворота выходного вала ИМ. Этот сигнал используется индикатором положения на пульте оператора, а также, возможно, в качестве сигнала обратной связи по положению ИМ. Ручной привод обеспечивает возможность ручной перестановки РО при нарушениях работы электрической части механизма. Включение-отключение электродвигателя по команде регулирующего устройства осуществляется через посредство электромагнитного или полупроводникового релейного устройства-пускателя. Реверс электродвигателя электромагнитного ИМ с трехфазным электродвигателем обеспечивается изменением схемы подключения двух фаз. Характеристика ИМ – существенно нелинейная, но линейные законы регулирования могут быть реализованы и с этим механизмом при использовании регулятора с импульсным выходом. Электромагнитные ИМ. Они представляют собой соленоиды и электромагнитные муфты. Соленоидный ИМ – это катушка, втягивающее усилие которой при подаче управляющего сигнала U перемещает якорь на расстояние S, преодолевая сопротивление пружины. Статическая характеристика электромагнитных ИМ, как правило, нелинейная, и их используют в системах позиционного регулирования. Электромагнитные муфты могут быть фрикционными, порошковыми или асинхронными. Фрикционная муфта состоит из двух полумуфт, посаженных на ведущий и ведомый валы. В одной из полумуфт расположена обмотка возбуждения. При подаче на нее напряжения полумуфты сдвигаются и возникающая сила трения приводит их в движение. Такие муфты также применяют в системах позиционного регулирования и защиты оборудования при аварийных нарушениях его работы. Принцип действия порошковой муфты основан на изменении вязкости ферромагнитной массы, заполняющей муфту. При подаче на катушку напряжения вязкость ферромагнитной массы возрастает и передаваемый момент увеличивается. В муфтах скольжения момент вращения передается посредством магнитного поля, создаваемого обмоткой, расположенной на ведущей полумуфте. При ее вращении в ведомой полумуфте, как в роторе асинхронного двигателя, 130 индуцируется ток, от взаимодействия которого с магнитным полем возникает момент вращения, увлекающий ведомую полумуфту за ведущей. Порошковые и асинхронные электромагнитные муфты могут быть использованы и в системах непрерывного регулирования. В этом случае их характеризует передаточная функция инерционного звена с постоянной времени 0,03...0,25 с (для порошковых) и 0,11...0,45 с (для асинхронных муфт). 131 Лекция №16 Регулирующие органы. Устройство, позволяющее изменять направление или расход потока вещества или энергии в соответствии с требованиями ТП называют регулирующим органом (РО). Работоспособность РО определяется его характеристиками: диапазоном регулирования и рабочей расходной характеристикой. Отношение максимального расхода среды G max к минимальному G min , соответствующему перемещению РО из одного крайнего положения h min в другое h max , называют диапазоном регулирования R= G max /G min Зависимость расхода среды от положения РО h называют рабочей расходной характеристикой G |