 |
Электрические трёхпозиционные регуляторы
|
|
|
|
В трехпозиционных регуляторах исполнительным механизмом обычно управляет трехпозиционное реле.
В трехпозиционных регуляторах регулятор может, кроме двух крайних, занимать еще одно промежуточное фиксированное положение, а в многопозиционных - несколько промежуточных положений.
Регулирующий орган трехпозиционного регулятора может занимать любое промежуточное положение, так как его движение прекращается, как только отклонение регулируемого параметра от заданного значения становится меньше половины зоны нечувствительности регулятора.
Регулирующий орган трехпозиционного регулятора может занимать любое промежуточное положение, так как его движение прекращается, как только отклонение регулируемого параметра от заданного значения становится меньше половины зоны нечувствительности регулятора.
В качестве примера рассмотрим трёхпозиционный регулятор 1615 фирмы "Фейтон Грейц" ГДР (рис. (2)).
В качестве датчика используется термометр сопротивления Pt 100 с любым показателем W (отношением сопротивления при 100°С к сопротивлению при 0°С).
Особенностью прибора является использование схемы моста Уитстона с усилителем, что исключает нестабильность вследствие старения, воздействия температуры, помех, изменения напряжения питания и проч., свойственную регуляторам на базе мостов постоянного тока.
Кроме того, несмотря на простоту, в приборе реализован режим работы с временной функцией. Это исключает заброс температуры при изменениях заданного значения или, например, при открывании-закрывании двери камеры.
Несомненным достоинством является и то, что выход из строя практически любого элемента (кроме резисторов моста и реле) приводит только к отключению исполнительных устройств. Это практически приравнивает прибор к устройствам, работающим без надзора (по ГОСТ Р МЭК 335).
|
|
|
Название «трёхпозиционный» означает, что имеется три устойчивых состояния регулятора: нагрев, охлаждение и отключенное состояние при совпадении температуры в контрольной точке рабочего объёма камеры с заданным диапазоном.
Схемы работы и настройки приборов показаны на графиках.
Рис. (2). Трёхпозиционный регулятор 1615 фирмы "Фейтон Грейц" ГДР. Электрическая принципиальная схема.
Рис. (3). График работы трёхпозиционного регулятора 1615.
В данной схеме используется обычный принцип регулирования с гистерезисом уровня включения для уменьшения частоты коммутации исполнительных устройств.
Во второй схеме (рис. (5)) вместо гистерезиса введено устройство управления уровнем включения.
Схемы работы и настройки приборов показаны на графиках (рис. (6)).
Регулировкой резистором R23 устраняется нечёткость срабатывания реле при включении/выключении нагрева или охлаждения.
При указанных номиналах резисторов моста (R1-R8) пределы установки заданной температуры: приблизительно от +10 до +70 градусов. Соответствие типов трофейных элементов отечественным аналогам не устанавливалось. Кроме, пожалуй, транзистора VT7. Его можно заменить на КП301 с любой буквой.
Рис. (4)
Настоятельно рекомендуется подключать датчик по приведённой трёхпроводной схеме (рис. 4). В этом случае исключается дополнительная погрешность из-за изменения температуры проводов. Например: имея двухпроводную схему с сечением проводов 0,25 мм и длиной линии 5м, получаем сопротивление около 1 Ома. Тогда на каждые 10 градусов изменения температуры проводов дополнительная погрешность будет составлять около 0.1 градуса.
Длина линии может быть любой в разумных пределах (до 200 – 300м).
|
|
|
Шкала резистора R8 линейна и градуируется по минимум двум точкам с помощью образцового термометра или проволочных сопротивлений, подобранных в соответствии с градуировочной характеристикой датчика, включаемых вместо датчика.
При помощи данных регуляторов можно создать климатическую камеру с поддержанием точного режима температуры и влажности. Например, для длительного хранения фруктов. В этом случае один датчик должен быть постоянно увлажнён, а заданная температура устанавливаться в соответствии с психрометрической разницей по формуле Шпрунга. Можно также использовать электрохимический метод.
Рис. (5). Принципиальная схема трёхпозиционного регулятора 1615 с устройством управления уровнем включения.
Рис. (6). График работы и насторойки приборов трёхпозиционного регулятора 1615 с устройством управления уровнем включения.
73. Комплекс регулирующих и функциональных приборов на микроэлектронной базе "Каскад-2". Модификации, назначение, технические данные приборов
Электрические регуляторы аппаратного типа, применяемые в химической промышленности, строятся по агрегатному принципу и в основном входят в следующие комплексы регулирующих и функциональных блоков: «Каскад», «Каскад-2», «Контур», «Контур-2».
Комплекс "Каскад" образуется из групп измерительных, алгебраических, логических, нелинейных и регулирующих блоков, динамических преобразователей, задающих, усилительных и вспомогательных устройств. В комплекс входят также блоки управления БУ21 и БУ12, пусковые и усилительные устройства ПМРТ-69-1, ПМРТ-69-2, У21, У22, блок указателей В12 и исполнительные механизмы МЭОБ-21 и МЭОК-12. Блоки имеют унифицированную конструкцию, состоящую из сварного корпуса с рамой и выдвижного шасси с передней панелью. Корпус вставляется в вырез щита таким образом, что обрамление его размещается в вырез щита таким образом, что обрамление его размещается с наружной стороны, а рама с направляющей - с внутренней стороны.
Для установки заданных значений регулируемых параметров в комплексе «Каскад» имеются два типа задающих устройств: ЗУ05 — для формирования унифицированного сигнала постоянного тока 0...5 мА и ЗУ 11—для дистанционного изменения задания, подаваемого в измерительный блок И04.
|
|
|
К вспомогательным устройствам относятся защитное диодное устройство В01, предназначенное для защиты от разрыва токовой цепи, содержащей несколько отдельных потребителей, при отключении отдельных из них; блок согласующих приставок В21, предназначенный для согласования характеристик выходных цепей и нагрузок релейных блоков регулирования (до трех) при наличии в нагрузке индуктивной составляющей сопротивления.
Набор перечисленных автономных устройств комплекса «Каскад» позволяет строить различные структуры систем автоматического контроля и регулирования, которые выполняют типовые функции автоматизации.
На современной микроэлектронной базе создан комплекс регулирующих и функциональных блоков «Каскад-2», который является продолжением комплекса «Каскад». Комплекс обеспечивает управление технологическими процессами с использованием электрических исполнительных однооборотных механизмов МЭО. Блоки комплекса имеют унифицированную конструкцию и предназначены для утопленного щитового монтажа.
Аппаратура комплекса предназначена для решения задач АСУТП сложных промышленных объектов. В энергетике – для энергоблоков.
Рис. ()
Основные особенности:
- массовое применение унифицированного сигнала (0-5) мА;
- вся аппаратура построена по блочно-модульному принципу.
Свойства сигнала постоянного тока:
- легко бороться с помехами в сигнале;
- искажения, которые вносятся в линии передачи, отсутствуют;
- менее чувствителен к сопротивлению проводов;
- плохо поддается размножению.
В состав комплекса «Каскад-2» входят следующие блоки:
- измерительные – И;
- регулирующие – Р;
- алгебраических операций – А;
- логических операций – Л;
- нелинейного преобразования – Н;
- динамического преобразования – Д;
- задатчики – ЗУ;
- управления – БУ;
- вспомогательных функций – В.
Аппаратура «Каскад-2» позволяет:
- автоматическое регулирование некоторых технологических параметров на объекте;
- осуществлять логическое управление и защиту частей оборудования;
|
|
|
- построение многоконтурных систем регулирования;
- выполнение всех основных алгебраических операций с сигналами (также интегрирование, сглаживание и т.д.); вывод информации в удобной для оператора форме.
И.04 – измерительный блок позволяет сформировать сигнал рассогласования. К нему может быть подключено от одного до четырех датчиков сигнала, все сигналы могут быть масштабированы. Далее эти сигналы сравниваются с сигналом от задатчика.
Р.12 – регулирующий блок с непрерывным выходным сигналом, формирует ПИД-закон регулирования.
Р.21 – регулирующий блок с импульсным выходным сигналом, формирует ПИ- закон регулирования вместе с исполнительным механизмом постоянной скорости.
БУ.12 – блок управления для Р12.
БУ.21 – блок управления для Р21.
А.04 – суммирование и масштабирование.
А.31 – операции умножения токовых сигналов.
А.32 – деление токовых сигналов.
А.33 – извлечение квадратного корня.
Л.01, Л.02 – выполнение логических операций.
Д.01 – реальное дифференцирующее звено.
Н.01 – аппроксимация любой нелинейной зависимости кусочно-линейными отрезками.
ЗУ.11 – реостатный задатчик.
ЗУ.05 – токовый задатчик.
В.01 – защитное устройство от обрыва измерительной цепи.
В.12 – блок индикаторов.
В.21 – блок согласующих приставок.
Рис. ()
Все блоки имеют унифицированные корпуса
Рис. ()
В системе «Каскад-2» используются операционные усилители.
Новое устройство выполняет ряд функций, которые ранее не могли быть реализованы комплексом "Каскад-1": размножение аналоговых сигналов с гальваническим разделением; кусочно-линейное воспроизведение функциональных зависимостей; интегрирование с большой постоянной времени и сохранением входного сигнала и ряд других функций. В качестве задающих устройств, блоков управления и вспомогательных устройств могут быть использованы те же, что и в комплексе "Каскад-1".
Основу комплекса «Каскад-2» составляют регулирующие аналоговые блоки с непрерывным выходным сигналом Р17 и с импульсным выходным сигналом Р27 и Р28.
Регулирующий блок Р17 и его модификации Р17.1, Р17.2 и Р17.3 обеспечивают формирование выходного непрерывного электрического сигнала в соответствии с одним из следующих законов регулирования: П, ПД, ПИ, ПИД. Все блоки выполняют следующие функции: введение информации об отклонении значения регулируемой величины от заданного, в комплекте с внешним блоком управления ручное управление и безударное переключение с режима ручного управления на режим автоматического управления, ограничение выходного сигнала по минимуму и по максимуму, масштабирование входных сигналов, демпфирование сигнала отклонения, гальваническое разделение входных цепей одну от другой и от выходных цепей. Выходные сигналы: 0... 5, 0... 20, 4... 20 мА и 0... 10 В постоянного тока.
|
|
|
Рис. (73.1). Пример использования комплекса приборов и устройств "Каскад-2" для управления дополнительным механизмом (цифры на рисунке - номера клемм).
Блок Р17 выполняет, кроме того, алгебраическое суммирование до четырёх исходных унифицированных сигналов постоянного тока, блок Р17.1 - суммирование до трёх сигналов дифференциально-трансформаторных датчиков, блок Р17.2 - суммирование двух сигналов постоянного тока и четырёх термометров сопротивления градуировок, Р17.3 - два сигнала постоянного тока и до пяти сигналов термопар градуировок.
Регулирующий аналоговый блок с импульсным выходным сигналом Р27 предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. Унифицированные датчики постоянного тока Р27 суммируют до трёх сигналов постоянного тока, дифференциально-трансформаторные датчики Р27.1 - до двух сигналов постоянного тока, а также изменение взаимоиндуктивности дифференциально-трансформаторных преобразователей на 10 мГн в пределах от -10 до +10 мГн (три входа); термометры сопротивления Р27.2 обрабатывают до четырёх входных сигналов термометров сопротивления градуировок и до двух сигналов постоянного тока, Р27.3 - суммируют до пяти входных сигналов термопар градуировок и до двух сигналов постоянного тока. Выходные сигналы датчиков серии Р27: импульсы двухполупериодного напряжения постоянного тока - 24 В, изменение состояния одного из двух выходных ключей.
Регулирующий аналоговый блок Р28 с импульсным выходным сигналом и с автоподстройкой параметров предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут выть преобразованы в сигналы постоянного тока.
Блок суммирования и ограничения сигналов АО5 предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока.
Блок ограничения и размножения сигналов АО6 предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока.
Блок вычислительных операций А35 используется для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока.
Блок аналого-релейного преобразования ЛО3 предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. При этом обрабатывает до трёх сигналов постоянного тока. Блок ЛО3.1 обрабатывает до трёх сигналов изменения взаимоиндуктивности дифференциально-трансформаторных преобразователей на 10 мГн и до двух сигналов постоянного тока, блок ЛО3.3 - до пяти входных сигналов термопар градуировок и до двух сигналов постоянного тока.
Блок динамических преобразований ДО5. Назначение: регулировка давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. Входные сигналы: до трёх сигналов постоянного тока. Блок ДО5.1 обрабатывает до трёх сигналов изменения взаимоиндуктивности дифференциально-трансформаторных преобразователей на 10 мГн и до двух сигналов постоянного тока, блок ДО5.3 - до четырёх сигналов термопар градуировок и одного сигнала постоянного тока.
Блок динамического преобразования с автоподстройкой ДО6 предназначен для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. Входные сигналы: до трёх сигналов постоянного тока и дополнительный вход - напряжения пульсирующего тока. Выходной сигнал: постоянного тока.
Блок интегрирования ДО7. Назначение: для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. Входные сигналы: до трёх сигналов постоянного тока; импульсные, постоянного или пульсирующего постоянного тока; изменение состояния контактных или бесконтактных ключей. Выходные сигналы: при выполнении функции интегрирования и функций сигнализации граничных значений - постоянного тока, при выполнении функций суммирования - изменение состояния выходных контактов.
Блок нелинейных преобразований НО5. Назначение: для регулирования давления, расхода, разрежения, уровня, температуры, мощности, концентрации веществ, скорости перемещения или вращения и других параметров, которые могут быть преобразованы в сигналы постоянного тока. Входные и выходные сигналы - постоянного тока.
Тиристорный трёхпозиционный усилитель У23, предназначен для применения в качестве бесконтактного устройства управления трёхфазными асинхронными электродвигателями электрических исполнительных механизмов постоянной скорости.
Пример подключения регулирующего блока Р28 в комплекте с блоком управления БУ21, усилителем мощности У23, задающим устройством ЗУ11 и блоком указателей В12 показан на рисунке 73.1. Для визуального контроля тока нагрузки блока Р28, положения исполнительного механизма МЭО (механизм исполнительный электрический однооборотный), сигнала рассогласования на входе в регулирующий блок служит блок указателей положения В12. Задающее потенциометрическое устройство ЗУ11 используется в схеме в качестве ручного потенциометрического задатчика. Для ручного переключения управления с автоматического А на ручное Р или внешнее В и для коммутации цепей ручного управления в схеме используется блок управления релейного регулятора БУ21. Усилитель У23 выдаёт сигнал управления исполнительному механизму МЭО, который передвигает регулирующий орган в нужном направлении на необходимую величину.
74. Устройство и принцип действия основных приборов, составляющих локальную автоматическую систему регулирования "Каскад-2"
|
|
|
