Простейший пневматический регулятор.

В качестве измерителя используется мощная одновитковая трубчатая манометрическая пружина (трубка Бурдона). Ее свободный конец при помощи шарнира соединен с верхним концом заслонки, которая может поворачиваться как относительно штифта, так и вокруг оси. Заслонка прижимается к штифту пружинкой. Воздух питания, пройдя через фильтр, редуктор, через дроссель 4 поступает в междроссельную камеру 8. При изменении регулируемого давления свободный конец пружины 9 перемещается, заслонка поворачивается относительно штифта 8. Эта схема пневматического пропорционального регулятора. Коэффициент усиления изменяют перемещением штифта вдоль заслонки. Чем ближе штифт к верхнему концу заслонки, тем коэффициент усиления регулятора больше. Установка заданного давления производится перемещением сопла относительно заслонки.

Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА).

Условные обозначения: подвод давления питания, сброс в атмосферу, сопло, мембранный блок, постоянный дроссель, переменный дроссель, регулируемый дроссель. Элементы пневматических регуляторов предназначены для выполнения операций с пневматическими сигналами, т.е. алгебраического суммирования, умножения, перемены знака, усиления. В пневматических устройствах входные сигналы преобразуются в механическую силу и перемещение, а после выполнения необходимых операций – снова в пневматический сигнал.

Повторитель давления.

Предназначен для измерения давления агрессивных веществ. Состоит из 2-х камер, разделенных перегородкой из второпласта. Нижняя часть соединяется с атмосферой и в пневматическую трубку подается давление питания. Сверху подается измеряемое давление. Чем больше давление на входе, тем ближе мембрана прижимается к соплу, тем меньше давления питания сбрасывается в атмосферу, тем больше сигнал на выходе повторителя. Таким образом, повторитель превращает измеряемый сигнал давления на входе в давление на выходе в виде пневматического сигнала.

Трехмембранные элементы. Двух- и четырехвходовые элементы.

Двухвходовой элемент предназначен для выполнения различных операций с одним или двумя пневматическими сигналами. Двухвходовой элемент представляет собой устройство с мембранным блоком и двумя дросселями сопло-заслонка. Заслонками для сопел 1 и 5 служат жесткие центры одинаковых по площади мембран 2 и 4. Эти мембраны, а также мембрана 3 большей площади связаны штоком 6 в единый мембранный блок. Мембраны делят двухвходовый элемент на 4 камеры: две глухие (Б и В) и две проточные (А и Г). Давление в этих камерах создает усилия, действующие вдоль оси штока. Если результирующее усилие на штоке направлено вверх, мембранный блок закрывает сопло 1 и открывает сопло 5. Если результирующее усилие направлено вниз, то, наоборот, сопло 1 открыто, а сопло 5 закрыто.

Реле с подпором.

При таком включении давления в проточных камерах всегда одинаковы и поэтому положение мембранного блока зависит только от соотношения давления на входе и давления подпора. Если давление на входе меньше давления подпора, то их разность будет меньше нуля и мембранный блок окажется в верхнем положении. При этом верхнее сопло закроется, а нижнее – откроется, и давление на выходе станет равным атмосферному. Если их разность меньше нуля, то мембранный блок закроет нижнее сопло и откроет верхнее. При этом давление на выходе = давлению питания. При непрерывном изменении давления на входе элемент работает следующим образом: пока Рвх меньше Рпод, Рвых остается неизменным и равным Ратм. Как только Рвх больше Рпод, Рвых возрастет скачком до Рпит и при дальнейшем увеличении Рвх будет оставаться постоянным.

Двухвходовое реле.

В отличие от реле с подпором, здесь вместо постоянного Рпод подается второй входной сигнал Рвх2. В этом случае элемент работает как реле, на вход которого подается разность входных сигналов. При таком включении двухвходовый элемент представляет собой последовательное соединение сумматора, производящего вычитание входных сигналов и реле.

Повторитель давления.

Рвых подается в нижнюю глухую камеру. Т.к. проточные камеры соединены между собой, то результирующее усилие, приложенное к мембранному блоку =0, когда давления в камерах Б и В одинаковые. В состоянии равновесия мембранного блока Рвых=Рвх всегда, т.е. повторяет его.

Четырехвходовый элемент.

Мембранный блок состоит из 5 мембран, связанных одним штоком. Они образуют 4 глухие и 2 проточные камеры.

Четырехвходовое реле.

Рвх1 и Рвх3 создают на мембранном блоке усилия, направленные вниз, а Рвх2 и Рвх4 – усилия, направленные вверх. Результирующее усилие на мембранном блоке зависит от алгебраической суммы давлений на входе: дельта Р=Рвх1-Рвх2+Рвх3-Рвх4.

Алгебраический сумматор.

Р вых подается в нижнюю глухую камеру, он работает как сумматор Рвх1, Рвх2 и Рвх3. В состоянии равновесия мембранного блока Рвых=Рвх1-Рвх2+Рвх3.

Усилитель мощности.

Представляет собой мощный повторитель давления. В него входит 2-хмембранный блок 1, в котором роль штока выполняет толкатель, имеющий внутренний канал, сообщающийся с атмосферой. В нижней части усилителя находится шариковый клапан 2, прижимаемый к седлу пружиной 3. Состояние равновесия мембранного блока наступает тогда, когда Рвых=Рвх. Если Рвх увеличится, то мембранный блок переместится вниз и откроет нижнее седло. При этом Рвых быстро увеличится до нового значения Рвх за счет большого притока питающего воздуха через седло. Если Рвх уменьшится, то мембранный блок переместится вверх и откроет верхнее седло. Рвых уменьшится до нового значения Рвх за счет стравливания воздуха в атмосферу через канал в штоке. При большой длине пневмопровода УМ устанавливают через каждые 300 метров.

Задатчик.

Предназначен для ручного изменения Р сжатого воздуха и используется для создания Рпост подпора в реле. Действие задатчика аналогично действию повторителя давления. разница заключается в том, что усилие, действующее на мембрану 3 сверху, создается не Рвх, а пружиной 2, сжимаемой винтом 1. При ввинчивании винта в корпус задатчика Рвых увеличивается, а при вывинчивании – уменьшается за счет изменения усилия пружины.

Выключающее реле.

Выполняет операцию переключения сигналов в пневматических цепях. В состав входят мембранный блок 1, подпираемый снизу пружиной 2, и два сопла, расположенные с внутренней стороны мембран. Мембранный блок может занимать два крайних положения: верхнее (под действием пружины 2) и нижнее (под действием выключающего сигнала Рвыкл). При этом происходит перекрытие одного из 2-х сопел, к которым подводится Рвх1 и Рвх3.

Динамический элемент.

В пневмоавтоматике существует аналог электрической RC-цепи – пневматическая цепь, которая состоит из дросселя (пневморезистора) Д и глухой пневмокамеры (пневмоемкости) V. В отличие от РЦ-цепи, пневматическую применяют только как интегрирующую. Для применения ее как дифференцирующей цепи следовало бы в качестве Рвых использовать перепад давлений на дросселе, что конструктивно неудобно для дальнейшего преобразования сигнала. Связь Рвх и Рвых пневматической интегрирующей цепи аналогична уравнению Т*Рвых+Рвых=Рвх. Постоянная времени цепи Т аналогично РЦ-цепи пропорциональна произведению пневмосопротивления дросселя и объема пневмокамеры.

На базе УСЭППА работают вторичные приборы и регуляторы системы «Старт». Классификация: ПОЗ-регуляторы ПР1.5; П-регуляторы ПР2.5; ПИ-регуляторы ПР3.21, 3.31; ПИД-регуляторы ПР3.25.

Двухпозиционный пневматический регулятор ПР1.5

Регулятор формирует двухпозиционный закон регулирования. Задатчиком устанавливают задание Р, 2-хвходовый элемент включают по схеме 2-хвходового реле и включен по схеме сумматора и реле Р. УМ предназначен для усиления маломощного выходного сигнала без изменения его величины.

П-регулятор ПР2.5

УМ также усиливает маломощный выходной сигнал. Выключающее реле работает в режиме ключа и служит для переключения с автоматического на ручное дистанционное управление. При нулевом переключении Р это реле пропускает на выходе регулятора Рвых УМ. Это режим АУ. При выключенном Р=Рпит на выход регулятора попадает Р от ручного задатчика. Это режим ручного управления. Имеет ручки установки заданного значения Р и предела пропорциональности.

ПИ-регулятор ПР3.21

Состоит из 2-х модулей – пропорционального и интегрального. Интегральный модуль представляет собой замкнутую систему с ПОС. В отличие от пропорционального регулятора Ро непостоянно, а изменяется в соответствии с интегральной составляющей. Время интегрирования пропорционально произведению пневмосопротивления регулирующего дросселя и емкости пневмокамеры. Время интегрирования можно изменять регулирующим дросселем. У ПИ-регулятора 2 настройки и они независимы, т.е. изменение предела пропорциональности не влияет на изменение времени интегрирования и наоборот.

Вторичные приборы системы «Старт».

ПВ-10.1-Э. Выполняет следующие функции: 1) измерение технологического параметра, преобразованного в стандартный пневматический сигнал дистанционной передачи; 2) регистрация этого параметра на диаграммной бумаге; 3) ручное управление пневматическими исполнительными механизмами; 4) возможность подключения пневматического регулятора системы «Старт». Прибор имеет 3 шкалы: переменная (отображает измеренное количество параметра), задание (регулятору), выход Р сжатого воздуха на исполнительный механизм (всегда 0.2-1 кгС/см2). Первая и вторая шкалы должны быть одинаковыми. Также имеются 5 кнопок: Р, А, АП, ВКЛ, ОТКЛ. Если прибор работает в ручном режиме, то Р+ОТКЛ. Управление воздуха на клапан осуществляется при помощи ручного задатчика. При необходимости перевода прибора, нужно нажать А, в это время блокируется выход воздуха на клапан. С помощью ручного задатчика необходимо установить величину задания параметру по второй шкале, затем нажать ВКЛ, включая тем самым регулятор. Через 20-30 секунд переходный процесс придет в норму. Назначение штуцеров: 2.1 – переменная – сюда поступает пневматический сигнал от датчика, 2.2 – вход второй переменной по автопрограмме, 4 – подвод питания, 6 – выходной сигнал по автопрограмме, 7 – выход воздуха на клапан. ПКР2 – прибор контролирующий регистрирующий 2-хканальный. Имеет 3 штуцера: 1 канал, 2 канал, Рпит. В одном корпусе имеются 2 автономных измерительных механизма. Диаграммная бумага одна, шкалы – 2, они могут быть разные и цвета обозначения тоже разные: например, черное перо – Р в аппарате, красное перо – расход в аппарате.

Микропроцессорные регуляторы. Регуляторы серии ОВЕН.

Позиционные регуляторы.

ОВЕН ТРМ 1 – терморегулятор, предназначенный для измерения, регистрации во внутренней памяти и регулирования температуры, а также для измерения и отображения других параметров. Функции: универсальный вход для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода и уровня; регулирование входной величины (двухпозиционное и аналогово-пропорциональное); цифровая фильтрация и коррекция выходного сигнала; вычисление и индикация квадратного корня из измеряемой величины для регулирования мгновенного расхода; выходной токовый сигнал 4-20 мА; возможность управления трехфазной нагрузкой; встроенный источник питания 24В постоянного напряжения; программирование кнопками на лицевой панели прибора; сохранение настроек при отключении питания; защита настроек от несанкционированного доступа (защита от дурака).

ОВЕН ТРМ 201 – терморегулятор, аналог ТРМ 1, но с интерфейсом RS485. Функции (дополнительно к ТРМ 1): встроенный интерфейс RS485 (протокол ОВЕН Modbus ASCII/RTU); конфигурирование на ПК и с лицевой панели прибора; быстрый доступ к изменению уставки с лицевой панели прибора; разные уровни защиты настроек прибора для разных групп специалистов.

ОВЕН 2 ТРМ 1. Функции: 2 универсальных входа для подключения датчиков; 2 канала регулирования входной величины; цифровая фильтрация и коррекция выходного сигнала; вычисление и индикация квадратного корня из измеряемой величины для регулирования мгновенного расхода; вычисление разности 2-х измеряемых величин и ее индикация. Остальное – аналог ТРМ 1.

ТРМ 138. Предназначен для измерения температуры, давления или другого параметра, одновременного управления до 8-и измерительными механизмами, встроенный интерфейс. Функции: 8 универсальных входов; вычисление дополнительных величин (среднее значение 2-8 величин, разности измеренных величин, скорости изменения величины); 8 каналов регулирования; 8 встроенных выходных устройств разных типов; режим ручного управления выходными устройствами; конфигурирование функциональной схемы и установка параметров (кнопками на лицевой панели прибора и на ПК при помощи программы-конфигуратора); стандартная конфигурация; встроенный интерфейс с таким же протоколом.

ПИД-регулятор ТРМ 10. Предназначен для измерения технологического параметра, преобразованного датчиком в силу тока 4-20 мА либо в сигнал термоЭДС и термосопротивления, а также для управления нагрузкой по ПИД-закону и для формирования сигнала о сигнализации выхода параметра за допустимые границы. Функции: универсальный вход для подключения датчиков; ПИД-регулирование; автонастройка; дополнительный выход для сигнализации; регулирование мощности; возможность управления трехфазной нагрузкой. Остальное – аналогично ТРМ 1.

ПИД-регулятор ТРМ 210. Функции: универсальный вход; ПИД-регулирование; автонастройка; дистанционный пуск и остановка с помощью внешнего устройства; сигнализация об аварии двух типов (выход параметра за заданные пределы и обрыв на линии); регулирование мощности; бесконтактное управление нагрузкой через реле; 2 токовых выхода; встроенный интерфейс RS485.