3 Регулирующие устройства

3.1 Структура и классификация регулирующих устройств (ру)

РУ (регуляторы) вырабатывают управляющие воздействия для автоматического поддержания регулируемой величины объекта на заданном значении или для изменения её по определённой программе.

Рис 31 – Типовая схема регулятора непрямого действия (с источником энергии)

ЧЭ – чувствительный элемент, ИП – измерительный преобразователь, УС – усилитель преобразователь сигнала отклонения, ЭС – элемент сравнения, ФЗР – формирователь закона регулирования, УМ – усилитель мощности, Х – регулируемый параметр, Х_З – заданное значение регулируемого параметра, ε – отклонение регулируемого параметра от заданного значения, Х_Д – сигнал датчика.

Входным элементом регулятора является элемент сравнения ЭС (сумматор), который сравнивает Х_Д и Х_З, определяя знак и величину рассогласования ε = Х_З – Х_Д. ε усиливается по уровню УС. ФЗР осуществляет функциональные (статические, динамические, логические и др.) преобразования сигнала рассогласования в соответствии с требуемым законом регулирования. Выходной сигнал с ФЗР усиливается по мощности УМ за счет источника энергии. Выходной сигнал Y_Р поступает в исполнительное устройство системы регулирования, которое изменяет поток энергии или вещества, подводимый к объекту, регулируя параметр объекта Х, измеряемый датчиком (состоит из ЧЭ и ИП).

РУ в общем случае включает в себя собственно регулятор и блок оперативного управления, в который входят переключатели режима управления и закона регулирования, устройства сигнализации, диагностики и отображения информации. БОУ позволяет оператору контролировать ход регулируемого процесса и управлять режимами работы.

Классификация РУ:

1) По архитектуре – компактные и распределённые РУ. В компактных РУ блоки регулирования и оперативного управления выполняются в виде единого прибора, а в распределённых РУ – в виде отдельных конструктивно законченных блоков. Первые применяются в децентрализованных системах, вторые – целесообразно использовать в системах с централизацией процессов контроля и управления.

2) По конструктивному исполнению – приборные (для щитового монтажа), шкафные (для монтажа в шкафу) и контейнерные (для настенного монтажа).

3) По обеспечению взрывозащиты – РУ могут иметь искробезопасное исполнение (для применения во взрывоопасных средах – химическое производство, угледобыча и др.) и нормальное исполнение для общепромышленного применения.

4) По виду и уровню входного сигнала – РУ с естественным входным сигналом, получаемым от ИП, и РУ с унифицированным входным сигналом, (0 – 5 мА) получаемым от нормирующего преобразователя или датчика с унифицированным выходом.

5) По роду используемой энергии – электрические, пневматические, гидравлические, комбинированные (электрогидравлические). Электрические и гидравлические получили наибольшее распространение.

6) По характеру изменения выходного сигнала – РУ непрерывного действия (аналоговые) и прерывистого действия (дискретные). К последним относят позиционные, импульсные, релейно-импульсные и цифровые регуляторы.

Позиционные регуляторы формируют выходной сигнал, принимающий значения ±1 или 0. Их применяют для регулирования параметров объектов, обладающих большой ёмкостью и малым запаздыванием (регулирование температуры тепловых объектов).

Импульсные регуляторы целесообразно использовать для регулирования медленно протекающих процессов в объектах, обладающих большой инерционностью и значительным запаздыванием. Их выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов постоянной частоты с изменяемой длительностью.

В аналоговых регуляторах выходной сигнал является непрерывной функцией рассогласования.

В цифровых регуляторах выходной сигнал представлен числом (кодом), меняющимся в зависимости от величины и знака рассогласования.

7) По типу закона регулирования – нелинейные и линейные. Последние бывают П, ПИ, ПИД, ПД.