uchebnoe_posobie_avtomatizaciya

Организационный поиск позволяет находить оптимальные на­ строечные параметры регуляторов непосредственно из экспери­ мента, проводимого на действующей САР. Это надежный, но трудоёмкий путь. Кроме того, он осложнен тем, что на реальных технологических объектах не допускаются большие отклонения от значений, соответствующих заданному режиму.

Расчетный метод заключается в составлении уравнения ди­ намики системы и его решении относительно регулируемого па­ раметра при единичном ступенчатом возмущении. Затем, под­ ставляя в полученное решение конкретные значения или различ­ ные комбинации параметров настройки регуляторов, получают несколько переходных процессов. Из них в качестве рабочего выбирают процесс, наиболее близкий к заданному типовому пе­ реходному процессу. Значения настроечных параметров регуля­ тора, соответствующие выбранному процессу, принимают в каче­ стве оптимальных.

Формулы или графические зависимости, полученные в резуль­ тате математического моделирования САР, также позволяют оп­ ределить оптимальные значения настроечных параметров регуля­ торов. Данный метод наиболее часто используется на практике.

Условным проходом Dy исполнительного устройства называ­ ют номинальный размер диааметра прохода в присоединительных патрубках.

12.2. КОНСТРУКЦИИ РЕГУЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТГРОЙСТВ

Исполнительное устроисттво состоит из двух частей - испол­ нительного механизма и регуулирующего органа.

Различают следующие ви/ды регулирующих органов:

-односеде.льный;

-двухсед&льный;

-заслоночный;

-шаровой;;

-клеточньйй.

Схемы показаны на рис. 112.2.

Внефтегазювой отрасли наибольшее распространение получи­ ли мембранно-пружинные и поршневые поворотные пневма­ тические исполнительные механизмы.

Вдвухседельных регулирующих органах (рис. 12.2, а) корпус имеет два седла, а затвор, прюходящий через эти седла, имеет два утолщения с дросселирующими и запирающими поверхностями. Перемещение затвора относительно сёдел изменяет площадь прохода среды. Основным преимуществом двухседельного регу­ лирующего органа является возможность разгрузки затвора от одностороннего действия сшлы, создаваемой статическим давле­ нием среды. 3 большинстве случаев на затворах двухседельных регулирующих органов кроме дросселирующих имеются запи­ рающие поверхности, и поэтому с целью обеспечения возможно­ сти сборки и разборки регулирующего органа диаметр прохода верхнего седла делают больше, чем диаметр прохода нижнего седла, для того чтобы через него прошло нижнее утолщение за­ твора. Разные размеры проходов сёдел создают неуравновешен­ ность сил гидростатического давления среды на затвор, но эта неуравновешенность невелика, так как невелика разность диа­ метров верхнего и нижнего сёдел.

Двухседельные регулирукощие органы всегда проектируются таким образом, чтобы изменение их исполнения с нормально открытого (НО) на нормально закрытое (НЗ) осуществлялось лишь перемонтированием относительного расположения затвора

исёдел при сохранении всех деталей.

Водноседельных регулирующих органах (рис. 12.2, б) одно­ стороннее действие статического давления среды создает необхо166

Рис. 12.2. Схемы регулирующих органов:

а — двухседельный; б — односедельный; в — заслоночный; г — шаровой; д — кле­ точный; 1 — седло; 2 — затвор; 3 — вал; 4 — клетка

димость применения исполнительных механизмов большой мощ­ ности. При движении со стороны, противоположной расположе­ нию штока, т.е. «под затвор», среда отжимает затвор от седла. Исполнительный механизм должен создать перестановочное уси­ лие, способное преодолеть силу давления среды на затвор; это усилие зависит от перепада давления на затворе и площади про­ хода в седле.

При движении среды со стороны расположения штока, т.е. «на затвор», давление среды способствует закрытию затвора, прижимая его к седлу. В этом случае при определении силы, действующей на затвор, необходимо кроме статического давле­ ния среды учитывать «затягивание» затвора. Последнее объясня­ ется тем, что под затвором образуется вакуумная полость, разме­ ры которой в связи с турбулентностью потока изменяются. По­ этому при неизменном положении затвора его «затягивает» в проход седла с переменной силой.

167

Возможность обеспечения герметичности закрытия прохода является важным преимуществом односедельных регулирующих органов.

Регулирующие заслонки (рис. 12.2, в) изменяют пропускную способность при повороте диска под действием исполнительного механизма.

В регулирующих заслонках нет зон, в которых могут скапли­ ваться механические частицы и грязь. Поток регулируемой среды незначительно меняет свое направление при проходе через за­ слонку, поэтому сопряженные дросселирующие поверхности из­ нашиваются меньше. Кроме того, заслонки имеют сравнительно несложную конструкцию, небольшие габариты, массу и стои­ мость.

Основные недостатки регулирующих заслонок - трудность обеспечения плотного перекрытия регулируемого потока, а также наличие значительных неразгруженных усилий, действующих на диск заслонки.

Неразгруженность диска заслонки объясняется следующими обстоятельствами. При проходе среды давление на обе половины диска уравновешено только в момент полного перекрытия пото­ ка. При промежуточных положениях диск разделяет поток на две неравные части: большая часть потока проходит сверху, а меньшая - снизу. В результате на заслонку будет действовать крутящий момент, стремящийся её закрыть. При переходе диска в диапазон угла поворота 60-90°, вследствие неравномерного распределения скорости сверху и снизу заслонки, крутящий мо­ мент достигает максимума в зоне 65-75°, а затем резко падает до нуля в момент полного открытия.

Шаровые регулирующие органы (рис. 12.2, г) оборудованы затвором поворотного типа, выполненным в виде сферы с ци­ линдрическим отверстием. При повороте вала привода сфера по­ ворачивается, изменяя сечение прохода. Они конструктивно не­ сложные, надежные в эксплуатации, дешевые, легкие и герме­ тичные в широком диапазоне регулируемых сред, условных про­ ходов и рабочих давлений.

Клеточные регулирующие органы (рис. 12.2, д) получили свое название по характерной для них детали - клетке, внутри которой перемещается затвор. Клетка зажимается между седлом и верхней крышкой корпуса. Шток регулирующего органа жест­ ко связан с затвором. Применяют два варианта конструкции это­ го устройства. В одном из них профилированное отверстие де­ лают в клетке, а затвор имеет вид обычного поршня (как показа­ но на рис. 12.2, Э). В другом варианте на затворе делаются про­ филированные отверстия, а на клетке - цилиндрические или прямоугольные отверстия.

168

При перемещении затвора относительно клетки меняется про­ ходное сечение регулирующего органа. Благодаря каналам давле­ ния среды под затвором и над ним равны, а следовательно, за­ твор уравновешен.

Отличительная особенность клеточных регулирующих орга­ нов - отсутствие резьбовых соединений внутри корпуса, что по­ зволяет их ремонтировать без демонтажа корпуса регулирующего органа с трубопровода. Хорошая ремонтопригодность даёт при эксплуатации значительную экономию средств.

12.3. ПОРЯДОК РАСЧЁТА И ВЫБОРА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Ч я г т ь 2

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ДОБЫЧИ И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА

Глава 13

Н А З Н А Ч Е Н И Е И О С Н О В Н Ы Е Т Е Х Н И Ч Е С К И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И П Р О Г Р А М М И Р У Е М Ы Х Л О Г И Ч Е С К И Х К О Н Т Р О Л Л Е Р О В ( П Л К )

13.1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПЛК

В настоящее время микропроцессорная техника внедряется во все сферы деятельности человека. И современную автоматизацию трудно представить без участия в ней микропроцессорных средств. Взять хотя бы компьютер, знакомый всем со школьной скамьи. А ведь этот самый компьютер - одно из важнейших про­ граммно-технических средств автоматизации.

Есть еще одно микропроцессорное устройство, хорошо из­ вестное в кругу специалистов по автоматизации, - контроллер. Как и компьютер, контроллер - обязательный компонент любой современной системы управления.

Контроллер получил свое название от слова control - управ­ ление. Уже из названия становится понятным, что основное на­ значение этого устройства - управление. Первая основная об­ ласть применения контроллеров (80-е годы прошлого столе­ тия) - дискретные системы управления, в основу функциониро­ вания которых положена логика. Так появилось название этих устройств, сохранившееся до настоящего времени - программи­ руемые логические контроллеры (ПЛК).

Следует отметить, что современные ПЛК далеко ушли в сво­ ем развитии от ранних представителей этого класса технических

170