2. Выбор исполнительных устройств.[2]
Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО).
Регулирующее воздействие от исполнительного устройства должно изменять процесс в требуемом направлении для достижения поставленной задачи – оптимизации и (или) стабилизации качества регулируемой величины. Это воздействие может осуществляться различными способами, а именно:
− изменением количества поступающего вещества за счет дросселирования его потока или за счет изменения производительности агрегата;
− изменением количества вносимого тепла за счет изменения поступающего теплоносителя или топлива;
− изменением дозы вещества за счет изменения направления его поступления или скорости вращения приводного механизма подачи этого вещества, периодического включения или выключения агрегатов, прекращения подачи вещества или останова агрегатов в целях исключения аварийных производственных ситуаций.
Возможны комбинации этих способов. Для осуществления одного из указанных способов регулирующего воздействия могут быть использованы исполнительные устройства с различными принципами действия и конструктивным исполнением.
Исполнительные устройства (ИУ) состоят из двух основных функциональных узлов:
Регулирующего органа (привода), предназначенного для управления исполнительным механизмом в соответствии с командной информацией, полученной от управляющего устройства.
Исполнительного механизма - клапана, заслонки и т.д., воздействующие на процесс путем изменения пропускной способности трубопровода.
ИУ в нефтегазовой отрасли подразделяются на три группы:
ИУ больших расходов (регулирующие заслонки) с коэффициентом
пропускной способности (kv) kv= 20- 20000 м3/час.
ИУ средних расходов (регулирующие клапаны) kv= 4-1600 м3/час.
ИУ малых расходов (регулирующие клапаны) kv= 0,1-2,5 м3/час.
В зависимости от конструктивных особенностей РО исполнительные устройства подразделяют на виды:
− заслоночное;
− односедельное;
− двухседельное;
− трехходовое;
− шланговое;
− диафрагмовое.
Часть ИУ сведены в серии:
Серия 100 – заслонки регулирующие.
Серия 200-клапаны регулирующие двухседельные.
Серия 300-клапаны регулирующие односедельные.
Серия 400-клапаны регулирующие трехходовые.
Серия 500- шланговые клапаны.
Односедельные регулирующие клапаны стали применять раньшедвухседельных. Считается, что они технологичнее двухседельных, менееметаллоемки и более герметичные. Отсутствие застойных зон водноседельных клапанах позволяет применять их для регулирования болеевязких сред. Улучшенные кавитационные и шумовые характеристикипозволяют использовать односедельные клапаны при сравнительно большихперепадах давления. Высокая ремонтопригодность дает значительнуюэкономию при эксплуатации. Основной недостаток, ограничивающийприменение традиционных конструкций односедельных исполнительныхустройств, — неразгруженность затвора, вызывающая необходимостьприменения сравнительно мощных исполнительных механизмов. Впоследнее время появились конструкции односедельных исполнительныхустройств, лишенных этого недостатка и сохраняющих все указанные вышепреимущества. Затвор разгружается, как правило, путем помещения его вспециальную обойму (так называемую клетку), которая одновременноявляется и направляющей затвора. В некоторых конструкциях затворпредставляет собой обычный поршень, а в обойме выполненыпрофилированные окна для получения определенной пропускнойхарактеристики; в других конструкциях профилированные окна находятся назатворе, а в обойме выполнены цилиндрические или прямоугольныеотверстия. Имеются конструкции разгруженных односедельныхисполнительных устройств с отверстием в затворе, которое соединяетполости над и под затвором, т. е. разгружает его. Односедельныеисполнительные устройства могут быть и запорно-регулирующими. Приэтом уплотнение осуществляется при помощи мягкой прокладки.
Условные обозначения исполнительных устройств показаны на рисунке27:
- исполнительное устройство (общее обозначение). Положениерегулирующего органа при прекращении подачи энергии илиуправляющего сигнала не регламентируется, – рисунок 27, а;
- исполнительное устройство, открывающее регулирующий орган припрекращении подачи энергии или управляющего сигнала, – рисунок 27, б;
- исполнительное устройство, закрывающее регулирующий орган припрекращении подачи энергии или управляющего сигнала, – рисунок 27, в;
- исполнительное устройство, оставляющее регулирующий орган внеизменном положении при прекращении подачи энергии илиуправляющего сигнала, - рисунок 27, г;
- исполнительное устройство с дополнительным ручным приводом(обозначение может применяться в сочетании с любым из дополнительныхзнаков, характеризующих положение регулирующего органа припрекращении подачи энергии или управляющего сигнала), – рисунок 27, д;
- автоматическая защита из системы противоаварийной защиты (ПАЗ,
см. рисунок 27,е);
- технологическое отключение (включение) из системы управления (см.
рисунок 27, ж);
- регулирующий орган (задвижка, клапан и т.д.), – рисунок 27, и;
- регулирующий клапан, открывающийся при прекращении подачивоздуха (нормально открытый), – рисунок 27, к;
- регулирующий клапан, закрывающийся при прекращении подачивоздуха (нормально закрытый), – рисунок 27, л;
- управляющий электропневматический клапан, – рисунок 27, м;
- отсекатель с приводом (запорный клапан), – рисунок 27, н;
- электрозадвижка, – рисунок 27, п;
- пневмоотсекатель, – рисунок 27, р;
- отборное устройство без постоянно подключенного прибора (служитдля эпизодического подключения приборов во время наладки, снятияхарактеристик и т. п.), – рисунок 27, с.
Основой технологических устройств (объектов управления) в нефтегазовойобласти являются [СТП-01-002-97}:
Технологические устройства насосного и компрессорного типов.
Мерные технологические устройства (узлы учета, резервуары,
скважины).
Отстойники, сепараторы, электрогидраторы.
Нагревательные агрегаты.
Устройства дозирования химреагентов.
Трансформаторные подстанции и распределительные устройства.
Большинство управляющих воздействий в нефтепереработке,нефтедобыче и нефтехимии реализуется путем изменения расходов веществ(например, сырья, топлива, кубового остатка колонны и т.д.).
На практике находят применение три способа регулирования расходаисполнительным устройством насосного типа.
1) Дросселирование потока на линии нагнетания (рис. 28).
На рис. 25 обозначено:
- НС- насос (компрессор),
- Кл - рабочий орган с исполнительным механизмом,
- FE (измерительные действия)-FT (сигнализирующие действия)-FC(управляющее действие)-FY (действие исполнительного органа)- FZ(отсечное, завершающее действие) – «FE-FT-FC-FY- FZ»- контуррегулирования расхода (F).
Масштабирование в STEP-7. Регуляторы. Пример.
Масштабирование (Scale) электрических (инженерных) единиц в «единицы PLC». Сигнал переменной процесса достигает контроллеров в необработанной цифровой форме. Непрерывное аналоговое измерение PV квантуется в диапазон дискретных приращений цифрового целого числа - число интервалов дискретизации измеряемого сигнала аналого-цифровым преобразователем (АDC).
В выходном канале должен быть DAC - цифро-аналоговый преобразователь. Вход DAC - это последовательность битов. Аналоговые выходы, как и аналоговые входы, имеют стандартные значения напряжения в пределах 1 -5 В, 0 -10 В или тока 4 – 20мА. Обычно по умолчанию выход контроллера соответствует 0 % - 100% цифровому сигналу. Цифро-аналоговые преобразователи (DAC) выполняют преобразование значений выхода контроллера в соответствующий электрический ток и напряжение, требуемое для клапана, насоса.
Для измерений напряжения или тока S7-200 имеет масштабирование: 100% диапазона измерений (например, 10V или 20 mA) соответствуют числу 32000 в “единицах PLC ”.
Для измерений напряжения или тока S7-300/S7-400 имеет масштабирование: 100% диапазона измерений (например, 10V или 20 mA) соответствуют числу 27648 в “единицах PLC ”.
Для измерений температуры S7-200, 300 и 400 - масштабирование: 1:1, 1:10 или 1:100 (например, 36,5 0C соответствует 365) в зависимости от типа датчика.
Изучите программу по масштабированию аналоговых величин. Данная программа считывает аналоговое значение с входа одного из аналогового входного канала S7-200 и выдает выходное значениеXQв область, масштабированную пользователем.
Внимательно изучите информацию, приведенную в [16], а именно документ Tips&Trics/S72_38.pdf и соответствующую программу.
В формуле масштабирования используются следующие переменные:
Схема масштабирования может быть представлена следующей диаграммой:
Рис. 8.1. Масштабирование