Класифікація пристроїв і приладів ТЗА.

Сучасні енергоблоки теплових та атомних електростанцій, промислові виробництва неможливо експлуатувати без досконалих систем автоматичного регулювання: технологічних параметрів. Для реалізації будь-якої АСР необхідно використовувати технічні засоби: 1) контролю, 2) автоматичного регулювання, 3) сигналізації, 4) блокування, 5) пристроїв диспетчерського управління, 6) обчислювальної техніки, 7) промислового телебачення.

Ці 7 компонентів звичайно, об’єднуються під назвою АСУТП. Таким чином якість і надійність роботи АСУТП цілком залежить від якості і надійності роботи технічних засобів і програмного забезпечення обчислювальної техніки.

§ 1. Функціональна схема системи управління.

У відповідності із державними стандартами будь-яка АСР та АСУТП може бути представлена у вигляді підсистем, що взаємодіють між собою в процесі експлуатації (підтримування заданих значень регульованого параметру технологічного процесу).

Інформаційна підсистема – це сукупність технічних засобів для сприйняття, передачі на відстань і представлення інформації у формі, зручній для оператора-технолога. У неї входять прилади: 1) чутливі елементи - датчики, 2) вимірювальні пристрої та перетворювачі, 3) лінії зв’язку , 4) система дистанційної передачі показань.

Логіко-обчислювальна підсистема – це сукупність технічних засобів переробки інформації і формування команд управління за заданими законами і за заданими критеріями управління, побудованих на базі аналогових і цифрових елементів, обчислювальних і логічних пристроїв.

Виконавча підсистема – це сукупність технічних засобів, що формують регулюючий вплив на об’єкт і представляють собою виконавчі механізми та регулюючи органи.

§ 2. Автоматичні регулятори.

В основу будь-якої АСР складається з 2 елементів, включених по принципу негативного зворотного зв’язку. Об’єкт включ. в прямому напрямку, регулятор – в зворотному.

Об’єкт управління містить регульований апарат, який має фізичні одиниці на вході і виході.

РП- регулюючий прилад (формує закон регулювання), ВМ- виконавчий механізм, РО- регулюючий орган, РА- регульований апарат, ВП- вимірювальний перетворювач.

Об’єкт управління – це сукупність 1)регульованого апарату, тобто фізичного об’єкту, стан якого визначається фізичними одиницями виміряних вхідних і вихідних змінних (^°С,Па, м³/сек), та 2)вимірювальних перетворювачів, що формують сигнали дистанційної передачі показань і в більшості випадків є електричними (струмові або по напрузі), та 3) регулюючого органу – це шиберка або поворотна форсунка (клапан).

Таким чином коефіцієнт передачі об’єкта управління визначається як добуток 3 коефіцієнтів передачі

Автоматичний регулятор – це сукупність взаємодіючих технічний засобів:

а)елемент порівняння, що формує сигнал відхилення поточного значення параметру від заданого ξ(t)=z(t)-x_а(t).

В залежності від зміни завдання у часі система регулювання поділяється на : 1)системи стабілізації для яких z(t)=const, 2) z(t)=f(Хаi)- функція технологічного параметру, ці системи наз. слідкуючі системи, 3) z(t)= f(t)- функція часу – програмні системи.

б)регулюючий прилад – формується з-н регулювання (може бути аналогового принципу дії або цифрового). Закон регулювання може бути типовим (П,ПИ,ПИД) може бути лінійним, нелінійним, нечіткий з-н регулювання.

в)виконавчий механізм, що підсилює вихідний сигнал регулюючого приладу до потужності необхідної для переміщення регулюючого органу,

,

знаход. по таблиці з використанням поправки.

§ 3. Структура автоматичного регулятора.

ВП

Е

Xa(t)

КПП

ПП

ВМ

Х_РП

М(t)

ε(t)

z(t)

Xп

ЕП

РП

Автоматичний регулятор складається з: 1) пристрій формування завдання (ЗП) (задаючий пристрій), 2) елемент порівняння (ЕП), 3) командно-підсилюючий пристрій (КПП)( при техн.. реалізації звичайно об’єднують ЕП і КПП = РП), 4) підсилювач потужності (ПП), 5) виконавчий механізм (ВМ).

Задаючий пристрій (ЗП) призначений для формування сигналу, що відповідає потрібному значенню регульованої величини. Фізична природа цього сигналу повинна бути такою ж, як і сигналу від вимірювального перетворювача.

Вимоги до ЗП:

1)висока стабільність у часі вихідного сигналу – z:

а)достатній діапазон сигналу зміни цього сигналу z (0-100%),

б)ЕП – призначений для порівняння дійсного (поточного) значення регулюємої величини (параметру) із заданим значенням і формування сигналу відхилення пропорційно цій різниці: ε(t)= ∑x_а1(t)-z(t).

Вимоги до ЕП:

1)лінійність та стабільність у часі статичної характеристики (лінійність коефіцієнта передачі К=∆х_а/∆х_е=const)

2)без інерційність – миттєва передача вхідного впливу на вихід W(s)=К – пропорційна ланка

3)мати можливість підсумовування кількох вхідних сигналів.

КПП – призначений для перетворення сигналу відхилення (ε) у сигнал зручний для управління виконавчим механізмом і формування закону регулювання. КПП називають регулюючим блоком або модулем.

В промислових регуляторах елемент порівняння називають вимірювальним блоком або модулем.

Пунктиром показано варіант, коли обидва блоки містяться в одному корпусі і називається регулюючий прилад (РП).

Вимоги до КПП:

1. Цілеспрямованість дії,

2. Стабільність у часі статичної характеристики,

3. Лінійність статичної характеристики,

4. Високий і стабільний коефіцієнт передачі,

5. Можливість зміни параметрів настройки у широких межах,

6. Висока швидкодія при формуванні закону регулювання.

ПП – призначений для підсилення за потужністю регулюючого сигналу сформованого в КПП до величини (значення) достатньої для управління виконавчим механізмом.

Вимоги до ПП:

1. Високий коефіцієнт передачі за потужністю (це відношення величини струму на виході до величини струму на вході при однаковій напрузі),

2. Можливість зміни знаку або фази сигналу відповідно знаку регулюючого впливу, тобто ПП повинен бути реверсивним (реверс – зміна напрямку роботи) для можливості відкриття або зачинення ВМ.

U=220B

Зміна фази означає, що реверс ВМ виконується за рахунок зміни кута зміщення фази управляючої напруги.

Конденсатор С зміщує фазу змінного струму на 90°,що забезпечує напрямок обертання магнітного поля і, відповідно, ротора. Перенесення конденсатора у коло Ⅰ обмотки змінює напрямок обертання магнітного поля у протилежну сторону, що приводить до зміни напрямку обертання ротора.

У трьохфазних електродвигунах напруги фаз зміщені відносно один одного на 120°. Тому як при включені обмоток статора "зіркою" так і при включені обмоток статора "трикутником", напрямок обертання ротора визначається напрямком чергування фаз на обмотку. Для зміни напрямку обертання ротора потрібно поміняти місцями будь-які дві фази.

Ua

Ub

Uc

Ua

Uc

Ub

Для зупинки електродвигуна пусковий пристрій повинен відключити всі три фази від обмоток статора, тоді двигун зупиняється.

ВМ – призначений для переміщення РО з метою впливу на технологічний процес.

Конструктивно ВМ виконаний у вигляді одно- або трьохфазного електродвигуна, напруга на який надходить від підсилювача потужності Х_ПП (0-100%), кількість обертів якого зменшується від 3000 об/хв. до 0,2-1 об/хв. за допомогою понижуючого редуктора.

Вимоги до ВМ:

1)Потужність на вихідному валі достатня для переміщення РО, тобто обертаючий момент М достатній для переміщення , тому потужність електродвигунів може бути від 10 Вт до 100 кВт.

В каталогах ВМ найбільш розповсюджені типу МЕО.

МЕО-20-60, де 20 – це обертаючий момент Н.м., 60 – це час відкриття (в сек.) від 0-100%

2)Крім переміщення РО електроприводом, повинна бути можливість ручного переміщення РО (зі штурвалом).

ВМ можуть бути не лише електричними, але й гідравлічними та пневматичними. Найбільш розповсюджені прямоходні гідравлічні механізми (складаються з циліндру і поршня)

Робоче тіло – масло.

Сила, що діє на шток розраховується дуже просто F=S*∆P – сила для переміщення РО пропорційна поверхні штоку та тиску.

В гідравлічних ВМ тиск масла складає сотні атм. або десятки МПа, тому вони дуже компактні та потужні.

В енергетиці гідравлічні ВМ використовуються лише для регулювання парової турбіни , а точніше ГП3 (головної парової засувки).

Пневматичні РО – робоче середовище – повітря, по конструкції вони бувають прямо ходні (поршневі) і мембранні (найбільш поширені).

У зв’язку з тим, що тиск повітря відносно не великий (Р=1-6 кгс/см²= 0,1-0,6 МПа) для одержання більшої сили при менших тисках треба зробити гнучкий поршень у вигляді мембрани.

Складається:

1. гнучка мембрана великої площі, яка деформується при збільшені тиску (вигинається). Мембрана має гофри для розтягування під тиском.

2. оскільки тиск подається лише у верхню частину, тому для повернення мембрани в вихідний стан є повертальна пружина. Т.ч. в енергетиці використовуються в основному електричні ВМ, які можуть бути двох типів за швидкістю переміщення РО:

1. ВМ постійної швидкості, якщо на вхід подати напругу, то швидкість обертання електродвигуна буде постійна. Регулюючий вплив буде переміщувати у часі від 0-100% під кутом, який визначається кількістю обертів двигуна.

При подачі напруження на електродвигун РО відкривається від 0-100% за час, що наз. часом сервомотору.

Т_ВМ*dM/dt=const,

1/Т_ВМ=S_ВМ

Величина, обернена постійній сервоприводу наз. швидкістю ВМ

Інерційність такого ВМ дуже спотворює закон регулювання. Перевагою МЕО є велика надійність і низька ціна. Недоліком є те, що передаточна функція описується у вигляді інтегруючої ланки. W_ВМ(s)=K_ВМ/T_ВМs, K_ВМ - коефіцієнт передачі ВМ. Якщо ВМ безпосередньо з’єднаний з РО, то К_ВМ=1.

Якщо з’єднання з РО виконується за допомогою ричажного або кулачкового з’єднання, то коефіцієнт передачі не буде = 1.

Оскільки ВМ містить масивні деталі, що обертаються з великою швидкістю (ротор електродвигуна і шестерні редуктора), то ВМ вибирають із урахуванням часу розгону і часу вибігу.

б) Інерційні ВМ – механізм пропорційної дії (швидкості),передаточна функція

W_ВМ(S)=K_ВМ (П - ланка)

Висновок: оскільки ВМ входить до складу автоматичного регулятора, який формує П, ПИ, ПИД та інші закони, то наявність інтегруючого ВМ необхідно врахувати в алгоритмі функціонування КПП.

Вимоги до ВМ:

1. достатній вхід або кут повороту до вхідного валу для переміщення РО,

2. достатній запас по потужності в порівнянні з мах перестановочним зусиллям РО,

3. можливість реверсування ВМ,

4. малі часи розгону та вибігу .

Час розгону – це проміжок часу за який ВМ приєднаний до РО набуває номінальних оборотів електродвигуна.

Час вибігу – це проміжок часу, за який електродвигун ВМ повністю зупиняється після відключення електроживлення. В ідеалі вони повинні бути=0.

Чим більше час розгону і вибігу, тим більше спотворення ідеального закону регулювання.

Для того, щоб зменшити Т_РОЗГ. вибирають більш потужний ВМ, але при цьому збільшується час вибігу тому, що у більш потужних механізмах більша маса деталей що обертаються і вони мають інерцію. Тому, щоб зменшити Т_ВИБІГ. використовуються механічні та електричні гальмові пристрої. Електричне гальмування виконується включенням на короткий час конденсаторів, що являються навантаженням електродвигуна на вибігу і формують проти ЕДС. Механічні гальма включаються в момент виключення електродвигуна. За конструкцією вони такі ж, як у автомобілів.