- •Глава 2 общие сведения об измерениях и приборах
- •§ 1. Понятие об измерениях
- •§ 2. Физические величины и их единицы
- •§ 3. Погрешность результата измерения и источники ее появления
- •§ 4. Классификация средств измерении
- •§ 5. Погрешности средств измерений и классы точности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 государственная система промышленных приборов и средств автоматизации
- •§ 1. Принципы построения
- •§ 2. Характеристика ветвей гсп
- •§ 3. Преобразователи с унифицированными сигналами
- •Контрольные вопросы
- •Системы дистанционных измерении
- •§ 1. Назначение и классификация методов дистанционной передачи
- •§ 2. Электрические системы и преобразователи с естественными сигналами
- •§ 3. Вторичные приборы электрических и пневматических систем дистанционных измерений
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 измерение давлении и разрежении
- •§ 1. Основные определения и классификация приборов
- •§ 2. Деформационные манометры
- •§ 3. Электрические манометры
- •§ 4. Скважинные манометры
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6 измерение температур
- •§ 1. Температурная шкала
- •§ 2. Термометры манометрические
- •§ 3. Электрические термометры сопротивления
- •§ 4. Измерение средней температуры нефти и нефтепродуктов в резервуарах
- •§ 5. Измерение температуры в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 измерение расхода жидкости, пара и газа
- •§ 1. Определение и классификация методов измерения
- •§ 2. Объемные расходомеры
- •§ 3. Расходомеры переменного перепада давления
- •§ 4. Расходомеры постоянного перепада давления
- •§ 5. Расходомеры переменного уровня
- •§ 6. Тахометрические расходомеры
- •§ 7. Вибрационный массовый расходомер
- •§ 8. Электромагнитные расходомеры
- •§ 9. Измерение расхода в скважине
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8 измерение уровня жидкостей в емкостях и скважинах
- •§ 1. Назначение и классификация приборов
- •§ 2. Поплавковые и буйковые уровнемеры
- •§ 3. Пьезометрические уровнемеры
- •§ 4. Измерение уровня жидкости в скважинах
- •Акустический метод измерения уровня в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 измерение физических свойств веществ и примесей
- •§ 1. Измерение плотности
- •§ 2. Измерение вязкости
- •§ 3. Анализаторы содержания воды в нефти
- •§ 4. Анализаторы содержания солей в нефти
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 контроль процессов бурения скважин
- •§ 1. Параметры контроля процессов бурения скважин
- •§ 2. Автономные измерительные установки. Измерение осевой нагрузки на забой
- •Измерение крутящего момента
- •§ 3. Системы наземного контроля процесса бурения
- •Преобразователи
- •§ 4. Каналы связи дистанционного контроля глубинных параметров бурения
- •§ 5. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с электрическим каналом связи
- •§ 6. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с гидравлическим каналом связи. Индикатор осевой нагрузки
- •Контрольные вопросы
- •Часть вторая системы автоматического регулирования и средства автоматизации
- •Глава 11
- •Основные понятия теории автоматического регулирования
- •§ 1. Система автоматического управления
- •§2. Обратные связи
- •§ 3. Разомкнутые и замкнутые сау
- •§ 4. Принцип действия системы автоматического регулирования
- •§ 5. Классификация систем автоматического регулирования
- •§ 6. Требования, предъявляемые к cap
- •§ 7. Понятие статической характеристики
- •§ 8. Понятие динамических характеристик
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 расчет систем автоматического регулирования
- •§ 1. Типовые динамические звенья
- •§ 2. Способы соединения звеньев
- •§3 Понятия устойчивости системы
- •§ 4. Критерии устойчивости
- •§ 5. Оценка качества процесса автоматического регулирования
- •§ 6. Свойства объектов автоматического регулирования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13 общие сведения об автоматических регуляторах
- •§ 1. Классификация автоматических регуляторов
- •§ 2. Математические модели регуляторов
- •§ 3. Регуляторы прямого действия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 пневматические регуляторы
- •§ 1. Основные особенности пневматических регуляторов
- •§ 2. Унифицированная система элементов промышленной пневмоавтоматики (усэппа)
- •§ 3. Основные регулирующие устройства и вторичные приборы системы старт
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15 исполнительные устройства
- •§ 1. Общая характеристика и классификация
- •Исполнительных устройств
- •§ 2. Регулирующие органы
- •§ 3. Исполнительные механизмы
- •§ 4. Основные характеристики и расчет исполнительных устройств
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16 построение функциональных систем автоматизации технологических процессов
- •§ 1. Состав технической документации по автоматизации технологического процесса
- •§ 2. Условные обозначения средств автоматизации по конструктивному принципу
- •§ 3. Условные обозначения средств автоматизации по функциональному признаку приборов и устройств
- •§ 4. Функциональные схемы автоматизации
- •Глава 17
- •§ 1.Теоретические основы автоматического
- •§ 2. Фрикционные и гидравлические устройства подачи долота
- •§ 3. Электромашинные устройства подачи долота
- •§ 4. Забойные устройства подачи долота
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18 автоматизация добычи и промыслового сбора нефти и нефтяного газа
- •§ 1 Характерные особенности нефтедобывающих предприятии и основные принципы их автоматизации
- •§ 2. Типовая технологическая схема автоматизированного нефтедобывающего предприятия
- •§ 3. Автоматизация нефтяных скважин
- •§ 4. Автоматизированные групповые измерительные установки
- •§ 5. Автоматизированные сепарационные установки
- •§ 6. Автоматизированные блочные дожимные насосные станции
- •Глава 19 автоматизация подготовки и откачки товарной нефти
- •§ 1.Характеристика технологического процесса и задачи автоматизации
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки подготовки нефти
- •§ 3. Автоматическое измерение массы товарной нефти
- •§ 4. Автоматизация нефтеперекачивающих насосных станций
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20 автоматизация объектов поддержания пластовых давлении
- •§ 1. Характеристика системы поддержания пластовых давлений (ппд)
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки для очистки сточных вод и автоматизация водозаборных скважин
- •§ 3. Автоматизированные блочные кустовые насосные станции
- •Контрольные вопросы
- •Глава 21 автоматизация добычи и промысловой подготовки газа
- •§ 1. Характеристика газовых и газоконденсатных промыслов как объектов автоматизации
- •§ 2. Автоматическое управление добычей промысла
- •§ 3. Автоматическое управление процессом низкотемпературной сепарации газа
- •§ 4. Автоматизация абсорбционного процесса осушки газа
- •Контрольные вопросы
- •Глава 22 основные элементы и узлы комплекса технических средств асу тп
- •§ 1. Назначение и общие принципы организации асу тп
- •§ 2. Основные элементы систем телемеханики и вычислительной техники
- •§ 3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •Контрольные вопросы
- •Глава 23 основы вычислительной техники
- •§ 1. Общие сведения об эвм
- •§ 2. Принципы построения и области применения цвм
- •§ 3. Процессоры
- •§ 4. Запоминающие устройства
- •§ 5. Устройства ввода-вывода
- •§ 6. Порядок решения задачи на цвм
- •Контрольные вопросы
- •Глава 24 телемеханизация технологических процессов добычи нефти и газа
- •§ 1. Понятие об агрегатной системе телемеханической техники
- •§ 2. Телемеханизация нефтедобывающих предприятий
- •§ 3. Телемеханизация газодобывающих предприятий
- •§ 4. Микропроцессоры и некоторые перспективы их применения в нефтяной и газовой промышленности
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Оглавление
§ 2. Унифицированная система элементов промышленной пневмоавтоматики (усэппа)
Система УСЭППА представляет собой набор отдельных конструктивных единиц-элементов, каждый из которых может выполнять лишь простейшую функцию преобразования сигналов в общей схеме всего устройства. В их числе постоянные и регулируемые пневмосо-противления, пневмоемкости, пневмореле, пневмоусилители и другие аналоги электромеханических и электронных устройств.
На практике применяют комплекс средств пневмоавтоматики, построенных на элементах УСЭППА, получивших наименование системы «Старт». В состав ее входит несколько модификаций пневматических регуляторов, реализующих различные законы регулирования, вторичные приборы, а также приборы, реализующие простейшие вычислительные функции.
Принцип действия блоков системы «Старт» основан на компенсации усилий при малых перемещениях подвижных элементов (мембран). Конструктивное выполнение регуляторов этой системы в значительной мере определяется принятым для них элементным принципом построения. Подобно тому как электрические элементы устанавливают на специальные платы (шасси), оснащенные необходимыми монтажно-соединительными деталями (шинами, контактами, панелями, клеммами и т. д.), пневмоэлементы УСЭППА также монтируют на платах, содержащих коммуникационные каналы-пневмопроводы и монтажные детали. Платы-шасси приборов изготовляются склеиванием трех пластин из органического стекла. На обеих сторонах одной из них, средней, штамповкой или фрезерованием нанесены углубления, «рисунок» которых соответствует нужной схеме соединения элементов УСЭППА и принятому их расположению. Склеивание этой средней пластины с двумя другими и необходимые сквозные отверстия в них обеспечивают весь набор герметичных коммуникаций между элементами.
Элементы УСЭППА соединяются с каналами в коммутационной плате с помощью специальных «ножек», образующих монтажный цоколь элемента и в то же время осуществляющих подвод и отвод воздуха к нему. При изображении элементов на схемах приняты следующие условные обозначения.
Рассмотрим основные элементы и узлы системы УСЭППА. Постоянный дроссель (рис. 14.1), предназначенный для использования в качестве нерегулируемого пневмосопротивления, выполнен в виде капилляра 3, помещенного в продольном канале винта 5. Последний ввинчен в корпус 2, имеющий две присоединительные ножки 1.
Давление pi через одну из присоединительных ножек и просверленные отверстия в корпусе (на схеме не показаны) поступает к капилляру, на наружной поверхности которого навита шерстяная пряжа 4. Воздух проходит через пряжу и внутреннюю часть капилляра. При этом давление р2 воспринимается с другой стороны капилляра через вторую коммутационную ножку. Сопротивление, создаваемое постоянным дросселем, определяется геометрическими размерами капилляра (обычно диаметр—0,3 мм, длина 20 мм).
Переменный дроссель (рис. 14.2) предназначен для использования в качестве переменного сопротивления в пневматических цепях. В корпусе 1 помещена втулка 2 с конусным отверстием, вдоль оси которого расположена игла. 3. Последняя закреплена в жестком центре разделительной мембраны 5 и пружиной 4 прижимается к лекальной пластине 6. При вращении настроечной головки эта пластина, опирающаяся на винты 8, давит на иглу 3, заставляя ее перемещаться вдоль оси втулки 2. В результате перемещения иглы 3 зазор между нею и конусной втулкой изменяется, чем и достигается настройка проводимости а дросселя в пределах 0—1. Переменный дроссель присоединяется к пневматическим цепям через две коммутационные ножки, которые сообщаются с двумя торцевыми сторонами конусной втулки через сверления в корпусе. Настроечная головка дросселя снабжена равномерно оцифрованной шкалой с указателем 7.
Переменный дроссель имеет индивидуальную градуировку в единицах тех величин, изменение которых осуществляется изменением проводимости дросселя (например, время изодрома, коэффициет усиления и т. п.).
Пневмоемкости предназначены для создания инерционных звеньев в пневматических цепях. Выпускают их с объемом рабочей камеры 40 и 50 см3.
Дроссельный сумматор (сумматор на сопротивлениях) предназначен для суммирования двух пневматических сигналов (рис. 14.3). Уравнение этого сумматора легко можно получить из аналогии пневматических цепей электрическим.
Для электрической цепи
где I—сила тока; g— проводимость; U—напряжение.
Для пневматической цепи при незначительных расходах воздуха
где Q—расход воздуха; α—проводимость дросселя; Δр—перепад давления на дросселе.
Для электрической разветвленной цепи в соответствии с законом Кирхгофа сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла.
Рассматривая точку А в качестве такого узла и, учитывая, что выходной сигнал рвых обычно поступает в глухую камеру (по этой линии расход равен нулю, можно записать
менения входного сигнала
Он состоит из входной Б и выходной А камер, разделенных гибкой мембраной, жесткий центр которой служит заслонкой сопла.
Повторитель действует по принципу компенсации сил. Входной пневматический сигнал поступает в камеру Б и развивает на мембране усилие, направленное вниз. В камеру А через постоянный дроссель, в комплекте с которым работает повторитель, непрерывно подается воздух по линии питания. Часть воздуха из камеры А через зазор между заслонкой и соплом выпускается в атмосферу. В камере А устанавливается давление, промежуточное между давлением рпит и атмосферным. Это давление, которое является выходным сигналом элемента, развивает на мембране усилие, направленное вверх.
Оба противоположно направленные на мембрану усилия непрерывно сравниваются. При нарушении равновесия, например при увеличении рвх, мембрана прикроет сопло и уменьшит расход воздуха в атмосферу. Давление в камере А(рвых) увеличится, и равновесие восстановится. Благодаря высокой чувствительности мембраны повторитель обладает высокой точностью повторения сигнала, однако мощность этого элемента весьма ограничена.
У
При увеличении входного давления мембрана 2 закрывает сопло 1, а мембрана 3 закрывает сопло 4. Давление в камере В повышается клапан 5 открывается, и давление в камере Б и на выходе увеличивается. Одновременно под действием обратной связи увеличивается давление в камерах Г и Е. Сопла 1 и 3 приоткрываются, и воздух питания снова проходит через камеры В, Г и Е в атмосферу. Давление в камере В уменьшается, и клапан закрывается. На выходе устанавливается давление рвых, равное входному рвх. С уменьшением входного давления мембрана 2 открывает сопло 1, а мембрана .3 открывает сопло 1. Часть воздуха из выходной камеры Б проходит через сопло 1 в атмосферу, и давление на выходе понижается. Используя дополнительный источник питания и управляющий клапан 5 большого проходного сечения, усилитель обеспечивает усиление выходного сигнала по мощности (за счет увеличения расхода воздуха).
Элемент сравнения предназначен для алгебраического суммирования пневматических сигналов. Изготавливают трехмембранный и пятимембранный (рис. 14.6) элементы сравнения.
В конструктивном отношении он представляет собой набор металлических шайб, разделенных «вялыми» мембранами. Жесткие центры всех мембран соединены общим штоком, концы которого служат заслонками, управляющими скоростью истечения воздуха через нижнее и верхнее сопла. Для обеспечения подстройки элементов сопла выполняют регулируемыми по положению.
Схема включения, показанная на рис. 14.6,б, осуществляет алгебраическое суммирование трех входных пневматических сигналов, которые поступают в камеры Д, Г и В элемента. Через верхнее сопло подводится воздух питания, а нижнее сопло соединено с атмосферой. Давление в камерах А и Е равно выходному сигналу, который подводится в камеру Б в качестве отрицательной обратной связи. Если обозначить площадь большой мембраны через F, а малой мембраны — через f, то условие равновесия усилий будет иметь вид
Задатчик (рис. 14.7) с постоянным дросселем предназначен для поддержания постоянного (заданного) давления сжатого воздуха в глухих камерах регулирующих устройств. Он состоит из шарикового клапана, образованного шариком 4 и седлом 3, пружины 5, винта 7, тарелки 6, входной и выходной присоединительных ножек 2 и1. При подаче через одну из ножек воздуха питания в камеру Л в ней устанавливается давление, соответствующее давлению, при котором сжимается пружина. Избыток сжатого воздуха через шариковый клапан и камеру Б выпускается в атмосферу. Изменяя степень сжатия пружины при помощи винта, можно получить различные значения давления воздуха на выходе задатчика.
Инерционное звено образуется при совместном включении переменного дросселя и пневмоемкости (рис. 14.8).
При небольших расходах воздуха через переменный дроссель с проводимостью а справедливо соотношение
Дифференцируя по времени известное уравнение Менделеева — Клапейрона для пневмоемкости, имеем
где V—объем пневмоемкости; R—универсальная газовая постоянная; θ— абсолютная температура воздуха. Подставив (14.10) в (14.11), получим
где T=V/Rθα—постоянная времени звена, которую можно изменять путем изменения проводимости переменного дросселя.
Интегрирующее звено образуется при совместном включении элемента сравнения I и инерционного звена II (рис. 14.9). При этом выходной сигнал звена заводится в камеру Д элемента сравнения I. Выходной сигнал этого элемента равен алгебраической сумме его входных сигналов:
Он же является входным сигналом инерционного звена, для которого справедливо соотношение
Величину Т — постоянную времени — можно изменять путем изменения проводимости а переменного дросселя инерционного звена.
Реле переключения (рис. 14.10) применяют для коммутации пневматических каналов автоматических регуляторов при переходе с автоматического регулирования на ручное.
Реле состоит из трех камер, разделенных мембранами, жесткие центры которых являются заслонками сопел C1 и С2. В камеру Л подается командный сигнал, камера В соединяется с атмосферой, а камера Б является выходной.
При рк==0 мембранный блок под действием пружины занимает нижнее положение, открывая сопло С2 и закрывая сопло C1. При этом на выход проходит входной сигнал рвх2. При подаче командного сигнала рк=1 открывается сопло C1 и закрывается сопло С2. На выход проходит входной сигнал рвх2.