Принятые сокращения

АД – асинхронный двигатель;

АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;

АЭП – автоматизированный электропривод;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

БДПТ – бесколлекторный двигатель постоянного тока;

БКВ – блок концевых выключателей;

БСПИ – блок сигнализации положения (выходного вала) индуктивный;

БСПР – блок сигнализации положения (выходного вала) резистивный;

БСПТ – блок сигнализации положения (выходного вала) токовый;

ВД – вентильный двигатель;

ВМУ – векторно-матричные уравнения;

Д_у – условный диаметр прохода;

ДПТ – двигатель постоянного тока;

ЗРА – запорно-регулирующая арматура;

ЗЭиМ – завод электроники и механики (г. Чебоксары);

ИМ – исполнительный механизм;

ИН – инвертор напряжения;

ИТ – инвертор тока;

МЗТА – Московский завод тепловой автоматики;

МИМ – мембранный исполнительный механизм;

ММ – математическая модель;

МПИМ – мембранный пневматический исполнительный механизм;

МСУ – микропроцессорные средства управления;

МЭМ – механизм электрический многооборотный;

МЭО – механизм электрический однооборотный;

МЭОФ – механизм электрический однооборотный фланцевый;

МЭП – механизм электрический прямоходный;

МЭПК – механизм электрический прямоходный кривошипный;

НИОКР – научная и опытно-конструкторская работа;

НИР – научно-исследовательская работа;

ОДУ – обыкновенные дифференциальные уравнения;

ОУ – объект управления;

ПБР – пускатель бесконтактный реверсивный;

ПВ – продолжительность включения;

ПИМ – пневматический исполнительный механизм;

ППИМ – поршневой пневматический исполнительный механизм;

РИМ – ручной исполнительный механизм;

РКСУ – релейно-контакторная система управления;

РО – рабочий (регулирующий) орган;

САР – система автоматического регулирования;

САУ – система автоматического (автоматизированного) управления

СД – синхронный двигатель;

СПЭ – силовой преобразователь энергии;

СУИМ – система управления исполнительным механизмом;

СУЭП – система управления электроприводом;

ТЗ – техническое задание;

ТП – тиристорный (транзисторный) преобразователь;

ТЭН – тепловой электрический нагреватель;

УВМ – управляющая вычислительная машина;

УСО – устройство связи с объектом;

УУ – устройство управления;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

ЧРП – частотно-регулируемый привод;

ШД – шаговый двигатель;

ЭГИМ – электрогидравлический исполнительный механизм;

ЭИМ – электрический исполнительный механизм;

ЭМИМ – электромагнитный исполнительный механизм;

ЭМП – электромашинный преобразователь;

ЭМСУ – электромеханическая система управления;

ЭП – электропривод;

ЭПГИМ – электропневмогидравлический исполнительный механизм;

ЭПИМ – электропневматический исполнительный механизм.

Введение

Целью преподавания дисциплины «Системы управления исполнительными механизмами» (СУИМ) является подготовка высококвалифицированных специалистов, знающих основы теории и принципы построения систем управления приводами рабочих, регулирующих органов как общепромышленных, так и специализированных исполнительных механизмов (ИМ).

Применительно к объектам энергетики рабочими органами исполнительных механизмов являются, прежде всего, регулирующие органы (РО) запорно-регулирующей арматуры (ЗРА), управляющей потоками жидкости, газов или сыпучих материалов (клапаны, пробковые и шаровые краны, заслонки, шиберы, задвижки и т.п.). В общем случае для управления ИМ применяют электромеханические (ЭИМ), пневматические (ПИМ), гидравлические (ГИМ) и электромагнитные (ЭМИМ) исполнительные механизмы.

ЭИМ доминируют в общей массе ИМ (порядка 95 %) в силу многочисленных преимуществ, и именно на основе этих электромеханических систем управления (ЭМСУ) или автоматизированных электроприводов (АЭП) реализовано большинство автоматизированных промышленных систем управления.

В последние годы в энергетике наряду с регулированием параметров потока энергоносителей (давление, расход, температура и т.п.) за счет изменения проходного сечения арматуры (дросселирования) их регулирование осуществляют изменением скорости электроприводов постоянного или переменного тока (объемное регулирование), что позволяет значительно снизить затраты электроэнергии. В первом случае в основе СУИМ – приводы постоянной скорости, во втором – приводы переменной скорости. Наиболее перспективны в этом плане системы, сочетающие оба способа регулирования.

Сравнительно недавно в практике отечественного машиностроения преобладали электроприводы, в том числе комплектные, с аналоговым (непрерывным) управлением. В последние годы стала доминировать тенденция интеллектуализации СУИМ за счет применения цифровых методов и средств управления. При этом наблюдается устойчивая тенденция к удешевлению цифровых средств управления электроприводами переменного тока и применению частотно-регулируемых асинхронных, синхронных, и, прежде всего – вентильных АЭП.

Современные микропроцессорные контроллеры позволяют не только реализовать управление электроприводом одной локальной технологической координаты какого-либо объекта (скорости или положением ИМ, давления газа или жидкости в магистрали трубопровода, температуры в топке котла и др.), но и осуществить взаимосвязанное оптимальное управление несколькими параметрами технологических объектов, причем самой различной физической природы. Это обстоятельство потребовало применения рационального сочетания иерархических и децентрализованных принципов управления электроприводами, пневмоприводами, гидроприводами и иными приводами управляющих органов объектов управления (ОУ). Очевидно, что современная СУИМ – лишь подсистема в сложной системе автоматизации технологических процессов. Знание роли и места СУИМ и микропроцессорных средств управления в таких системах автоматизации – одна из основных задач настоящего учебного курса.

Многообразие технических ОУ и, как следствие, законов движения исполнительных механизмов и требований к статическим и динамическим показателям качества регулирования выходных координат ОУ предполагает применение различных принципов построения и аргументированный подход к выбору элементной базы СУИМ. Вместе с тем, к любому объекту управления можно применить традиционные в теории управления методы математического описания (математические модели), принципы построения, методы синтеза и анализа систем управления. Отсюда понятно, что учебная дисциплина «СУИМ» базируется на таких фундаментальных понятиях теории автоматического управления, как «математическая модель объекта управления», «критерии качества управления», «обратные связи», «регулятор», «система управления» и т.п. Управление современными техническими объектами основано на применении обратных связей по координатам (переменным состояния) объектов, компенсации возмущений внешней по отношению к ОУ среды и реализации принципа подчиненного регулирования координат ОУ. Фундаментальными свойствами СУИМ являются быстродействие (время регулирования или полоса пропускания), точность регулирования (статическая и динамическая), добротность, инвариантность, чувствительность и др.

Логическим развитием структур СУИМ в направлении их децентрализации является интеллектуализация самого нижнего уровня систем – датчиков и исполнительных органов. В связи с этим значительное внимание в учебном пособии уделено вопросам синтеза дискретных и дискретно-непрерывных СУИМ, а также применению в структурах СУИМ средств интеллектуализации исполнительных механизмов (применению бесконтактных реверсивных интеллектуальных пускателей, блоков сигнализации положения, микропроцессорных контроллеров исполнительных механизмов, сетевых технологий передачи информации и управления и др.).

Фундаментальными свойствами СУИМ являются быстродействие (время регулирования или полоса пропускания), точность регулирования (статическая и динамическая), добротность, инвариантность и др.