Технические САУ, Петухов И.В., Стешина Л.А

зависимости от величины и длительности управляющего сигнала. Подобные исполнительные механизмы могут использоваться как в позиционных, так и в П, ПИ и ПИД-системах автоматического регулирования.

Существование электрических исполнительных механизмов как нормального, так и специальных исполнений в значительной мере расширяет возможные области их практического применения.

Промышленность выпускает практически только электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В:

многооборотные (МЭМ);

однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360º;

прямоходовые (МЭП).

Приведем пример маркировки. МЭО-0,63/10-0,25 означает следующее: однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н×м, время хода 10 секунд, номинальный ход 0,25 оборота.

К основным техническим характеристикам, которые приво-

дятся в технической документации и являются определяющими при выборе исполнительного механизма, можно отнести:

исполнение (в зависимости от конструкции электропривода, характера движения и вида выходного органа, способа установки

ит. п.);

назначение;

уровень взрывозащиты;

уровень защиты от проникновения влаги и пыли или степень защиты от попадания твердых частиц (пыли) и воды (IP);

климатическое исполнение (рабочая температура);

рабочее положение механизма;

номинальный крутящий момент на выходном валу;

номинальное время полного хода выходного вала;

номинальное значение полного хода выходного вала;

потребляемая мощность;

масса;

220

диапазон настройки путевых выключателей (обороты);

диапазон настройки моментных выключателей;

точность срабатывания путевых выключателей;

точность срабатывания моментных выключателей. Современные «интеллектуальные» электроприводы дополни-

тельно могут содержать электронные блоки для управления и диагностики работоспособности механизмов, связи их с системами контроля и управления более высокого уровня, локальные регуляторы, сигнализаторы, кнопки и ключи для местного дистанционного и автоматического управления. Следует также отметить, что отечественная и зарубежная промышленность выпускают наборы функциональных узлов исполнительных механизмов: редукторы, электродвигатели, блоки конечных выключателей, ручные приводы, блоки индикации, встраиваемые микроконтроллеры, функциональную электронику. Эти функциональные узлы исполнительных механизмов позволяют создавать проектно-компонуемые изделия по составу, которые, в свою очередь, могут в зависимости от требований конкретного применения иметь комплектацию от самой простой до самой сложной.

Благодаря встроенной электронике, «интеллектуальные» приводы позволяют существенным образом увеличить функциональность привода с широким набором функций по настройке и управлению приводом, что особенно полно проявляется в составе регулирующей арматуры.

«Интеллектуальные» приводы для трубопроводной арматуры обеспечивают:

управление приводом (автоматическое от системы и дистанционное с местного поста управления или удаленного пульта управления);

прием и передачу данных;

блокировку;

предупредительную сигнализацию;

защитное отключение и управление;

221

индикацию;

настройки привода;

регистрацию;

регулирование температуры приборного отсека или механизма;

просмотр переменных состояния привода.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте определение понятия «исполнительное устройство».

2.Опишите блок-схему ИУ.

3.Приведите классификацию ИМ.

4.Приведите классификацию регулирующих органов.

5.Какова структура ИУ насосного типа?

6.Опишите схему работы шиберного насоса, шестеренчатого насоса.

7.Каково назначение электрических исполнительных механизмов?

8.Каковы упрощенная кинематическая схема ЭИМ, принцип её работы?

222

14. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДРОССЕЛЬНОГО ТИПА. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

14.1. Исполнительные устройства дроссельного типа

Эти ИУ нашли преимущественное распространение в силу универсальности и простоты. В зависимости от напряжения u ИМ изменяет какой-либо параметр дросселя РО, что приводит к изменению расхода F.

Пропускной характеристикой дросселя называется зависимость расхода F от перепада давления Р = Рвх – Рвых, положения РО и т. д. (рис. 14.1).

Зависимость F(ΔР) для турбулентного потока:

F γ P,

где γ S ξ2ρ , S – площадь сечения потока; ξ – коэффициент местного сопротивления; ρ – плотность.

Рис. 14.1. Структура ИУ дроссельного типа

Различают следующие типы ИУ:

1) плунжерные. Расход регулируется путем изменения площади проходного сечения, образованного парой «седло-затвор»

(рис. 14.2).

223

конуса или сферы с проходным отверстием. Расход регулируется поворотом затвора на определенный угол;

6) задвижки. Расход регулируется плоской задвижкой, перемещающейся перпендикулярно оси трубопровода.

14.2.Исполнительные механизмы

всистемах управления. Регуляторы

Так как основное назначение САР – поддержание на определенном уровне или изменение по определенной программе какойлибо физической величины (параметра), то структурная схема САР представляет собой цепь взаимосвязанных звеньев (устройств), соединенных с регулируемым объектом.

Согласно этому, в общем случае (рис. 14.3) САР состоит из собственно регулируемого объекта и задающего, регулирующего и исполнительного устройств, каждое из которых выполняет самостоятельные функции.

В задающем устройстве, состоящем из измерительного элемента (ИЗ), задатчика (З) и элемента сравнения (ЭС), происходят

224

сравнение регулируемой величины φ с ее заданным значением φ0 и выработка сигнала, пропорционального их разности x= φ–φ0.

µ Регулируемый объект

Рис. 14.3. Структурная схема САР

В регулирующем устройстве этот сигнал преобразуется по заданному закону (преобразующий элемент (ПЭ)) и за счет энергии внешнего источника усиливается (усилитель (У)) по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством.

Назначение исполнительного устройства состоит в изменении регулирующего воздействия μ в соответствии с сигналом, подаваемым на его вход от регулирующего устройства. Исполнительное устройство состоит обычно из усилителя (У), исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего (рабочего) органа (РО).

Как правило, мощность сигнала, поступающего от регулирующего устройства, бывает недостаточной для приведения в действие исполнительного механизма, поэтому исполнительное устройство имеет собственный усилитель, в котором слабый входной сигнал усиливается до необходимой мощности за счет энергии внешнего источника питания. Конструктивно этот усилитель может находиться как внутри исполнительного механизма, так и вне его. В качестве усилителей в электрических исполнительных устройствах используются электромагнитные реле, кон-

225

такторы, магнитные пускатели, магнитные, электронные и полупроводниковые усилители.

ИМ, работающий в системе автоматического регулирования, должен обеспечивать перемещение регулирующего органа с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых им совместно с регулирующим устройством.

Под законом регулирования μ=f(х) понимается зависимость между отклонением х регулируемой величины от ее заданного значения и положением регулирующего органа (регулирующим воздействием). Формирование необходимого закона регулирования в различных системах обеспечивается применением регуляторов соответствующих типов и конструкций.

Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т. п.

По принципу действия различают автоматические регуляторы:

прямого действия;

непрямого действия.

Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды). Примером таких регуляторов являются регуляторы давления.

В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии. По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные.

По виду используемой энергии регуляторы подразделяются

на:

электрические (электронные),

пневматические,

гидравлические,

226

механические,

комбинированные. Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы.

Используемые в настоящее время для промышленных целей автоматические регуляторы по закону регулирования, который они обеспечивают в системах регулирования, подразделяют следующим образом:

релейный позиционный (Рп-регулятор);

релейный постоянной скорости (Рс-регулятор);

пропорциональный, или статический (П-регулятор);

интегральный, или астатический (И-регулятор);

пропорционально-интегральный, или изодромный (ПИрегулятор);

пропорционально-интегральный с производной, или изодромный с производной (ПИД-регулятор).

Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение благодаря своей простоте и малой стоимости.

По назначению различают регуляторы:

специализированные (например, регуляторы уровня, давления, температуры и т.д.);

универсальные с нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами.

По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются следующим образом:

регуляторы автоматической стабилизации;

программные;

корректирующие;

регуляторы соотношения параметров и другие.

Рассмотрим эти регуляторы с точки зрения особенностей работы исполнительных механизмов и предъявляемых к ним требований.

227

Релейный позиционный (Рп) регулятор. В релейных систе-

мах позиционного регулирования регулирующее воздействие на объект, определяемое положением регулирующего органа, может иметь только два заранее установленные при наладке значения, т. е. такая система работает по принципу «да – нет» или «открыто

– закрыто» и практически не имеет параметров настройки. Уравнение такого регулятора при пренебрежении временем

срабатывания исполнительного устройства может быть записано в виде

μ= μмакс sign (x–ε) при x>0; μ= μмин sign (x+ε) при x<0,

где 2ε – гистерезисная зона релейного элемента.

Исполнительные механизмы, работающие с Рп-регуляторами, должны обеспечивать возможность изменения величины управляющего воздействия от μмин до μмакс.

В идеализированной системе позиционного регулирования регулирующий орган меняет положение мгновенно. Однако качество работы реальной позиционной системы регулирования в значительной мере зависит от времени перемещения регулирующего органа из одного конечного положения в другое.

Релейный постоянной скорости (Рс) регулятор. В системах автоматического регулирования с Рс-регуляторами управляющее воздействие на объект определяется скоростью перемещения регулирующего органа.

Уравнение Рс-регулятора без учета времени разгона и торможения исполнительного механизма имеет вид

dμ 1 sign (х) при |x|>δ; dt Т с

d 0 при |x|<δ. dt

228