Системы автоматического регулирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Структурные схемы автоматического регулирования: регулирование по отклонению, по возмущению, комбинированное регулирование

Автоматическое регулирование служит для поддержание постоянства (стабилизация) некоторой регулируемой величины, характеризующей технический процесс, либо её изменение по заданному закону (программное регулирование) или в соответствии с некоторым измеряемым внешним процессом (следящее регулирование), осуществляемое приложением управляющего воздействия к регулирующему органу объекта регулирования; разновидность автоматического управления .

Структурные схемы автоматического регулирования: по отклонению (а), по возмущению (б) и комбинированного (в): x0 -- заданное значение регулируемой величины; e -- динамическая ошибка (рассогласование); u -- управляющее воздействие; f -- возмущающее воздействие (нагрузка); x -- регулируемая величина; кружком, разделенным на секторы, обозначено сравнивающее устройство.

2. Интегральный закон регулирования. И- регулирование

Уравнение закона регулирования

Если проинтегрировать уравнение получим

,

где - коэффициент передачи, характеризующий скорость нарастания сигнала на выходе после нанесения воздействия .

Передаточная функция интегрального (И) регулятора

Другая формула записи И- закона регулирования

Передаточная функция интегрального (И) регулятора

,

- условный коэффициент передачи И- регулятора,

- условная постоянная времени интегрирования.

Скоростная характеристика И - регулятора.

Рис. 1 Скоростная характеристика И-регулятора

Чем больше , тем больше угол наклона при одинаковой величине воздействия.

Статическая характеристика регулятора (Рис.2)

Рис. 2 Статическая характеристика И-регулятора

Достоинство И- регулятора - отсутствие статической погрешности регулирования.

Динамическая характеристика И-регулятора (Рис.3).

Рис. 2 Статическая характеристика И-регулятора.

Рис. 3Динамическая характеристика И-регулятора

Чем больше по величине сигнал на входе регулятора, тем выше скорость перемещения регулировочного органа при одном и том же воздействии. Чем больше , тем больше скорость перемещения регулировочного органа.

Рисунок 2 - Интегральный регулятор уровня

При увеличении расхода жидкости до значения V 2, уровень её падает, поплавок 1 перемещается вниз и через рычажную систему 2 перемещает подвижный контакт потенциометра 3 относительно его средней точки. Разность потенциалов, возникшая между подвижным контактом и средней точкой потенциометра, подастся на управляющую обмотку реверсивного электродвигателя 4, который, вращаясь, перемещает регулирующий орган 5 в сторону его открытия и увеличения притока V 1. Падение уровня происходит до тех пор, пока приток V 1 не станет равным расходу V 2. Допустим, что это равенство наступило при уровне h 2. Однако при этом подвижный контакт потенциометра смещён относительно его средней точки, и разность потенциалов поступает на двигатель, который продолжает перемещать регулирующий орган в сторону увеличения притока жидкости, что приводит к нарушению равенства V' l=V' 2 и повышению уровня. При достижении уровнем значения h 1подвижный контакт потенциометра устанавливается в среднее положение и разность потенциалов становится равной нулю, двигатель останавливается. Но отсутствие равенства между притоком и стоком приводит к дальнейшему повышению уровня и смещению подвижного контакта потенциометра вниз относительно средней точки. Возникает разность потенциалов, но другой полярности, и двигатель вращается в противоположную сторону, прикрывая регулирующий орган и уменьшая приток жидкости. Этот процесс повторяется. Таким образом, в процессе регулирования в момент равенства притока и расхода жидкости нет равенства уровня заданному значению (это и есть сдвиг по фазе на -?/2), что вызывает колебания регулируемого параметра около заданного значения.

Параметром настройки регулятора является постоянная интегрирования Ти, определяющая скорость перемещения регулирующего органа и влияющая на характер переходного процесса в системе регулирования (рисунок 3). Чем меньше значение Т тем большие колебания наблюдаются в системе (рисунок 3а, кривая 1). Кривая 3 соответствует слишком большому, значению Ти. Оптимальному значению Т и соответствует кривая 2, при котором время регулирования и динамическая ошибка наименьшие. Сравнение качества процессов регулирования для одного и того же объекта И- и П - регуляторами показано на рисунке 3б.

Рисунок 3 - Переходные процессы в системах: а) с И - регулятором; б) с И-рсгулятором - 4 и П-рсгулятором - 5

Процесс регулирования интегральным регулятором связан с большими колебаниями, протекает медленно, динамическая ошибка велика. Вследствие этого интегральный регулятор может работать устойчиво только при регулировании малоинерционных объектов с достаточно большим коэффициентом самовыравнивания и малым временем запаздывания.

3. Исполнительные механизмы: назначение, виды, область применения

Исполнительным механизмом называется приводная часть исполнительного устройства, преобразующая получаемую энергию в перестановочное усилие (момент) и управляющая регулирующим органом в соответствии с командной информацией управляющего блока АСР.

Под перестановочным усилием (моментом) понимают усилие (момент), передаваемое выходным элементом исполнительного механизма непосредственно или через механическую связь на регулирующий орган. Величина момента является основным из показателей его характеристики, указываемой в паспорте, и принимается во внимание при энергетическом расчёте и выборе исполнительного механизма.

Многие исполнительные механизмы конструктивно состоят из двух частей - собственно исполнительный механизм и узла кинематической передачи (редуктора, кривошипного - шатунного узла и т.п.). Для таких исполнительных механизмов перестановочное усилие выходных элементов определяется с учётом передаточного числа и К.П.Д. узла кинематической передачи.

Классификация исполнительных механизмов.

Виду используемой энергии, создающей перестановочное усилие, исполнительные механизмы подразделяются на пневматические, гидравлические и электрические.

Существуют исполнительные механизмы, в которых используются одновременно два вида энергии. Наиболее распространенные из них электрогидравлические исполнительные механизмы.

В пневматических исполнительных механизмах перестановочное усилие создается за счёт давления сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон. В соответствии с этим исполнительным механизм подразделяются на мембранные, поршневые и сильфонные.

Мембранные исполнительные механизмы по конструктивному исполнению подразделяются на мембранное- пружинные и без пружинные. Мембранное-пружинные исполнительные механизмы в зависимости от назначения делятся на мембранно-пружинные для регулирующих устройств Мембранные исполнительные механизмы; мембранное - пружинные для запорных (отсечных) и запорно -регулирующих устройств мембранных исполнительных механизмов.

В зависимости от направления движения выходного элемента мембранных исполнительных механизмов и мембранных исполнительных механизмов пружинных могут быть:

а) прямого действия (ППХ), в которых при повышении давления воздуха в рабочей полости механизма место сочленения выходного элемента со штоком РО отдаляется от плоскости заделки мембраны;

б) обратного действия (ОПХ), в которых при этом оно приближается.

Давление сжатого воздуха в пневматических исполнительных механизмах обычно не превышает 10 кгс/см 2.

В гидравлических исполнительных механизмах перестановочное усилие создаётся за счёт давления жидкости на мембрану, поршень и лопасть. В соответствии с этим различают мембранные, поршневые и лопастные гидравлические исполнительные механизмы. Давление жидкости в них обычно находится в пределах 25 - 250 кгс/см 2.

Пневматические и гидравлические мембранные и поршневые исполнительные механизмы подразделяются на пружинные и без пружинные. В пружинных исполнительных механизмы перестановочное усилие в одном направлении создаётся давлением в рабочей полости механизма, а в обратном направлении - силой упругости сжатой пружины. В без пружинных исполнительных механизмах перестановочное усилие в обоих направлениях создаётся перепадом давления на рабочем органе механизма.

Электрические исполнительные механизмы (ЭИМ) состоят из электродвигателя, редуктора, выходного рычага и различных дополнительных устройств. В качестве привода ЭИМ используют асинхронные трехфазные двигатели общепромышленного назначения, специальные асинхронные двухфазные двигатели с полым ротором и низкооборотные двигатели. Для увеличения крутящего момента и достижения необходимой скорости перемещения выходного органа применяют цилиндрические и червячные редукторы. Механизмы комплектуют датчиками положения выходного органа и сигнала обратной связи, пропорционального положению Р.О.

Промышленность практически выпускает только ЭИМ постоянной скорости. Различные по величине перемещения РО реализуются вследствие различной продолжительности времени включения двигателя. Требуемый закон перемещения Р.О. при автоматическом управлении формируется регулирующим устройством или ЭВМ и реализуется ЭИМ в результате повторно - кратковременного включения двигателя с соответствующим соотношением между длительностями включённого и выключённого состояний.

В зависимости от характера перемещения выходного рычага ЭИМ подразделяются на три типа:

- многооборотные электрические механизмы (МЭМ) с вращающимся выходным органом, выходной вал которых совершает требуемое число оборотов;

- однооборотные электрические механизмы (МЭО), выходной рычаг которых совершает поворот в пределах угла меньше 360 0;

- прямоходные электрические механизмы (МЭП) с поступательным движением выходного рычага.

Основными параметрами, характеризующими ЭИМ, является: крутящий момент на валу для механизмов типа МЭО и МЭМ или усилие на штоке для механизмов типа МЭП, номинальное время перемещения выходного органа, номинальный угол поворота или путь, величина управляющего сигнала или диапазон его изменения.

В зависимости от способа управления ЭИМ подразделяются на механизмы с контактным и бесконтактным управлением. В ЭИМ с контактным управлением включение, отключение и реверсирование двигателей производится с помощью контактной аппаратуры. Для бесконтактного управления используются полупроводниковые усилители (преимущественно тиристорные).

Все ЭИМ используются для работы в повторно - кратковременном реверсивном режиме с числом включений до 300 в/ч и продолжительностью включений до 25%. Допускается работа в течении 1ч в повторно - кратковременном реверсивном режиме с числом включений до 600.

ЭИМ с двигателем АОЛ питаются от 3 х фазной сети переменного тока напряжением 380/220В, ЭИМ с двигателем ДАУ - от однофазной сети переменного тока напряжением 220В.

Пусковой крутящий момент механизмов при номинальном напряжении питания превышает номинальный момент не менее чем в 1,7 раза.

Многооборотные ЭИМ типа МЭМ состоят из 3 х фазного асинхронного двигателя и редуктора. Включение механизма осуществляется с помощью магнитного пускателя.

ЭИМ типа МЭОБ - однооборотный механизм с бесконтактным управлением включают через тиристорный трёхпозиционный усилитель типа У-101.

ЭИМ типа МЭОК - однооборотный механизм с контактным управлением включают через пускатели магнитные реверсивные типа ПМЕ.

В исполнительных механизмах типа МЭО в качестве электропривода используются 3 х фазные двигатели типа АОЛ и 4А или специальные двухфазные асинхронные двигатели типа ДАУ.

В механизмах МЭО-1,6 и МЭО-4 в качестве привода используется электродвигатель типа ДАУ-4. Механизмы оснащаются блоками сигнализации положения с индуктивным (БДИ - 6) или реостатным (БДР - П) датчиком положения выходного органа. Управление механизмами осуществляется от контактной аппаратуры.

В ЭИМ типа МЭО-1,6/25-025-77 используется синхронный редукторный двигатель типа ДСР. Эти механизмы оснащаются датчиками положения и обратной связи БДИ - 6, БДР - П, БСПТ, БСПИ, БСПР.

Блок сигнализации положения токовой типа БСПТ состоит из блока питания и блока датчиков. Работа блоков датчиков построена на основе дифференциального индуктивного преобразователя и автогенераторного усилителя.

Напряжение отрицательной обратной связи по выходному току позволяет получить изменение выходного сигнала 0 - 5 мА при изменении угла поворота выходного вала от 0 до 90 0 или от 0 до 225 0.

Блок сигнализации положения индуктивный типа БСПИ состоит из двух индуктивных датчиков. При вращении вала блока продольный кулачок перемещает подвижный магнита провод, что влечёт за собой изменение индуктивности катушек датчика и изменение напряжения в диагонали моста, образованного катушками и обмотками питающего трансформатора. Выходной сигнал в виде напряжения переменного тока изменяется в пределах 0 - 625мВ при изменении угла поворота вела от 0 до 90 0 или от 0 до 225 0.

Для управления ЭИМ применяют следующие устройства: усилитель тиристорный, трёхпозиционный типа ФЦ, У - 101, усилитель исполнительный тиристорный бесконтактный типа УИТБ - 20, усилитель тиристорный трёхпозиционный типа У22, пускатель магнитный реверсивный с тормозным устройством типа ПМРТ - 69 - 1, ПМРТ - 69 - 2, пускатели бесконтактные реверсивные типа ПБР, пускатели магнитные типа ПМЕ.

Требования, предъявляемые к исполнительным механизмам при их выборе

Исполнительные механизмы должны отвечать требованиям, выявленным при анализе принятого закона регулирования, а также требованиям, определяющим совместную работу с выбранным РО, то есть должны удовлетворять требованиям заданных динамических и статических характеристик ИУ.

Выбор исполнительных механизмов производится на стадии проектирования системы регулирования в соответствии с конкретными условиями его работы.

При этом исполнительный механизм должен:

а) обеспечивать необходимую скорость регулирования, определяемую динамикой системы;

б) обеспечивать линейную ходовую характеристику (статическую), то есть постоянства коэффициента передачи по мощности во всём диапазоне изменения регулируемой величины, при этом исполнительный механизм не будет искажать выбранного закона регулирования.

Кроме требований, предъявляемых системой регулирования, необходимо учитывать следующее:

а) желательно, чтобы виды энергии, создающей перестановочное усилие и энергии командного сигнала от регулирующего блока систем были идентичны; в противном случае необходимы преобразователи энергии.

б) исполнительный механизм должны применяться с учётом окружающих условий и иметь соответствующее исполнение (пыле-брызго-взрывозащищёнными и т.д.).

автоматический регулирование исполнительный механизм

4. Автоматическая защита: назначение, виды

Автоматические тепловые защиты это автоматические защитные устройства (АЗУ), обслуживающие тепловую часть электрической станции.

АЗУ устанавливаются для контроля наиболее ответственных параметров, чрезмерное отклонение которых от заданных значений ведет к нарушению нормального технологического процесса и повреждению оборудования.

Большинство современных АЗУ представляют собой системы непрямого действия, включающие отдельные, связанные между собой элементы: первичные приборы-датчики, снабженные электрическими контактами, усилительные устройства, промежуточные реле, устройство пуска и останова исполнительных механизмов

Практически всегда действие тепловой защиты увязывается с работой логических систем управления, которые позволяют выключать и отключать электрические пусковые устройства вспомогательных механизмов в определенной последовательности - «по цепочке».

По степени воздействия на защищаемые установки защитные устройства разделяются на основные (главные) и местные (локальные).

К основным относятся защитные устройства, срабатывание которых приводит к останову котла или электроблока в целом или к глубокому снижению их нагрузки.

Локальные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов.

В качестве источников электрического питания защитных устройств на ТЭС служат аккумуляторные батареи с напряжением на выходе 220 В, которые обеспечивают электроснабжение цепей защиты при авариях, сопровождаемых полной потерей напряжения переменного тока в системе собственных нужд. Кроме того, питающее напряжение подводится к панелям защиты по двум независимым линиям, одна из которых является резервной. При этом сигнал об отклонении напряжения питания на каждую из групп защит автоматически передается на щит управления с помощью специальных устройств (световое табло, звуковой сигнал).

Виды автоматической защиты.

Защита от повышения давления пара. Паровой котел на случай повышения давления пара сверх допустимого снабжается предохранительными клапанами, действующими по принципу регуляторов давления «до себя» (управляющий сигнал на регулятор выбирается до регулирующего органа).

Защита по уровню воды в барабане. Упуск уровня и перепитка барабана относится к самым тяжелым авариям на ТЭС. Каждый паровой котел оснащается системой автоматической защиты от повышения и понижения уровня. Понижение уровня на 100-200 мм ниже установленного предела вызывает останов котельной установки - отключаются дутьевые вентиляторы и системы топливоснабжения.

Защита от потускнения и погасания факела. В случае погасания факела в топке подача топлива на котел должна быть прекращена, так как его скопление может привести к образованию взрывоопасной смеси, одновременно отключаются дутьевые вентиляторы.

Защита от понижения температуры первичного перегретого пара. Автоматические защитные устройства этого вида выполняют роль защиты от заброса частиц воды в паропровод и проточную часть турбоагрегата.

При понижении температуры пара до предельного значения сигнал от температурного датчика (термопары) воздействует на останов дутьевого вентилятора и далее на останов котла.

Защитные устройства мельничных систем парового котла. Помимо защит от повышения температуры аэросмеси за шаровой и молотковой мельницами, воздействующих на открытие заслонки на линии присадки холодного воздуха, на мельничных системах предусматривается защитное устройство, действующее на останов мельниц при понижении давления масла в системе смазки подшипников.

Литература

1. Барласов Б.З., Ильин В.И. Наладка приборов и систем автоматизации. - М: Высш. шк., 1985. - 304 с.

2. Барласов Б.З., Демкович В.А. Предмонтажная проверка средств автоматизации. - Л.: Стройиздат. Ленингр. Отд-ние. - 1979. - 264 с.

3. Ивашин Г.В., Никитенко К.Ф. Монтаж, наладка и эксплуатация автоматических устройств в пищевой промышленности. - М: Пищ. пром., 1977. - 176 с.

4. Клюев А.С., Минаев П.А. Наладка систем контроля и автоматического управления. - Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние. - 1980. - 208 с.

5. Миранцев Г.Я. Ремонт автоматических приборов и регуляторов. - М.: Энергия, 1980. - 224.

6. Смирнов А.А. Справочное пособие по ремонту приборов и регуляторов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 832 с.

Размещено на Allbest.ru