Исполнительное устройство - звено автоматического управления

Введение

При автоматизации технологических объектов управления (ТОУ) и создании современных АСУТП особые требования предъявляют к регулирующей арматуре. Это связано прежде всего с тем, что качество работы систем управления существенно зависит от характеристик исполнительных устройств (ИУ). При некорректном выборе ИУ или изменении их свойств в процессе эксплуатации, как правило, невозможно получить качественный процесс автоматического регулирования при работе ТОУ в широком диапазоне нагрузок. Поэтому проблема оптимизации характеристик регулирующих органов в системах управления энергоблоков ТЭС всегда представлялась актуальной

В системах автоматизации технологических процессов, как правило, применяются серийно изготавливаемые регулирующие органы. Выбор конкретного типоразмера регулирующего органа производится по каталогам и другим материалам в процессе выполнения расчета, выявляющего пригодность выбираемого органа в тех или иных конкретных условиях эксплуатации. При этом должны учитываться как свойства и рабочие параметры протекавшей через регулирующий орган среды, так и другие условия и требования, являющиеся следствием общих требований, предъявляемых к системе автоматизации и к объекту управления в целом.

Выбор нужного регулирующего органа производится в процессе выполнения расчета, т.е. из ряда серийно изготавливаемых регулирующих органов выбирается конкретный типоразмер, имеющий необходимый диаметр условного (присоединительного) прохода, нужную пропускную способность и пропускную характеристику. Пригодность принимаемого регулирующего органа по другим характеристикам (рабочему давлению и температуре, материалу деталей, соприкасающихся с протекающей средой и т.п.) должна выявляться по каталогам и другим действующим информационным материалам и правилам.

При выполнении расчетов может возникнуть необходимость в переходе от одних единиц измерения к другим.

Наилучшими с точки зрения качества локальных систем управления в составе АСУТП являются регулирующие органы, изначально обеспечивающие близкие к линейным расходные характеристики. Основным недостатком перепрофилирования РО и метода введения нелинейной связи можно считать необходимость сложных конструктивных преобразований исполнительных устройств (это применимо для ограниченного круга регулирующей арматуры).

 

 

Общая часть

Исполнительное устройство - звено автоматического управления

Процесс автоматического управления может быть представлен как обмен информацией между этими двумя элементами. Ко второй группе относятся элементы, не являющиеся сами источником информации, а предназначенные для преобразования физической природы сигналов воздействия. Устройство отбора информации осуществляет преобразование «параметр процесса — сигнал стандартной природы и диапазона». Исполнительное устройство выполняет преобразование: «командный сигнал регулирующего устройства—изменение расхода вещества (или энергии), участвующего в процессе».

Исполнительным устройством называется элемент САУ, непосредственно воздействующий на технологический процесс в соответствии с командной информацией, поступающей от регулятора или устройства дистанционного управления. Командная информация поступает на исполнительное устройство в виде определенного стандартного сигнала, например в виде постоянного тока в диапазоне 0-5 мА или давления сжатого воздуха 0,2-1 кгс/см². Получая командный сигнал, исполнительное устройство за счет изменения проходного сечения регулирующего органа вырабатывает регулирующее воздействие на процесс в виде изменения расхода вещества (или энергии). В соответствии со своим назначением исполнительное устройство в общем случае состоит из трех основных блоков:

- позиционера, предназначенного для управления исполнительным механизмом путем подвода к нему энергии, создающей перестановочное усилие;

- исполнительного механизма, предназначенного для преобразования энергии в перестановочное усилие, необходимое для перемещения затвора регулирующего органа;

- регулирующего органа, преобразующего перемещение затвора в изменение расхода среды.

Входной сигнал от регулирующего устройства поступает на сумматор, где он складывается с сигналом от датчика обратной связи. В случае наличия рассогласования оно усиливается в усилителе и поступает на пилотный элемент, который изменяет проходные сечения в линиях подвода или сброса рабочего агента из рабочей полости исполнительного механизма. Давление в рабочей полости, воздействуя на мембрану или поршень, создает перестановочное усилие на подвижную систему, состоящую из выходного звена исполнительного механизма, штока или вала регулирующего органа и соединительных элементов. Перестановочное усилие исполнительного механизма, взаимодействуя с другими силами, действующими на подвижную систему (усилие упругости пружины, силы трения в сальнике, усилия на затвор со стороны регулируемой среды), обеспечивает перемещение затвора. На дроссельной паре происходит преобразование хода затвора в изменение пропускной способности регулирующего органа (Kv), и, наконец, изменение пропускной способности регулирующего органа вызывает изменение расхода среды через него. Структура исполнительного устройства имеет многочисленные обратные связи.

Общая задача исследования статических и динамических погрешностей, вносимых исполнительным устройством в контур управления, может быть значительно ограничена. Во-первых, в случае применения исполнительного механизма с позиционером наличие обратной связи по положению выходного элемента обеспечивает линейность исполнительного механизма (или статическую характеристику заданной формы) с высокой точностью. В настоящее время для исполнительных устройств, применяемых в комплекте с позиционерами, погрешность ходовой характеристики (командный сигнал — перемещение затвора исполнительного устройства) не превышает 2,5 %, что несравненно меньше, чем статическая погрешность, вносимая регулирующим органом. Большие значения погрешности регулирующего органа, т. е. зависимости «перемещение затвора — изменение расхода», объясняются многими факторами, из которых основные:

- погрешности пропускной характеристики, вносимые при профилировании затвора;

- наличие в гидравлической системе других гидравлических сопротивлений, расположенных последовательно с исполнительным устройством;

- повышение коэффициента гидравлического сопротивления исполнительного устройства при работе его на вязких жидкостях.

Что же касается динамических свойств исполнительного устройства, то здесь мы имеем обратную картину. Запаздываниями в регулирующем органе, не имеющем, как правило, значительных объемов, можно пренебречь. С другой стороны, наличие довольно значительных объемов рабочей полости исполнительного механизма вносит большую динамическую ошибку. Кроме того, исполнительный механизм с позиционером представляет собой систему нелинейных звеньев, охваченную отрицательной практически безынерционной обратной связью, поэтому скорость перемещения выходного элемента в принципе ограничена условием обеспечения устойчивости исполнительного механизма. Общая задача исследования работы исполнительного устройства, сводится к двум более конкретным задачам: исследование статических свойств регулирующего органа и исследование динамики исполнительного механизма. Исполнительные устройства подразделяются по виду исполнительного механизма и по типу регулирующего органа.