АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ИХ ТИПЫ
Структурная схема автоматического регулятора непрямого действия представлена на рис. 3.2. В состав такого регулятора, как правило, входят: первичный (передающий) измерительный преобразователь 1; задающее устройство (задатчик) 2; сумматор 3; измерительный блок 4; регулирующий блок 5; исполнительный механизм 6 и устройство корректирующей обратной связи 7, несколько вариантов включения которого приведены на рисунке.
Рисунок 3.2 – Структурная схема автоматического регулятора непрямого действия
В соответствии с классификацией автоматических систем регулирования автоматические регуляторы подразделяются на:
а) стабилизирующие, программные, следящие, самонастраивающиеся (экстремальные);
б) реагирующие на отклонения регулируемого параметра или возмущения, а также того и другого;
в) непрерывного действия и дискретного действия (релейные, импульсные);
г) линейные и нелинейные.
Автоматические регуляторы характеризуются значительным разнообразием по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т. п. Основные признаки, по которым классифицируются промышленные автоматические регуляторы:
1. По виду регулируемого параметра - регуляторы температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, соотношения потоков, состава и содержания вещества и т. и. Необходимо отмети., что современные регуляторы непрямого действия являются универсальными регулирующими устройствами, предназначенными для регулирования различных технологических параметров. При использовании таких регуляторов специфические особенности имеет только первичный измерительный преобразователь, измеряющий регулируемую величину, и вторичный измерительный преобразователь, преобразующий измеренное значение регулируемого параметра в эквивалентное значение унифицированного электрического или пневматического сигнала.
2. По способу действия - регуляторы прямого и непрямого действия
Регуляторы непрямого действия по виду энергии, используемой для создания управляющего воздействия, подразделяются в свою очередь на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.
Электрические регуляторы являются основным типом регулирующих устройств, применяемых в черной металлургии. Преимуществами электрических регуляторов являются сравнительная простота реализации сложных схем автоматического регулирования; питание от всегда имеющихся на металлургическом объекте централизованных электрических сетей без специальных источников электроснабжения; большое быстродействие при передаче, переработке и отображений информации, выработке и передаче регулирующих сигналов; практически не ограниченный радиус действия; легкость монтажа и демонтажа; возможность создания систем регулирования без подвижных частей.
Недостатками электрических регуляторов являются невозможность применения во взрывно- и пожароопасных зонах и, как следствие этого, повышенная стоимость дополнительного обеспечения взрыво- и пожаробезопасности серийных регуляторов при необходимости работы по взрыво-и пожароопасных зонах; сравнительная сложность наладки и эксплуатации (особенно электронных регуляторов), требующая высокой квалификации обслуживающего персонала и оснащения эксплуатационных служб дорогостоящими средствами для испытания и наладки регуляторов.
Пневматические регуляторы применяются во взрывоопасных и пожароопасных зонах при небольших расстояниях (до 300 м по трассе передачи пневматического сигнала) от пунктов управления до объекта регулирования.
Преимуществами пневматических регуляторов являются простота всех элементов регуляторов, невысокая стоимость, сравнительная простота в обслуживании и наладке, взрыво-и пожарозащищенность.
Недостатками пневматических регуляторов являются инерционность, ограниченность линий связи (до 300м), нечувствительность к небольшим импульсам из-за сжимаемости воздуха как рабочей среды; жесткие требования к очистке воздуха от пыли, влаги и масла, вследствие чего требуется применение специальных установок очистки воздуха (УОВ) с обязательным резервом; зависимость от колебаний температуры и давления внешней среды.
Гидравлические регуляторы применяются, как правило, при непосредственном размещении элементов регулятора в зоне объекта регулирования.
Преимуществами гидравлических регуляторов являются сравнительная простота и надежность в работе; большие перестановочные условия, развиваемые гидравлическими исполнительными механизмами при их небольших габаритах; высокие чувствительность и быстродействие; плавное регулирование.
Недостатками гидравлических регуляторов являются ограниченная дальность (по горизонтали 150м, по вертикали 50м); зависимость рабочих характеристик от температуры и вязкости рабочей жидкости; необходимость в специальном источнике питания рабочей жидкостью (как правило - маслом); усложненные по сравнению с пневматическими системами командные линии, так как требуются обратные трубопроводы; трудность реализации сложных законов регулирования; возможность загрязнения системы из-за отложений примесей; огнеопасность (если рабочая жидкость - масло); необходимость иметь рабочие и резервные насосы. Из-за перечисленных выше недостатков гидравлические регуляторы в черной металлургии применяются, как правило, лишь в составе комбинированных АСР.
Комбинированные регуляторы применяются, если необходимо использовать отдельные преимущества электро-, пневмо- или гидрорегуляторов.
При этом сопряжение линий электрической связи с пневматическими и гидравлическими линиями осуществляют с помощью специальной преобразующей пневмо- и гидроэлектрической аппаратуры, с одной стороны, и электропневматической и электрогидравлической - с другой. Например, в случае нахождения регулирующего органа во взрывоопасной зоне используют электропневматический принцип регулирования. Датчик и исходные формирующие и задающие устройства регулятора, а также линии связи до объекта регулирования, находящегося во взрывоопасной зоне, выполняются с использованием электрической энергии, а исполнительный механизм и линии связи в пределах взрывоопасной зоны выполняют с использованием энергии сжатого воздуха. Если датчик также находится во взрывоопасной зоне, то он выполнен либо с использованием энергии сжатого воздуха, либо во взрывобезопасном исполнении.
Электрический сигнал от регулятора на границе взрывоопасной зоны с помощью электропневмопреобразователя преобразуется в эквивалентный пневматический сигнал, который уже по пневматическим линиям связи поступает на пневматический исполнительный механизм. Если датчик также необходимо разместить во взрывоопасной зоне, то его выбирают с пневматическим выходным сигналом, который с помощью уже пневмоэлектропреобразователя преобразуется в эквивалентный электрический сигнал, который передается по электрическим линиям связи на электрический регулятор.
3. По характеру связи между входной и выходной величинами регуляторы подразделяются на регуляторы непрерывного и дискретного действия.
Регуляторами непрерывного действия называются регуляторы, у которых при непрерывном измерении входной величины выходная величина изменяется также непрерывно.
Регуляторами прерывистого действия называются регуляторы, у которых при непрерывном изменении входной величины выходная величина изменяется дискретно, только в определенные моменты времени, в интервале между которыми регулирующее воздействие постоянно. Регуляторы прерывистого действия часто называют дискретными. Так же как и системы регулирования, регуляторы дискретного действия подразделяются на релейные и импульсные.
Регуляторы также классифицируются по: конструктивному исполнению (приборные, аппаратные, агрегатные и модульные или элементные); числу регулируемых величин (одноканальные и многоканальные); количеству сигналов, поступающих на вход регулятора (одноимпульсные, двух-импульсные и т. д.); ряду других признаков.