Практическое занятие № 6 Тема: Исполнительные механизмы и современные системы управления пневмоприводом
I. Цель работы: Получение практических навыков при организации современных систем управления пневмоприводом в аналоговом и дискретном режимах.
II. Оборудование:
• лабораторная универсальная установка;
• лабораторный универсальный стенд;
• воздушный компрессор;
• система подготовки редуцирования и подачи сжатого воздуха
• пневматическое односедельное устройство ПОУ 7;
• электропневматический преобразователь;
• электропневматический клапан;
• цифровой мультиметр и измерительный прибор АКИП-2201;
• модуль вывода управляющих сигналов МВУ 8
• персональный компьютер с ПО «Конфигуратор МВУ 8»
III. Пояснения к работе: Краткие теоретические сведения
Регулирование потоков жидкостей и газов технологического процесса осуществляют исполнительные механизмы (регулирующие клапаны, задвижки и заслонки). Исполнительные механизмы с пневматическим приводом предназначены для преобразования изменений давления воздуха, поступающего на вход мембранного исполнительного механизма (МИМ) в перемещение регулирующего органа. Регулирующий орган изменяет расход потока жидкости, газа, пара и т. п. на объекте управления, и тем самым вызывает изменение регулируемого технологического параметра. В зависимости от конструкции регулирующего органа различают нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ) клапаны. Статические характеристики МИМов близки к линейным. Сжатый воздух подается по медным или ПВХ трубам, которые присоединяют к штуцеру МИМ. Схема мембранного исполнительного механизма (МИМа) показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Мембранный исполнительный механизм, установленный на регулирующем клапане: 1 - регулирующий орган; 2 - шток; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - сальник
Перемещение выходного штока 2, соединенного с регулирующим органом 1, в одну сторону осуществляется силой, которая создается давлением Р, в другую — усилием пружины 3 (рис. 1). Давление управляющего воздуха Р поступает в мембранный исполнительный механизм и создает усилие, которое уравнивается пружиной 3. Таким образом, ход штока 2 привода пропорционален величине управляющего давления. Регулирующие органы И.М. должны устанавливаться на на прямолинейных участках технологических трубопроводов. Запорная арматура для обводных линий и прочие устройства, искажающие поток, должны быть удалены от регулирующего органа на расстоянии 10-15 диаметров трубопровода, как перед регулирующим органом, так и после него. Регулирующие органы должны быть без заклинивания и заеданий перемещаться от одного крайнего положения до другого.
Исполнительные механизмы устанавливают в хорошо освещенных местах, не подверженных вибрации, удобных для обслуживания, эксплуатации и ремонта в соответствии с требованиями техники безопасности. Монтаж исполнительных механизмов необходимо проводить по технологической и технической документации.
Для уменьшения зоны гистерезиса и улучшения динамических характеристик МИМов на исполнительный механизм устанавливают дополнительные усилители мощности, называемые позиционерами. На рисунке 2 представлены регулирующие клапана с пневматическими исполнительными механизмами и позиционерами.
Исполнительные механизмы с пневматическим приводом могут работать в дискретном и в аналоговом режимах управления.
Рис. 2 Внешний вид запорно-регулирующего клапана
При работе в дискретном режиме применяются электропневматические клапана (ЭПК), которые преобразуют управляющий электрический сигнал, поступающий на соленоид (электромагнит) клапана в дискретный пневматический сигнал (20кПа или 100кПа).При этом исполнительный механизм может находиться в двух позициях: открытом или закрытом т.е. регулирование будет двухпозиционное (дискретное). Такое регулирование применяется, когда требуется произвести экстренное отключение с последующим включением технологического параметра, с целью предотвращения аварийной ситуации. Для работы исполнительных механизмов с пневматическим приводом в аналоговом режиме управления применяются электропневматические преобразователи типа ЭП, которые преобразуют электрический аналоговый управляющий сигнал токовая петля (от 0 до 5мА; от 4 до 20мА) в пневматический аналоговый сигнал от 20кПа до 100кПа. При этом перемещение штока регулирующего органа будет пропорционально значению давления, поступающему от ЭП.
Современные АСУТП базируются на применении микропроцессорной техники, промышленных компьютерных сетей, позволяющих создавать, как централизованные, так и распределительные системы управления исполнительными механизмами. Наибольшее распространение получили распределительные системы с применением микропроцессорных устройств, таких как программируемые логические контроллеры (ПЛК), модули вывода управляющих сигналов (МВУ8) и регуляторы- измерители (ТРМ). Данные системы работают автономно, но при этом вся технологическая информация о ходе процесса управления поступает по промышленной сети RS485 непосредственно в компьютер, где происходит её визуализация и архивация с последующим протоколированием. Это позволяет произвести анализ работы системы управления и всего технологического оборудования в целом.
Алгоритм работы системы управления разрабатывается непосредственно в ПЛК, а управление исполнительными механизмами осуществляется от МВУ8, который формирует, как дискретный так и аналоговый сигнал (от 4мА до 20мА), поступающий соответственно на ЭПК или на ЭП, как было описано выше.