Трехпозиционный сигнал управления что такое

Трехпозиционный сигнал управления что такое

А Р – трехпозиционный регулятор

ИМ – исполнительный механизм

SP – заданное значение

SPH – заданное значение верхнего уровня

SPL – заданное значение нижнего уровня

DB –зона нечувствительности регулятора

М – сигнал регулятора «меньше»

Б – сигнал регулятора «больше»

Диапазон нечувствительности (мертвая зона) DB устанавливается с центром в заданной точке. Варианы представления зоны нечувствительности (DB):

Структурная схема трехпозиционной системы регулирования приведена нарис. 3.11.

где: АР – трехпозиционный регулятор, ОУ – обьект управления, SP – узел формирования заданной точки (задания), Е – рассогласование регулятора, PV=X – регулируемая величина, сигналы Б (больше) и М (меньше) – управляющие воздействия, Z – возмущающее воздействие. Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) и исполнительного механизма вблизи точки его включения (слишком частого включения), предусматривается гистерезис Н (см. раздел 3.2.3).

3.2.2 Алгоритмы трехпозиционного регулирования

Алгоритм трехпозиционных регуляторов определяется статической характеристикой: зависимостью выходных сигналов YМ (меньше) и YБ (больше) от входного Х (см. рис. 3.12).

На рисунке 3.12-а представлена статическая характеристика трехпозиционной системы регулирования при обратном направлении регулирования. Зона регулирования без перекрытия. На рисунке 3.12-б представлена статическая характеристика трехпозиционной системы регулирования при прямом направлении регулирования. Зона регулирования с перекрытием. Выбор направления регулирования осуществляется в различных микропроцессорных регуляторах по разному (см. руководство по эксплуатации на соответствующую модель регулятора):

Источник

Позиционные регуляторы и двухпозицонное регулирование

Позиционный регулятор

У позиционных регуляторов регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. Наибольшее применение получили так называемые двух — и трехпозиционные регуляторы.

Действие позиционного регулятора происходит следующим образом. Контактный датчик регулятора связан с пером прибора при помощи рычажного механизма. При отклонении температуры от заданного значения подвижной контакт датчика приходит в соприкосновение с одним из боковых неподвижных контактов.

Действие позиционного регулятора основано на сравнении давления сжатого воздуха в пределах 19 6 — 98 кН / м2 ( 0 2 — 1 кгс / см2), поступающего на вход и пропорционального измеряемому параметру, и давления, устанавливаемого задатчиком, встроенным в прибор.

Поверку позиционного регулятора выполняют при 5 — 6 значениях заданного значения РЗ, устанавливаемых равномерно по шкале манометра 4 при работе регулятора на минимум. Затем по полученным данным определяют абсолютные и относительные погрешности прибора в поверяемых точках.

Среди позиционных регуляторов наиболее часто применяют двух-и трехпозиционные регуляторы, в которых регулирующий орган в зависимости от знака отклонения регулируемого параметра может занимать одно из двух или трех фиксированных положений.

Выбор релейного позиционного регулятора основан на характеристиках, определяющих частоту и период автоколебаний в зависимости от зоны нечувствительности. Если последние не превосходят допустимых, то тогда для рассматриваемой системы регулирования пригоден двухпозиционный регулятор.

В позиционных регуляторах зону нечувствительности называют дифференциалом регулятора. Здесь зона нечувствительности обусловлена не только трением и технологическими зазорами, но и конструкцией регулятора. Величина дифференциала может быть изменена при настройке регулятора.

В позиционном регуляторе регулирующий орган может занимать, в зависимости от значения регулируемого параметра, только несколько вполне определенных положений, например в двухпозиционном регуляторе положения открыто, закрыто, причем перемещение из одного положения в другое происходит практически мгновенно.

В позиционных регуляторах зону нечувствительности называют дифференциалом регулятора. Здесь зона нечувствительности зависит от конструкции регулятора. Зачастую величина дифференциала может быть изменена при настройке.

В позиционных регуляторах и сигнализаторах давления используются те же чувствительные элементы, которые служат для измерения давления в манометрах, вакуумметрах и дифманометрах: мембраны, сильфоны и трубчатые пружины. Характерным примером позиционного регулятора давления может служить сигнализатор падения давления сильфонный — СПДС. Он применяется для сигнализации падения давления неагрессивных газов и жидкостей ниже заданной величины. Чувствительным элементом является сильфон, развивающий определенное усилие под действием измеряемого давления и воздействующий на ртутный контакт.

В позиционных регуляторах и сигнализаторах уровня в качестве чувствительных элементов применяют поплавок или мембрану. Принцип действия мембранных чувствительных элементов основан на воздействии давления контролируемого вещества на резиновую мембрану, вмонтированную в стенку емкости. Для сигнализации уровня сыпучих материалов в качестве чувствительного элемента используются электрические проводники, действие которых основано на зависимости проводимости электрической цепи от изменения степени погружения проводников ( электродов) в слой сыпучего материала.

В позиционном регуляторе изменения регулируемого параметра влияют лишь на знак регулирующего воздействия. Скорость и характер перемещения регулирующего органа постоянны. В зависимости от числа возможных положений регулирующего органа позиционные регуляторы делятся на двух — и трехпозиционные.

В позиционном регуляторе изменения регулируемого параметра влияют лишь на знак регулирующего воздействия. Скорость и характер перемещения регулирующего органа постоянны. В зависимости от числа возможных положений регулирующего органа позиционные регуляторы делятся на двух — и трехпозиционные. В двухпозиционных регуляторах регулирующий орган может занимать только два положения: открыто — закрыто, включено — выключено.

Двухпозиционный регулятор

Двухпозиционный регулятор — наиболее дешевый и поэтому наиболее распространенный тип регулятора. Устройства такого типа используются в системах отопления, холодильниках, водяных резервуарах. Если текущее значение переменной меньше заданного значения, то регулятор включен и его выходной сигнал максимальный. Если регулируемая переменная превышает заданное значение, то регулятор выключен и его выходной сигнал равен нулю. Из-за наличия механического трения или искрения электрических контактов переключение регулятора фактически происходит после некоторого отклонения регулируемой переменной ниже или выше заданного значения. Этот интервал ( зона нечувствительности) может быть по желанию увеличен, что приведет к уменьшению частоты включений регулятора и, следовательно, к меньшему его износу.

Двухпозиционные регуляторы теоретически формируют выходной сигнал, равный либо 0 % ( выключено), либо 100 % ( включено) в зависимости от знака рассогласования. Независимо от амплитуды синусоидального отклонения параметра от заданного значения такие регуляторы образуют прямоугольную волну с амплитудой, равной единице. Для определения численного значения коэффициента передачи любого устройства его выходной сигнал выражают в той же форме, что и входной. Так, 100 % — ную прямоугольную волну представляют в виде синусоиды, амплитуда которой в 4 / я раз больше амплитуды прямоугольной волны.

Двухпозиционный регулятор обеспечивает высокий коэффициент передачи контура регулирования при больших отклонениях параметра. Очевидно, в контур регулирования нужно одновременно устанавливать двухпозиционный и линейный регуляторы. Дополнительным доводом в пользу установки двухпозиционных регуляторов в контур с большим отклонением параметра, а линейных — с малым является то, что первые лучше реагируют на изменение заданного значения параметра, а вторые — на изменение нагрузки.

Двухпозиционный регулятор воздействует на контур регулирования с максимальной скоростью, но вызывает перерегулирование параметра, возрастающее с увеличением емкости элементов контура. При этом растет и время демпфирования колебаний параметра. На рисунке приведены кривые изменения во времени регулируемой и промежуточной переменных, а также выходного сигнала регулятора при увеличении заданного значения параметра. Из графика следует, что для получения минимального времени регулирования необходимо уменьшить выходной сигнал регулятора от 100 % до величины, соответствующей номинальной нагрузке q, в момент, когда промежуточная переменная достигнет заданного значения.

Двухпозиционные регуляторы могут успешно применяться для регулирования объектов, обладающих малым запаздыванием своего действия, значительной емкостью и небольшой чувствительностью. В других случаях они не могут обеспечить удовлетворительного качества регулирования вследствие больших переходных отклонений температуры от предписанного значения.

Двухпозиционный регулятор пилот, установленный в ГРП котельных, позволяет приспособить к нему приборы телемеханического управления.

Двухпозиционные регуляторы называют регуляторами открыто — закрыто. В трехпозиционных регуляторах регулятор может, кроме двух крайних, занимать еще одно промежуточное фиксированное положение, а в многопозиционных — несколько промежуточных положений.

Двухпозиционные регуляторы имеют сравнительно ограниченную область применения. Многие технологические процессы требуют регуляторов с пропорциональной или статической характеристикой.

Двухпозиционный регулятор позволяет применять форсунки с менее широким диапазоном регулирования, так как при этом они должны хорошо работать только при двух режимах подачи мазута и воздуха, а не во всем диапазоне регулирования производительности форсунки.

Двухпозиционные регуляторы являются регуляторами приборного типа. В комплект этих регуляторов входит прибор, с помощью которого измеряется значение регулируемой величины. Этот же прибор содержит элементы для установки заданного значения регулируемой величины и элементы двухпозиционного регулирования.

Двухпозиционные регуляторы могут дополняться стабилизирующими и другими устройствами, позволяющими существенно улучшить процесс регулирования.

Двухпозиционные регуляторы выпускают пневматические и электрические.

Позиционное регулирование

Позиционное регулирование используют при вспашке полей с малоизменяющимся рельефом, а также при работе с навесными машинами, требующими точной установки относительно трактора.

Позиционное регулирование дает хорошие результаты в системах с большими емкостями, позволяющими аккумулировать холод. В этом случае увеличиваются интервалы между пуском и остановкой агрегатов и сглаживается колебание параметра.

Позиционное регулирование предназначено для работы с машинами-орудиями, не имеющими опорных колес, а также с машинами, работающими над поверхностью поля, например, с навесными опрыскивателями, разбрасывателями удобрений на полях с выровненным рельефом.

Позиционное регулирование холодопроизводительности Ъсу-ществляется путем включения и выключения главных эжекторов. При нескольких эжекторах для этого требуется герметически разделить полости испарителя и конденсатора, связанные с отдельными эжекторами, так как иначе при выключении любого эжектора давления в компрессоре и испарителе выравняются.

Позиционное регулирование СКЗ осуществляют, задавая край-1 ние значения величин тока СКЗ или разности потенциалов труба — земля, которые являются точками регулировки. Изменения режима СКЗ, при которых величины не достигают крайних значений, не вызывают включений регулирующего органа.

Позиционным регулированием называется такое регулирование, когда при непрерывном изменении параметра регулирующий орган начинает действовать только при достижении этим параметром крайних заданных значений. Применяемый в этом случае регулятор носит название позиционного регулятора. Позиционные регуляторы применяются для регулирования температуры мазута и теплоносителя в емкостях.

Закон позиционного регулирования предусматривает дискретные воздействия на объект путем задания определенных положений исполнительному органу.

Процессы позиционного регулирования являются процессами автоколебательными. Основными параметрами автоколебательных процессов являются их амплитуды и периоды колебаний.

Для позиционного регулирования и сигнализации в приборы встраивают контактные устройства. Модификации приборов имеют также пневматические устройства. Корпуса приборов обеспечивают настенный или щитовой монтаж.

Источник

Регулирующий клапан – электропривод, МИМ или позиционер?

Многие задачи автоматизации технологических процессов в той или иной мере требуют плавного изменения параметров рабочей среды. Это может быть поддержание нужного расхода теплоносителя на входе в теплообменник, или заданного давления воздуха внутри рабочей камеры пневмоцилиндра для регулировки усилия прижима, или поддержание соотношения газ/воздух при подаче топлива в горелку котла и т. д. Эти и многие другие задачи требуют применения регулирующих клапанов для их решения.

1. Клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением

Одним из наиболее распространённых типов регулирующих клапанов являются клапаны с электроприводом и трёхпозиционным управлением, который в народе часто называют «больше/меньше». Данный способ управления характеризуется наличием трёх состояний клапана: открывается (сигнал «больше»), закрывается (сигнал «меньше») и не изменяет состояния (оба сигнала: и «больше» и «меньше» отсутствуют).

Электроприводы с таким способом управления применяются как совместно с запорно-регулирующими клапанами (линейное перемещение рабочего органа), так и совместно с регулирующими шаровыми кранами или заслонками (поворот рабочего органа). В обои случаях принцип работы электропривода одинаковый: подача одного из сигналов «больше» или «меньше» приводит к вращению электромотора в различных направлениях, а редуктор преобразует это вращение в линейное (для клапанов) или поворотное (для кранов) движение. При этом необходимость обеспечения высокого выходного момента заставляет использовать редукторы с большим передаточным отношением, что приводит к уменьшению скорости работы привода.

Время полного хода регулирующих клапанов с электроприводом составляет, как правило, от нескольких десятков до нескольких сотен секунд. Для многих медленно протекающих процессов быстродействие не является критичным и на первый план при выборе выходят цена и общая надёжность конструкции. Примером таких процессов может служить задача поддержания температуры в контурах отопления или горячего водоснабжения в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

2. Клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ)

Использование клапанов с электроприводом и управлением «больше/меньше» требует применения специальных регуляторов. Однако, данные регуляторы не являются редкостью, а их настройка не вызывает больших трудностей, так что этот факт следует отнести скорее к особенностям таких клапанов, а не к их недостаткам.

Впрочем, некоторые процессы для качественного управления требуют быстродействующих клапанов со временем полного хода не более нескольких секунд. Примерами таких процессов могут служить пастеризационно-охладительные установки (ПОУ) или уже упоминаемый процесс поддержания оптимального соотношения газ/воздух. Для решения этих задач используют клапаны с пропорциональным способом управления и одними из наиболее распространённых клапанов такого типа являются клапаны с мембранным исполнительным механизмом (МИМ).

Рисунок 3 — ЭПП ASCO Sentronic LP

В качестве входного сигнала управления, определяющего положение рабочего органа клапана чаще всего выступает унифицированный пневматический сигнал 20…100 кПа. При этом для подключения к электронной системе автоматики используют специальные электропневмопреобразователи (ЭПП). С помощью этих устройств унифицированный электрический сигнал 4…20 мА или 0…10 В преобразуется в пневматический сигнал управления 20…100 кПа.

Клапаны с МИМ совместно с ЭПП имеют на порядок большее быстродействие по сравнению с клапанами с электроприводом, что позволяет обеспечивать большую точность в динамическом режиме работы. Однако, такой подход при построении системы управления несёт в себе одну скрытую угрозу.

Дело в том что в цепи управления присутствует преобразование без обратной связи (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и на обоих этапах этого преобразования возможны нелинейности, вызывающие уменьшение динамической точности. Таким образом одна и та же величина сигнала управления генерируемая регулятором может приводить к различному проценту открытия клапана и, как следствие, к отличающемуся от ожидаемого воздействию на объект управления.

Рисунок 4 — Схема контура регулирования при ипользовании клапана с МИМ и ЭПП

Неточная передача управляющих воздействий на объект управления связана с естественными отклонениями реальных устройств от их идеального представления. Эти отклонения присущи любым устройствам, хотя разные модели разных производителей могут иметь различную величину данных отклонений. Применительно к пропорциональным клапанам отклонение реальных устройств от их идеальных моделей обычно характеризуют четырьмя параметрами: линейность, чувствительность, гистерезис и повторяемость.

Линейность

Характеризует отклонение реального положения рабочего органа клапана от расчётного, соответствующего текущему уровню входного сигнала. Идеальная зависимость между управляющим сигналом и положением рабочего органа клапана представляет из себя прямую линию. Однако, фактическое положение может отличаться от расчётного по ряду причин. Максимальное отклонение фактического положения от расчётного выражают в процентах и называют линейностью (или нелинейностью). На рисунке 5 характеристика идеального клапана показана чёрной линией, а реального зелёной. Для клапанов с трёхпозиционным управлением значение линейности не указывают, т. к. однозначная зависимость между сигналами управления и положением рабочего органа клапана отсутствует.

Чувствительность

Если придерживаться формального подхода, определяет минимально возможное перемещение рабочего органа клапана. Выражается в процентах от общего перемещения. Чем меньше значение чувствительности, тем более незначительные изменения управляющего сигнала может отработать регулирующий клапан. Однако, не следует забывать что частые перемещения рабочего органа на малые расстояния приводят к повышенному износу и сокращают срок службы клапана. Поэтому, чаще всего, чувствительность клапана обозначает максимально возможную точность остановки рабочего органа в требуемом положении, а для того что-бы избежать микроперемещений при работе клапана в устройстве управления Рисунок 6 – Чувствительность вводится зона нечувствительности, превышающая чувствительность клапана и предотвращающая повышенный износ.

Гистериз

Под гистерезисом регулирующих клапанов понимают разность положений рабочего органа, которые он занимает при одной и той-же величине управляющего сигнала но при движении в разных направлениях – при закрытии и открытии. Наибольшее влияние на процесс регулирования гистерезис оказывает при изменении направления движения рабочего органа. Допустим, система управления открывает клапан. При этом рабочий орган движется по нижней кривой от точки 0 до точки 1. Если в этот момент требуется изменить направление движения, система управления уменьшает величину входного сигнала, однако, положение рабочего органа клапана не изменится до тех пор пока не будет достигнута точка 2.

Высококачественные клапаны имеют небольшой гистерезис, 1…2%, который не оказывает существенного влияния на процесс управления. Однако, гистерезис некоторых типов регулирующих клапанов может достигать 10…15%, что заставляет инженеров внедрять в систему управления дополнительные устройства или программные модули для компенсации влияния гистерезиса. В процессе эксплуатации, значение гистерезиса клапана может сильно увеличиваться вследствие износа. При критическом увеличении гистерезиса его называют люфтом.

Повторяемость это способность рабочего органа клапана занимать одинаковые положения при многократной подаче на него одинаковых входных сигналов. В отличии от измерительных приборов для клапанов значение повторяемости, обычно не является критичным, т. к. повторяемости почти любого современного клапана оказывается достаточно высокой чтобы не оказывать сколько-нибудь существенного влияния на процесс регулирования. Все эти отклонения возникают в разомкнутой части системы управления (ЭПП ➝ МИМ ➝ процент открытия клапана) и их качественная компенсация без введения обратной связи является сложным процессом, требующим применения нетрадиционных регуляторов и длительной настройки на этапе пусконаладочных работ.

В связи с высокой сложностью компенсации нелинейностей в цепи управления при использовании клапанов с МИМ и ЭПП от неё часто отказываются. При этом оценить точность системы управления в динамическом режиме работы становится практически невозможно и при построении системы приходится опираться на личный опыт проектировщиков, а представления о применимости тех или иных клапанов для решения поставленных задач формируются исходя из успехов (или неудач) уже реализованных проектов. Избежать неясностей при построении подобных систем управления позволяет введение в цепь управления обратной связи по положению штока клапана с формированием второго, стабилизирующего, контура. В качестве регулятора в этом контуре используется позиционер.

Рисунок 8 — Схема контура регулирования при спользовании клапана с позиционером

3. Позиционер управления клапаном

Это устройство которое полностью берёт на себя функцию управления клапаном. Примером может служить позиционер ASCO 60566318, который устанавливается на все регулирующие клапаны серий E290(резьбовой), S290(приварной) и T290(фланцевый). После установки позиционера на клапан запускается процедура инициализации, в процессе которой позиционер в автоматическом режиме собирает всю необходимую информацию о клапане и настраивает встроенный регулятор таким образом чтобы обеспечить оптимальное управление. После завершения инициализации из системы управления достаточно подать на позиционер пропорциональный сигнал с требуемым процентом открытия клапана, а позиционер приведёт клапан в нужное положение.

Рисунок 10 — Регулирующий клапан ASCO с позиционером

Использование клапанов с позиционером позволяет скомпенсировать нелинейности на этапах преобразования пропорционального электрического сигнала от регулятора в процент открытия клапана. Благодаря этому можно почти полностью отказаться от сложной процедуры ручной настройки регуляторов, управляющих пропорциональными клапанами.

Клапан с позиционером уже имеет в своём составе замкнутый контур управления с оптимально настроенным регулятором, среди прочего в автоматическом режиме компенсирующим гистерезис и нелинейность клапана. Таким образом время пусконаладочных работ сокращается до минимума, а расчёт точности упрощается и представляет из себя один параметр – зону нечувствительности встроенного в позиционер регулятора.

Для регулирующих клапанов ASCO с позиционером заводское значение зоны нечувствительности составляет 1%. Инженерам-проектировщикам следует, однако, помнить что даже такие высокие показатели точности не гарантируют высококачественного регулирования в случае неправильно выбранного регулирующего клапана. Так, например, часто встречающейся ошибкой при проектировании систем является выбор регулирующего клапана по диаметру трубопровода на котором он устанавливается.

При таком подходе реальный расход среды через регулирующий клапан может оказаться существенно ниже номинального расхода, а значит и показатели качества процесса регулирования ухудшатся в несколько раз. Поэтому при высоких требованиях к точности регулирования следует уделить особое внимание выбору клапана с коэффициентом расхода Kv соответствующим проектируемой системе.

4. Выводы

На современном рынке технических средств автоматизации представлено большое количество различных регулирующих клапанов. Наиболее распространёнными являются три типа: клапаны с электроприводом с трёхпозиционным способом управления («больше/меньше»), клапаны с МИМ и ЭПП, клапаны с позиционером. Преимущества и недостатки каждого из них можно резюмировать следующим образом.

Клапаны с электроприводом и управлением «больше меньше»

Клапаны с МИМ и ЭПП

Клапаны с позиционером

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Быков А.Ю.

Источник