Пневматический пропорционально-интегральный регулятор Советский патент 1991 года по МПК G05B11/58 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим устройст- вам регулирования технологических параметров: давления, температуры, влажности и т.д., и является дополнительным к авт.св. Ms 1246051.

По основному авт.св. № 1246051 известен пневматический пропорционально-ин- тегральный регулятсф, содержащий пропорциональное звено, емкость и переменный дроссель настройки времени изодрома, многомембранный элемент сравнения с первым постоянным дросселем на входе в его первую плюсовую камеру и три переключающих клапана, управляющие камеры которых соединены с каналом командного сигнала, входы пропорционального звена соединены с входными каналами задания и параметра, а выход его через первый переключающий клапан подключен к выходному каналу, через переменный дроссель - к -емкости и единичному входу пропорционального звена, выход которого также подключен к первой минусовой камере многомембранного элемента сравнения, выход которого соединен с его другой минусовой камерой и входом второго переключающего клапана, с другой плюсовой камерой элемента сравнения соединен выход третьего переключающего клапана, один вход которого подключен к выходному каналу регулятора, другой вход первого переключающего клапана подключен к каналу дистанционного управления, а также задатчик опорного давления, второй и третий постоянные дроссели и два встречно включенных и параллельно установленных пневматических диода со сдвигом, выходы которых подключены к емкости и перЕЮму постоянному дросселю, а входы диодов через второй постоянный дроссель соединены с первым выходом второго переключающего клапана, другой выход которого через третий постоянный дроссель подключен также к емкости, а задатчик опорного давления подключен к другому входу третьего переключающего клапана.

Однако отсутствие возможности оперативного (без перехода на режим дистанционного управления) изменения выходного сигнала регулятора по команде, например от оператора,снижает функциональные возможности регулятора, не позволяет производить коррекцию положения исполнительного механизма системы регулирования в режиме автоматического управления, т.е. в регуляторе отсутствует режим коррекции. Такая необходимость оперативного вмешательства в работу регулятора возникает при различных нарушениях технологического режима, особенно, если об этих нарушениях заранее стало известно оператору (например, при проведении плановых ремонтных профилактических мероприятий). Это снижает динамическую точность процесса регулирования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем коррекции выходного сигнала и повышение

0 точности регулятора.

Поставленная цель достигается тем. что в известном пневматическом пропорционально-интегральном регуляторе дополнительно установлены четвертый и пятый

5 переключающие клапаны и четвертый постоянный дроссель, через который емкость подключена к выходам четвертого и пятого переключающих клапанов, управляющие камеры которых подключены соответствен0 но к первому и второму корректирующим каналам регулятора, вход четвертого переключающего клапана соединен с каналом питания, вход пятого переключающего клапана соединен с атмосферой.

5 На чертеже приведена принципиальная схема предложенного регулятора.

Регулятор содержит пропорциональное звено 1, емкость 2, переменный дроссель 3, многомембранный элемент 4 сравнения,

0 первый, второй и третий переключающие клапаны 5-7, первый, второй и третий постоянные дроссели 8-10, два встречно включенных и параллельно установленных диода 11 и 12 со сдвигами, задатчик 13опор5 ного давления Р0п, а также четвертый посто- янный дроссель 14, четвертый и пятый переключающие клапаны 15 и 16 и две пневматические кнопки Больше 17 и Меньше 18.

0 Входы пропорционального звена 1 соединены с входными каналами задания Р3 и параметра Рп, выход его РВых через переключающий клапан 5 соединен с выходным каналом Рим (исполнительный механизм)

5 регулятора и одним входом третьего переключающего клапана 7, другой вход которого подключен к задатчику 13 опорного давления Р0п. Другой вход первого переключающего клапана 5 может быть подклю0 чен к каналу Рду дистанционного управления. Выход Ро многомембранного элемента 4 сравнения через второй переключающий клапан 6, второй постоянный дроссель 9 и диоды 11, 12 соединен с емкостью 2, единичным

5 входом пропорционального звена 1, через первый постоянный дроссель 8 - с первой плюсовой камерой элемента сравнения 4 и через третий постоянный дроссель 10 - с другим выходом второго переключающего клапана 6. Выход РВЫХ пропорционального

звена 1 подключен также к первой минусовой камере элемента 4 сравнения, а через переменный дроссель 3 - к емкости 2. Другой плюсовой вход элемента 4 сравнения подключен к выходу третьего переключающего клапана 7, Управляющие камеры переключающих клапанов 5-7 соединены с каналом Рком командного сигнала. Управляющая камера четвертого переключающего клапана 15 подключена к первому корректирующему каналу Р«1, управляющая камера пятого клапана 16 - к второму корректирующему каналу РК2.

Выходы четвертого и пятого переключающих клапанов 15, 16 соединены вместе и через четвертый постоянный дроссель 14 подключены к емкости 2, Вход четвертого переключающего клапана 15 соединен с каналом питания, вход пятого клапана 16 - с атмосферой. Корректирующие сигналы каналом Рк1 и РК2 снимаются соответственно с выходов пневматических кнопок 17 Больше и 18 Меньше, входы кнопок 17, 18 соединены с каналом питания.

Регулятор работает следующим образом.

Предварительно задатчиком 13 устанавливают опорное давление Роп, а на диодах 11 и 12 выставляются положительные сдвиги Дн и Де (Дн 0, Дв 0) , равные Дн Ро - Рн и Де, Рв - Роп; где Рн и Рв - нижнее и верхнее значения заданного диапазона изменения выходного сигнала Рвых пропорционального звена 1. Значение опорного давления выбирается внутри заданного диапазона изменений Рвых. Если Р«п (Рн + Рв)/2, то сдвиги на диодах будут одинаковыми: Дн Де (Рв - Рн)/2.

В режиме автоматического управления в корректирующих каналах сигналы РК1 и Р«2 обычно равны нулю (0 кПа), командный же сигнал Рком всегда равен нулю (0 кПа), вследствие чего выходной канал Рим (исполнительный механизм) соединяется с выходом Рвых пропорционального звена 1 через первый переключающий клапан 5. Выходной сигнал Роп задатчика 13 через третий клапан 7 подключен к плюсовой камере элемента 4 сравнения, выходной сигнал (Р0), которого через второй клапан б и дроссель 9 поступает на входы диодов 11, 12. Оба диода 11,12 закрыты при выполнении условия Рн Рвых Рв, т.е. пока выходной сигнал Рвых изменяется внутри заданного диапазона, регулятор работает в линейном режиме и реализует стандартный пропорционально-интегральный закон регулирования.

Если выходной сигнал Рвых, изменяясь, становится больше верхнего граничного уровня Рв, давление Р0 на выходе элемента 4 сравнения уменьшается, а диод 12 пере5 ходит в проводящее состояние (открывается). Действительно, диод 12 открывается, если в статическом режиме давление Pv в емкости 2 становится больше суммы давлений Ро на выходе элемента 4 сравнения и

0 усилия Де пружины диода, т.е.

Pv Ро+ А,(1)

где Ро PV + Роп - Рвых (в статическом режиме), а Дв Рв - Роп, тогда выражение (1) перепишется в виде:

PV РОП - РВ РОП

или

PV PV - Рвых + Рв, или

0 -Рвых+ Рв, те. Рвых Рв.

0Таким образом, условие (1) эквивалентно условию РВЫХ РВ, при выполнении которого открывается диод 12. Благодаря этому начинается уменьшение давления в емкости 2 и, соответственно, выходного сигнала Рвых

5 до восстановления равенства Рвых Рв.

Аналогично при уменьшении выходного сигнала Рвых ниже граничного значения Рн давление Р0 на выходе элемента 4 сравнения увеличивается, а сопло диода 11 откры0 вается. В результате давление в емкости 2 и сигнал Рвых на выходе пропорционального звена 1 увеличивается до выполнения условия Рвых Рн.

В отличие от известных регуляторов

5 процесс ограничения выходного сигнала не

сопровождается автоколебаниями, так как

элемент 4 сравнения реализует операцию

непрерывного суммирования. Кроме того,

для улучшения динамики процесса ограни-1

0 чения выходного сигнала установлены первый 8 и второй 9 постоянные дроссели ( j#0,18 и 0,32 мм).

В режиме дистанционного управления 5 подается командный сигнал Рком, равный единице (140 кПа), вследствие чего переключаются клапаны 5-7. Управление исполнительным механизмом осуществляется от канала дистанционного управления Рду, 0 Давление канала Рду через переключающий клапан 7 поступает в плюсовую камеру элемента 4 сравнения, выход которого через переключающийся клапан 6 и третий постоянный дроссель 10 0,5 мм) теперь подклю- 5 чен к емкости 2. Таким образом, на базе элементов 2, 4, 6, 8 и 10 набирается интег ральное звено, в качестве регулируемой переменой к которому подается выходной сигнал Рвых пропорционального звена 1, а в

качестве задания -давление канала дистанционного управления Рду.

Интегральное звено, набранное на элементах 2, 4, 6, 8, и 10, изменяет давление Pv Е емкости 2 до выполнения условия РВых ±Рим, т.е. давление РВЫХ следит за давлением в выходном канале Рим регулятора. Таким образом, переход на режим автоматического управления осуществляется без скачка давления в выходном канале Рим регулятора даже при неравенстве регулируемой величины Рп ее заданному значению Р3.

При работе в автоматическом режиме управления (Рком 0), если возникла необходимость изменить выходной сигнал регулятора, например увеличить, подается команда РК1, равная единице (МО кПа - давление питания), в первый корректирующий

1знал (команда Больше). По этой команде открывается четвертый клапан 15 и емкость

2через четвертый постоянный дроссель 14 соединяется с каналом питания. Давление в емкости 2 и на единичном входе пропорционального звена 1 увеличипается со скоростью, величина которой зависит от проводимости дросселя 14. Увеличение давления в емкости 2 - выходного сигнала интегрального звена - приводит к увеличению выходного давления регул юра. Когда выходное давление регулятора достигнет требуемого значения, следует снять команду Больше, для чего кнопка 17 отпускается, переключающий клапан 15 закрывается, а регулятор продолжает реализацию ПИ-за- кона в пределах заданного диапазона давлений.

Аналогично, если необходимо уменьшить выходное давление регулятора, подается команда Меньше, для чего нажимается кнопка 18, При этом в корректирующий канал Рк2 подается давление питания, которое открывает клапан 16. Емкость 2 через дроссель 14 соединяется с атмосферой, и давление с емкости уменьшается, а значит, уменьшается и выходное давление регулятора. Когда выход регулятора уменьшится до требуемого значения, кнопка 18 отпускается, давление из канала Рк. сбрасывается, а регулятор продолжает реализацию требуемого закона управления в пределах заданного диапазона давлений.

В отличие от базового регулятора при использовании предлагаемой схемы появляется возможность оперативной коррекции (в режиме автоматического управления - без перевода системы регулирования на дистанционное управление) выходного сигнала регулятора. Это расширяетфункциопальные возможности регулятора. Причем путем подачи командных сигналов Рк1 и Рк2 можно корректировать выходной сигнал регулятора при переходе на режим автоматического управления, например устранять

скачки давления в выходной линии Рим регулятора. Кроме того, сигналы РК1, Рк2 можно подавать от автоматического логического устройства, выходы которого могут подаваться сразу на несколько предлагаемых

регуляторов. Такое оперативное вмешательство в работу регулятора (и особенно регуляторов) при различных возмущениях технологического режима, т.е. подача упреждающих воздействий на исполнительные механизмы (если о нарушениях технологического процесса известно заранее или еще до начала изменения регулируемых параметров),позволяет повысить динамическую точность процесса регулирования, расширить область применения регулятора.

Формула изобретения Пневматический пропорционально-интегральный регулятор по авт.св. N 1246051,

отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем коррекции выходного сигнала в автоматическом режиме и повышения точности, в нем дополнительно установлены

0 четвертый и пятый переключающие клапаны и четвертый постоянный дроссель, через который емкость подключена к выходам четвертого и пятого переключающих клапанов, управляющие камеры которых подклю5 чены соответственно к первому и второму корректирующим каналам регулятора, вход четвертого переключающего клапана соединен с каналом питания, вход пятого переключающего клапана - с атмосферой.

0

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим устройствам регулирования технологических процессов. Целью изобретения является расширение функциональных возможно 8 стей путем коррекции выходного сигнала и повышение точности регулирования. В предлагаемом регуляторе дополнительно установлены четвертый 15 и пятый 16 переключающие клапаны и четвертый постоянный дроссель 14, через который емкость 2 подключена к выходам клапанов 15 и 16, управляющие камеры которых подключены соответственно к первому и второму корректирующим каналам регулятора, вход клапана 15 соединен с каналом питания, вход клапана 16 соединен с атмосферой. Пневматический пропорционально-интегральный регулятор может найти широкое применение в химической, нефтехимической, машиностроительной и других отраслях промышленности, где необходимо регулирование технологических параметров. 1 ил. Ё ком Os ЧЭ 00 00 ю