Краткие теоретические сведения. Регулирование потоков жидкостей и газов технологического процесса осуществляют исполнительные механизмы (регулирующие клапаны

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.

IV. Подготовка к работе:

• ознакомиться с данным руководством.

• повторить теоретический материал по монтажу исполнительных механизмов и режимов работ пневмопривода.

V. Порядок выполнения работы:

1.Произвести монтаж цепей управления пневмоприводом, подключив дискретный выход МВУ 8 (восьмой канал) к ЭПК согласно схемы, представленной на рисунке 3, а аналоговый управляющий сигнал токовая петля (0мА ÷ 5мА), вырабатываемый калибратором АКИП-2201 к электропневматическому преобразователю ЭП 1324 согласно рис. 4.

Рис. 3 Схема подключения дискретного сигнала управления МВУ8 к электропневматическому клапану ЭПК

Рис. 4 Схема подключения аналогового сигнала управления токовая

петля (0мА ÷ 5мА) к электропневматическому преобразователю ЭП 1324.

Для уменьшения влияния электромагнитных помех необходимо выполнять приведенные ниже рекомендации:

- при прокладке цепей управления пневмоприводом следует выделять их в самостоятельную трассу, отделенную от силовых кабелей;

- обеспечить надежное экранирование сигнальных линий. экраны
подсоединять к заземленному контакту щита управления, который
должен быть заземлен;

2. Подать питание сжатого воздуха, включив компрессор и выставить с помощью редуктора значение давления равное 140кПа;

3. С помощью программы «Конфигуратор МВУ8» по сети RS485
установить связь между МВУ8 и компьютером. Открыть папку «Опрос
состояний Выходных Элементов» и выбрав восьмой канал МВУ8
(«Состояние ВЭ №8») задать 1, 000 в столбце «Значение». При этом
должен сработать выходной элемент (ВЭ) №8, который подаст
управляющий дискретный сигнал (+24В) на соленоид ЭПК, что приведёт к его открытию и подачи сжатого воздуха на МИМ. В результате исполнительный механизм закроется и шток переместится вниз. Необходимо измерить значение хода штока в выдвинутом положении. После чего вернуть ВЭ №8 в первоначальное положение, задав 0, 000 в столбце «Значение», при этом исполнительный механизм откроется и шток переместится вверх.

4. Проверить работу исполнительного механизма в аналоговом режиме, используя калибратор АКИП 2201, который задаёт токовый сигнал от 0 до 5мА на вход электропневматического преобразователя ЭП 1324. При этом ЭП вырабатывает унифицированный пневматический сигнал от 20кПа до 100кПа, который управляет работой пневмопривода.

Задавая с помощью калибратора следующие значения тока: 1мА, 2мА 5мА произвести измерение значений хода штока исполнительного механизма. По результатам измерений построить график зависимости перемещения штока от значения управляющего сигнала и сделать вывод о линейности данной зависимости.

VI. Задание

1. Исследовав, работу исполнительного механизма с пневмоприводом в дискретном и аналоговом режимах управления, дать описание принципа действия МИМ и современных технических средств, участвующих в данном процессе.

2. Составить отчёт в электронном виде, сделать вывод о достоинствах и недостатках пневматических исполнительных механизмах.

Контрольные вопросы:

1. Что входит в состав современных систем управления
исполнительными механизмами с пневмоприводом?

2. Какие особенности монтажа необходимо учитывать при прокладки цепей управления пневмоприводами в аналоговом режиме?

3. Какие функции выполняют позиционеры, работающие в комплекте с пневматическими исполнительными механизмами?

4. Какие требования предъявляются при установке регулирующих органов И.М. и запорной арматуры на технологических трубопроводах?

5. Как осуществить сопряжение между электрическими сигналами, поступающими для управления пневмоприводом?

Литература: ji

1. М.Л. Каменский, В.М. Каменский Монтаж приборов и систем автоматизации: М., Высшая школа, 2001, 300с.

2. Тематический каталог ПО ОВЕН. М., 2011., I

3. Руководство по эксплуатации мультиметра калибратора jl

АКИП2201: М., 2011.