Пневматический регулятор с ограничением выходного сигнала

 

Изобретение относится к приборостроению , а именно к пневматическим устройствам регулирования технологических процессов, Целью изобретения является повышение динамической точности и упрощение конструкции регулятора. Цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе дополнительно установлены два постоянных дросселя, делитель и дроссельный сумматор на постоянных дросселях и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого связана с выходом делителя, один вход которого соединен с атмосферой, другой - с выходным каналом и одним входом дроссельного сум-; матора, другой вход которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель - к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управляющая камера которого связана с выходом дроссельного сумматора. Управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой , его проточная камера - с выходом повторителя без сдвига, а сопло второго поз вторителя со сдвигом через второй постоянный дроссель подключено к емкости (/) интегрирующего блока. 1 ил. f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 05 В 11/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854956/24 (22) 26.07.90 (46 30.01.93. Бюл, 4 4 (71) Тульский политехнический институт (72) R.È. Баженов, А.И. Бирман, А А. Говоров и В.В. Лодсевалов (56) Авторское свидетельство СССР № 531131, кл, G 05 В 11/50, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1087958, кл. G 05 В 11/50, 1983, (54) ПНЕВМАТИ4ЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР С ОГРАНИЧЕНИЕМ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим у тройствам регулирования технологических процессов. Целью изобретения является повышение динамической точности и упрощение конструкции регулятора, Цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе дополнительно установлены два постоS

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим регуляторам с интегральной составляющей в законе управления, с ограничениями выходного сигнала и защитой от насыщения.

Известны пневматические регуляторы с .ограничениями выходного сигнала и с защитой от насыщения, содержащие пропорциональные и интегральные звенья, два элемента сравнения и два задатчика верхнего и нижнего уровней ограничения..

Недостатком известных регуляторов является их низкая динамическая точность. В частности, ограничение выходного сигнала осуществляется в колебательном режиме, параметры которого (амплитуда в частоте) могут быть хуже допустимых значений.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий связанные

„„Я2„„1791794. А1 янных дросселя, делитель и дроссельный сумматор на постоянных дросселях и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого связана с выходом делителя, один вход которого соединен с атмосферой, другой — с выходным каналом и одним входом дроссельного сум-матора, другой вход которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель — к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управлявщая камера которого связана с выходом дроссельного сумматора. Управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой, его проточная камера — с выходом поворителя без сдвига, а сопла второго повторителя со сдвигом через второй постоянныл дроссель подключено к емкости интегрирующего блока. 1 ил. между собой и выходным каналом пропорциональный и интегрирующий блоки, емкость которого связана с соплом первого повторителя со сдвигом, задатчик давления и входные каналы, подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам.

Недостатком этого регулятора является сложность его конструкции -узла защиты от насыщения и ограничения выходного сигнала.

Цель изобретения — повышение динамической точности и упрощение конструкции регулятора.

Цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе, содержащем связанные между собой и выходным каналом пропорциональный блок и интегрирующий блок, емкость которого связана с соплом первого одномембранного повторителя со сдвигом, 1791794 задатчик нижнего уровня ограничения выходного давления и входные каналы; подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам, дополнительно установлены два постоянных дросселя, делитель и дроссельный сумматор на постоянных дросселях и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которо*го связана с выходом делителя, один вход к6торого соединен с атмосферой, другой — с вьФодным каналом и одним входом дроссельного сумматора, другой вход которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель — к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управляющая камера которого связана с выхо-. дом дроссельного сумматора, управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой, его проточная камера — с выходом повторителя без сдвига, а сопло второго повторйтеля со сдвигом через второй постоянный дроссель подключено к емкости интегрирующего блока.

На чертеже и риведен а и ри н ци ййал ьй а я схема предлагаемого регулятора. Регулятор содержит пропорциональйый блок 1, интегрирующий блок 2, выполненный йа основе сумматора 3, дросселя 4 и емкости 5, одномембранный. повторитель

6 без.сдвига, делитель 7 и дроссельный сумматор 8 на постоянных дросселях, задатчик

9 нижнего уровня ограниченйя -выходного давления Pesix, первый и второй одномембранные повторители 10 и 11 с положительными сдвигами Ь„и Ь, первый постоянный дроссель 12 (0,18 мм или .g 0,32 мм) и второй поСтоянный дроссель

13 (P 0,18 мм), входные. каналы Р и Рв и выходной канал Рвых.

Сопло первого повторителя 10 со сдвигом соедйнено с емкостью 5 интегрирующего блока 2 и через второй постоянный дроссель 13 — соплом второго повторителя

11 со сдвигом, управляющая камера которого соединена с атмосферой, а его проточHGA камера подключена к выходу одномембраннога повторителя 6. без сдвига, управляющая камера которого соединена с выходом делителя 7 на постоянных дросСелях, один вход которого соединен с атмосферой, другой его вход подключен к выходному каналу Рвых и одномjj вход j .дроссельного сумматора 8, Выходной канал

Рвах подключен к делителю 7 и дроссельному сумматору 8 со стороны тех входов, где установлены постоянные дросселир0,18 мм; со Стороны других оставшимися входов элементов 7, 8 установлены г1остоянные дросселиф 0,32 мм, т,е, с большим проходным сечением. Такой другой вход дроссельного сумматора 8 соединен с выходом задатчика

9 непосредственно и через первый постоянный дроссель 12 — с проточной камерой первого повторителя 10, управляющая камера которого соединена с выходом дроссельного сумматора 8;

Регулятор работает следующим образом. Предварительно на выходе задатчика

9 устанавливают давление Р*н, величина которого должна быть максимальной (Р*н

> 100 кПа), что увеличивает область нормальной работы регулятора. На первом и втором одномембранных повторителях 10, 11 устанавливаютсяя соответственно положительные сдвиги,дн и Л, такой величины, чтобы сопла этих повторителей со сдвигом открывались при выходе давления Р»х за требуемые соответственно нижний и верхний

20 уровни ограничения Рн и Р, Определим ориентировочно значения положительных сдвиговых и„ этих повторителей 10, 11, исходя из следующих соображений. Коэффициенты деления и передачи делителя 7 и дроссельного сумматора 8, каждый из которых построен на постоянных дросселяхф0,18 иф 0,32 мм, примерно равны Кд = 0,3; К1 = 0,3; К2 = 1 " К1 = 0,07.

Причем

Р2 К1Рвых + К2Р*н где Р1 — выходное давление делителя 7; Pz— выходное давление дроссельного сумматора 8.

Сопло повторителя 10 откроется, если давление Р н в его проточкой камере больШЕ СУММаРНОГО ДаВЛЕНИЯ Р2 И ПРУЖИНЫ (Ьн) в его глухой камере, т,e. hH+ Р2 P*„ где Р2 определяется по формуле (2) при

P»ix = PH, Тогда величина, сдвига Йн составит в соответствии с (3) и (2) н = Р*н Р2 = Р*н — (К1Рн К2Р*н) = .

=(1 - К2) Р*н - K1 Рвых = K1 (Р*н - Рн) (4)

При Рн = 20 кПа получим максимальное

45 значение Лн= 0,3 (100 — 20) = 24 кПа, что почти соответствует техническим характеристикам повторителей со сдвигом.

Сопло повторителя 11 открывается при

he . P1, где в сООтвегствии с выражением

50 (1) Р1 =КдРв. Тогда величина сдвига he coставит

he - =Кд Рв. . При Pe = 100 кПа получим максимальное значение he = 0,3 100 = 30 «Па, Если требуется уменьшйть полученную величину сдвига h; то следует использовать в качестве повторителя 6 повторитель с отрицательным сдвигом, что дополнительно увеличит область нормальной работы регулятора

30 . P1 = КдРввх, (1) 1791794

10

25

45

Повторители 10 и 11 в узле УЗН выполняют функции пневматических диодов, сопла которых закрыты, если выходной сигнал

Р„х изменяется внутри заданного диапазона (PH PB) т.е., Р„ -Р,ь„ Р,. При этом регулятор работает в-, линейном режиме и реализует стандартный пропорциональноинтегральный закон регулирования, Если выходной сигнал Р ы, изменяясь, ста овится больше верхнего граничного уровня Р>, то давление Р1 в нижней камере повторителя 11 будет больше усилия

Л, пружины в верхней камере, и сопла этого повторителя 11 откроется. Благодаря этому начинается уменьшение поддействием давления Р1 (через постоянный дроссель 13) давления в емкости 5, и соответственно, выходного сигнала Рвцх до восстановления равенства Рв, = Рв.

Аналогично при уменьшении выходного сигнала Рх ниже граничного уровня Р давление в проточной камере повторителя:

10 (Р*, от задатчика 8) будет больше суммарного давления Рг и пружины (Лн) в глухой камере; и сопло этого повторителя откроется, В результате давление в емкости

5 и сигнал Рвы на выходе регулятора будут увеличиваться под действием давления задатчика 9 до выполнения условия Р = Рн.

В отличие от известных регуляторов процесс ограничения выходного сигнала не сопровождается автоколебаниями, так как все элементы узла УЗН работают практиче-. ски в непрерывном режиме. Кроме того, для улучшения динамики процесса ограничения выходного сигнала установлены со стороны большего давления в узлах "сопрозаслонка" повторителей 10, 11 первый 12 и второй 13 постоянные дроссели (e0,18 мм и р0,32 мм).

Для типовой ПИ-части (регулятор ПРЗ, 31 системы "СТАРТ" ) первый постоянный дроссель 12 можно не устанавливать, при этом динамика процесса ограничения Р„, снизу (на уровне Рн) не ухудшается. Узел

УЗН реализуется на простых одномембранных повторителях и постоянных дросселях, в то время как в известных регуляторах используются многомембранные (3-х и 5-ти) элементы сравнения, За счет использования делителя и дроссельного сумматора на постоянных дросселях с разным проходным сечением увеличивается область нормальной работы регулятора, где возможно ограничение его выходного сигнала, несмотря на наличие значительного рассогласования между заданием Рз и переменной Рл, Регулятор выполнен на серийно выпускаемых блоках и элементах и подготовлен к промь|шленному использованию.

Формула изобретения

Пневматический регулятор с ограничением выходного сигнала, содержаший связанные между собой пропорциональный и интегрирующий блок и выходной канал, подключенный к выходу пропорционального блока, выход интегрирующего блока свяэан с соплом первого одномембранного

20 повторителя со сдвигом, задатчик нижнего уровня ограничения выходного давления, а также входные каналы, подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам, и сумматор, отличающийся тем, что. с целью упрощения конструкции и повышения динамической точности регулятора, в нем сумматор выполнен на постоянных дросселях, а также установлены два постоянных дросселя, делитель на постоянных дроссе30 лях, и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого свяэана с каналом между постоянными дросселями делителя, вход первого постоянного дросселя которого соединен с атмосферой, 35 вход второго постоянного дросселя кото ого соединен с выходным каналом и входом первого постоянного дросселя сумматора, вход второго постоянного дросселя которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель — к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управляющая камера -которого связана с каналом между постоянными дросселями сумматора, управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой, его проточйая камера — с выходом повтори теля без сдвига, à сопло через второй постоянный дроссель подключено к .выходу

50 интегрирующего блока.

1791794

I

I

Составитель B. Баженов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Ливринц

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 151 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5