Классификация исполнительных устройств

Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО) объекта.

Большинство управляющих воздействий в нефтепереработке, нефтедобыче и нефтехимии реализуется путем изменения расходов веществ (например, сырья, топлива, кубового остатка колонны и т.д.).

Уравнение статики ИУ для расхода F жидкости или газа может быть описано как

F = F(ΔP, ν, ρ, C₁, C₂, …),

где ΔP – перепад давления на РО, ν - вязкость, ρ – плотность, С_i – некоторые параметры, зависящие от конструкции РО, режима истечения потока и т.д. Отсюда видно, что расход F может быть изменен путем:

- изменения ΔP (насосные ИУ),

- ν или ρ (реологические ИУ),

- коэффициентами C_i (дроссельные ИУ).

 

 

Исполнительные устройства насосного типа

Структура ИУ насосного типа представлена на рисунке 2.24, где обозначено: u – управляющее воздействие со стороны регулятора, ИМ – исполнительный механизм (привод), РО – регулирующий орган (насос), Х_р – параметр, изменяющий производительность насоса (частота вращения вала, ход поршня и т.д.).

Для данных ИУ, как правило, давление на выходе Р_вых больше, чем давление на входе Р_вх, а перепад давления на РО определяется как ΔР = Р_вых – Р_вх.

Насосные ИУ делятся на три класса:

1) С вращательным движением РО:

а) шестеренчатые – зубья шестеренок создают со стенками корпуса множество объемов, посредством которых жидкость из всасывающей линии подается в нагнетательную (см. рисунок 2.25); обратный ток жидкости существенно меньше, так как при зацеплении шестеренок между собой остаточные объемы невелики;

б) шиберные – при вращении шиберы (см. рисунок 2.26) центробежными силами прижимаются к корпусу и образуют с ним переменные объемы: на всасывающейся линии увеличивающиеся, на нагнетательной – уменьшающиеся;

в) винтовые – перекачка производится винтовым шнеком;

г) центробежные – изменение расхода происходит за счет изменения входной скорости в полости ротора насоса.

2) С поступательным движением РО:

а) поршневые;

б) мембранные;

в) сильфонные.

 

 

Исполнительные устройства реологического типа

Некоторые жидкости и дисперсионные системы могут изменять вязкость под действием электрического поля (например, вазелиновое, трансформаторное, касторовое масла, олефины, алюмосиликаты и др.), т.е. F = F(ν).

Преобразователь в ИУ данного типа осуществляет изменение электромагнитного поля в РО в зависимости от u, которое в свою очередь влияет на ν. При этом расход F на РО изменяется пропорционально.

Структура ИУ реологического типа изображена на рисунке 2.27.

 

Исполнительные устройства дроссельного типа

Эти ИУ нашли преимущественное распространение в силу универсальности и простоты. В зависимости от u ИМ изменяет какой-либо параметр дросселя РО, что приводит к изменению расхода F.

Пропускной характеристикой дросселя называется зависимость расхода F от перепада давления ΔР = Р_вх – Р_вых, положения РО и т.д.

Зависимость F(ΔР) для турбулентного потока:

F = γ ,

где , S – площадь сечения потока, ξ – коэффициент местного сопротивления, ρ – плотность.

Виды ИУ дроссельного типа:

1) Плунжерные – расход регулируется путем изменения площади проходного сечения, образованного парой «седло-затвор» (см. рисунок 2.29). Форма затвора подбирается таким образом, чтобы пропускная характеристика F = F(h) была линейна (h – положение штока).

2) Шланговые – расход регулируется сжиманием гибкого шланга (тип ПШУ-1).

3) Диафрагмовые – используют гибкие мембраны.

Рисунок 2.29

4) Заслоночные – используют заслонки в виде дисков, вращающихся в сечении трубопровода.

5) Краны – используют затворы, выполненные в виде цилиндра, усеченного конуса или сферы с проходным отверстием; расход регулируется поворотом затвора на определенный угол.

6) Задвижки – расход регулируется плоской задвижкой, перемещающейся перпендикулярно оси трубопровода.

 

Исполнительные механизмы

Стандартные исполнительные механизмы (ИМ) работают в комплекте с РО, образуя вместе ИУ, и классифицируются:

- по виду энергии, создающей перестановочное усилие (электрические, пневматические, гидравлические и др.);

- по виду движения (прямоходовые, однооборотные и многооборотные);

- по принципу создания перестановочного усилия (мембранные, поршневые, сильфонные, лопастные, электромагнитные, электродвигательные и др.).

Пневматические ИМ нашли широкое распространение благодаря простоте конструкции, низкой стоимости, надежности, способности работать в пожаро- и взрывоопасных условиях. Недостатки: ограниченность расстояния от регулятора до места установки ИУ (обычно до 200 м), низкое быстродействие, низкий класс точности.

Входным сигналом этих ИМ является давление сжатого воздуха Р_u (см. рисунок 2.30), которое, воздействуя на мембрану, создает усилие

F = S_эф (Р_u – Р_о),

где P_u – управляющее давление,

Р_о – начальное давление, при котором создается движение плунжера,

S_эф – эффективная площадь мембраны.

 

Электрические ИМ имеют преимущества: высокое быстродействие, компактность, доступность источника энергии, большие перестановочные усилия. Недостатки: дороговизна, необходимость мер защиты во взрыво- и пожароопасных условиях.

Подразделяются на электродвигательные (привод от двигателя) и электромагнитные.

Промышленность выпускает практически только электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В:

- многооборотные (МЭМ),

- однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360º,

- прямоходовые (МЭП).

Пример маркировки: МЭО-0,63/10-0,25 (однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н^.м, время хода 10 с, номинальный ход 0,25 оборота).

 

3 Функциональные схемы автоматизации

Условные обозначения

Все местные измерительные и преобразовательные приборы, установленные на технологическом объекте, изображаются на функциональных схемах автоматизации (ФСА) в виде окружностей (см. рисунок 2.31, а, б).

 

 

Если приборы размещаются на щитах и пультах в центральных или местных операторных помещениях, то внутри окружности проводится горизонтальная разделительная линия (см. рисунок 2.31, в, г). Если функция, которой соответствует окружность, реализована в системе распределенного управления (например, в компьютеризированной системе), то окружность вписывается в квадрат (см. рисунок 2.31, д).

Внутрь окружности вписываются:

- в верхнюю часть - функциональное обозначение (обозначения контролируемых, сигнализируемых или регулируемых параметров, обозначение функций и функциональных признаков приборов и устройств);

- в нижнюю - позиционные обозначения приборов и устройств.

Места расположения отборных устройств и точек измерения указываются с помощью тонких сплошных линий.

Буквенные обозначения средств автоматизации строятся на основе латинского алфавита и состоят из трех групп букв:

1 буква - Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:

D - плотность,

Е - любая электрическая величина,

F - расход,

G - положение, перемещение,

Н - ручное воздействие,

К - временная программа,

L - уровень,

М - влажность,

Р - давление,

Q - состав смеси, концентрация,

R - радиоактивность,

S - скорость (линейная или угловая),

Т - температура,

U - разнородные величины,

V - вязкость,

W – масса.

2 буква (необязательная) - уточнение характера измеряемой величины:

D - разность, перепад,

F - соотношение,

J - автоматическое переключение,

Q - суммирование, интегрирование.

3 группа символов (несколько букв) - функции и функциональные признаки прибора:

I - показания,

R - регистрация,

С - регулирование,

S - переключение,

Y - преобразование сигналов, переключение,

А - сигнализация,

Е - первичное преобразование параметра,

Т - промежуточное преобразование параметра, передача сигналов на расстояние,

К - переключение управления с ручного на автоматическое и обратно, управление по программе, коррекция.

Дополнительные условные обозначения преобразователей сигналов и вычислительных устройств приведены в таблице 2.2.

Букву S не следует применять для обозначения функции ре­гулирования (в том числе позиционного).

Буква Е применяется для обозначения чувствительных эле­ментов, т. е. устройств, выполняющих первичное преобразова­ние, например, термометров термоэлектрических (термопар), термометров сопротивления, сужающих устройств расходоме­ров.

Буква Т обозначает промежуточное преобразование — ди­станционную передачу сигнала. Ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной передачей показа­ний, например, бесшкальных манометров (дифманометров), ма­нометрических термометров с дистанционной передачей и дру­гих подобных приборов.

Буква K применяется для обозначения приборов, имеющих станцию управления, т. е. переключатель для выбора вида управления (автоматическое, ручное) и устройство для дистан­ционного управления.

Буква Y рекомендуется для построения обозначений преоб­разователей сигналов и вычислительных устройств.

Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на втором—одна.

Буква U может быть использована для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Расшифровка этих величин приводится около прибора или на поле чертежа. Для конкретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) необходимо указывать наименование или символ измеряемой величины, например, «Напряжение», «Ток», рН, О2 и т. д.

Для обозначения величии, не предусмотренных данным стан­дартом, могут быть использованы резервные буквы В, N, О; при этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Резервные буквенные обозначения должны быть расшифрованы на схеме. Вводной и той же документации не допускается применение одной резервной буквы для обозначения разных величии.

 

Таблица 2.2 - Дополнительные условные обозначения преобразователей сигналов и вычислительных устройств

Наименование

Обозначение

Род энергии сигнала: электрический пневматический гидравлический Форма сигнала: аналоговый дискретный Операции, выполняемые вычислительным устройством: суммирование умножение величины сигнала на постоянный коэффици­ент К перемножение величин двух и более сигналов деление величин друг на друга возведение величины сигнала f в степень n извлечение из величины сигнала корня степени n логарифмирование дифференцирование интегрирование изменение знака сигнала ограничение верхнего значения сигнала ограничение нижнего значения сигнала Связь с вычислительным комплексом: передача сигнала на ЭВМ вывод информации с ЭВМ

Е Р G А D S К ´ : f^n lg dx/dt X(-1) Max min Bi Вo

 

Условные обозначения других приборов, используемых на схемах, показаны на рисунке 2.32:

- исполнительный механизм (общее обозначение). Положение регулирующего органа при прекра­щении подачи энергии или управляющего сиг­нала не регламентируется, – рисунок 2.32, а;

- исполнительный механизм, открывающий регули­рующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала, – рисунок 2.32, б;

- исполнительный механизм, закрывающий регули­рующий орган при прекращении подачи энер­гии или управляющего сигнала, – рисунок 2.32, в;

- исполнительный механизм, оставляющий регули­рующий орган в неизменном положении при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала, - рисунок 2.32, г;

- исполнительный механизм с дополнительным руч­ным приводом (обозначение может применяться в сочетании с любым из дополнительных зна­ков, характеризующих положение регулирующе­го органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала), – рисунок 2.32, д;

- автоматическая защита из системы противоаварийной защиты (ПАЗ, см. рисунок 2.32,е);

- технологическое отключение (включение) из системы управления (см. рисунок 2.32, ж);

- регулирующий орган (задвижка, клапан и т.д.), – рисунок 2.32, и;

- регулирующий клапан, открывающийся при прекращении подачи воздуха (нормально открытый), – рисунок 2.32, к;

- регулирующий клапан, закрывающийся при прекращении подачи воздуха (нормально закрытый), – рисунок 2.32, л;

- управляющий электропневматический клапан, – рисунок 2.32, м;

- отсекатель с приводом (запорный клапан), – рисунок 2.32, н;

- электрозадвижка, – рисунок 2.32, п;

- пневмоотсекатель, – рисунок 2.32, р;

- отборное устройство без постоянно подключенного прибора (служит для эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия характеристик и т. п.), – рисунок 2.32, с.

 

 

 

Рисунок 2.32

Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации

(В скобках указаны примеры типов приборов)

 

	Первичный измерительный преобразователь для измерения температуры, установленный по месту (например, термоэлектрический преобразователь (термопара), термопреобразователь сопротивления, термобаллон манометрического термометра, датчик пирометра и т.д.). Пример: термоэлектрический термометр ТХА‑0515 градуировки ХА; датчик Метран-201-ТХА гр. ХА.
	Прибор для измерения температуры показывающий (термометры ртутный, манометрический и т.д.). Пример: термометр …
	Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на щите (милливольтметр, логометр, потенциометр (типа КСП и др.), мост автоматический (типа КСМ и др) и т.д.).
	Прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Пример: Преобразователь термоЭДС в стандартный токовый сигнал 0…5 мА, гр. ХА, марка Ш-72.
	Прибор для измерения температуры одноточечный регистрирующий, установленный на щите (милливольтметр самопишущий, логометр, потенциометр и т.д.).
	Прибор для измерения температуры с автоматическим обегающим устройством регистрирующий, установленный на щите (термометр манометрический, милливольтметр, потенциометр, мост и т.д.). Пример: Автоматический электронный потенциометр ТСП-4 градуировки ХА (для термопар ТХА).
	Прибор для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, установленный на щите (термометр манометрический, милливольтметр, потенциометр и т.д.). Пример: Автоматический электронный потенциометр ТСП-4 градуировки ХА (для термопар ТХА) с блоком пневматического регулятора.
	Регулятор температуры бесшкальный, установленный по месту (дилатометрический регулятор температуры и д.р.).
	Комплект для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, снабженный станцией управления, установленный на щите (пневматический вторичный прибор, например, ПВ 10.1Э системы «Старт» с регулирующим блоком ПР 3.31).
	Прибор для измерения температуры бесшкальный с контактным устройством, установленный по месту (реле температурное).
	Байпасная панель дистанционного управления, установленная на щите.
	Переключатель электрических цепей измерения (управления), переключатель для газовых (воздушных) линий, установленный на щите.
	Прибор для измерения давления (разряжения), показывающий, установленный по месту (любой показывающий манометр, дифманометр, напоромер и т.д.). Пример: Электроконтактный манометр ЭКМ-1, пружинный манометр ОБМ1-160.
	Прибор для измерения перепада давления показывающий, установленный по месту (дифманометр показывающий).
	Прибор для измерения давления (разряжения) бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (дифманометр бесшкальный с пневмо- или электропередачей). Пример 1: Преобразователь абсолютного давления Сапфир-22М-ДА-2020 с верхним пределом измерений 2,5...10 кПа. Пример 2: Манометр сильфонный с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа типа МС-П1.
	Прибор для измерения давления (разряжения) регистрирующий, установленный на щите (самопишущий манометр или любой другой вторичный прибор для регистрации давления).
	Прибор для измерения давления с контактным устройством, установленный по месту (реле давления).
	Прибор для измерения давления (разряжения) показывающий с контактным устройством, установленный по месту (электроконтактный манометр и т.д.).
	Регулятор давления прямого действия «до себя».
	Первичный измерительный преобразователь для измерения расхода, установленный по месту (диафрагма, сопло Вентури датчик индукционного расходомера и т.д.). Пример: Диафрагма камерная ДК 6-100 (давление 6 кгс/см^2, условный диаметр 100 мм).
	Прибор для измерения расхода бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (бесшкальный дифманометр, ротаметр с пневмо- или электропередачей). Пример 1: Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДД-2420 с верхним пределом измерений 2,5...10 кПа. Пример 2: Дифманометр сильфонный с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа типа ДС‑П1.
	Прибор для измерения соотношения расходов регистрирующий, установленный на щите (любой вторичный прибор для регистрации соотношения расходов).
	Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту (дифманометр или ротаметр показывающий и т.д.). Пример 1: Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДД-2420 с верхним пределом измерений 2,5...10 кПа. Пример 2: Дифманометр сильфонный с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа типа ДС‑П1.
	Прибор для измерения расхода интегрирующий показывающий, установленный по месту (любой счетчик-расходомер с интегратором).
	Прибор для измерения расхода показывающий интегрирующий, установленный на щите (показывающий дифманометр с интегратором).
	Прибор для измерения расхода интегрирующий с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного количество вещества, установленный по месту (счетчик-дозатор).
	Первичный измерительный преобразователь для измерения уровня, установленный по месту (датчик электрического или емкостного уровнемера). Пример 1: Уровнемер буйковый с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа типа УБ-П. Пример 2: Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДД-2420 с верхним пределом измерений 2,5...10 кПа.
	Прибор для измерения уровня показывающий, установленный по месту.
	Прибор для измерения уровня с контактным устройством, установленный по месту (реле уровня).
	Прибор для измерения уровня с контактным устройством бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей).
	Прибор для измерения уровня бесшкальный регулирующий с контактным устройством, установленный по месту (электрический регулятор-сигнализатор уровня с блокировкой по верхнему уровню).
	Прибор для измерения уровня показывающий с контактным устройством, установленный на щите (вторичный показывающий прибор с сигнализацией верхнего и нижнего уровня). Пример: Электроконтактный манометр ЭКМ-1.
	Прибор для измерения плотности раствора бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (датчик плотномера с пневмо- или электропередачей).
	Прибор для измерения размеров показывающий, установленный по месту (толщиномер).
	Прибор для измерения любой электрической величины показывающий, установленный по месту.
	Вольтметр.
	Амперметр.
	Ваттметр
	Прибор для управления процессом по временной программе, установленный на щите (командный пневматический прибор, многоцепное реле времени и т.д.).
	Прибор для измерения влажности регистрирующий, установленный на щите (вторичный прибор влагомера и т.д.).
	Первичный преобразователь для измерения качества продукта, установленный по месту (датчик рН-метра и т.д.).
	Прибор для измерения качества продукта показывающий, установленный по месту (газоанализатор на кислород и т.д.).
	Прибор для измерения качества продукта регистрирующий регулирующий, установленный на щите (вторичный самопишущий прибор регулятора концентрации серной кислоты в растворе и т.д.).
	Прибор для измерения радиоактивности показывающий с контактным устройством, установленный по месту (прибор для показаний и сигнализации предельно допустимых значений a и b-излучений).
	Прибор для измерения частоты вращения привода регистрирующий, установленный на щите (вторичный прибор тахогенератора).
	Прибор для измерения нескольких разнородных величин регистрирующий, установленный по месту (самопишущий дифманометр-расходомер с дополнительной записью давления и температуры).
	Прибор для измерения вязкости раствора показывающий, установленный по месту (вискозиметр показывающий).
	Прибор для измерения массы продукта показывающий с контактным устройством, установленный по месту (устройство электронно-тензометрическое сигнализирующее и т.д.).
	Прибор для контроля погасания факела печи бесшкальный с контактным устройством, установленный на щите (вторичный прибор запально-защитного устройства; применение резервной буквы В должно быть оговорено на поле схемы).
	Преобразователь сигнала, установленный на щите (входной и выходной сигналы – электрические; нормирующий преобразователь и т.д.).
	Преобразователь сигнала, установленный по месту (входной сигнал пневматический, выходной – электрический; электропневмопреобразователь ЭПП-63 и т.д.).
	Устройство, выполняющее функцию умножения на постоянный коэффициент К.
	Пусковая аппаратура для управления электродвигателем (магнитный пускатель, контактор и т.д.; применение резервной буквы N должно быть оговорено на поле схемы).
	Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления, установленная на щите (кнопка, ключ управления, задатчик и т.д.).
	Аппаратура для ручного дистанционного управления, снабженная устройством для сигнализации, установленная на щите (кнопка с лампочкой и т.д.).
	Ключ управления, предназначенный для выбора управления, установленный на щите.