Исполнительные устройства

Устройство автоматической системы управления, воздействующее на технологический процесс в соответствии с полученным от управляющего устройства командным сигналом, называется исполнительным устройством. Выходным параметром исполнительного устройства (ИУ) является расход вещества или энергии, поступающих в объект управления или выходящих из него, а входным — командный сигнал управляющего устройства.

Исполнительное устройство содержит, как правило, несколько функциональных блоков: усилитель мощности; исполнительный механизм; регулирующий орган; датчик положения; блок обратной связи; блок сигнализации крайних положений; блок ручного управления.

В зависимости от конкретных условий структура и конструкция ИУ могут существенно различаться. Например, если управляющим воздействием является изменение потока электроэнергии (в аппаратах с электрообогревом, в электролитических ваннах, в электролизерах), то необходимость в исполнительном механизме и регулирующем органе отпадает, а роль исполнительного устройства играет усилитель. В ряде устройств регулирующий орган является частью технологического оборудования. Например, при формовании полимерных пленок, асбестоцементных плит, металлического проката толщина изделия регулируется за счет изменения расстояния между прокатными валками, которые и являются в данном случае регулирующим органом.

Замечание

Структура исполнительного устройства может быть разнообразной. Например, микропроцессорная техника позволяет регуляторы встраивать в исполнительные устройства, тем самым превращая ИУ в комбинированные устройства для управления различными технологическими параметрами.

По виду действия ИУ делятся на нормально открытые (НО) и нормально закрытые (НЗ). При прекращении подвода энергии, создающей перестановочные усилия, проходное сечение нормально открытого ИУ полностью открывается (рис. 74, а), нормально закрытого ИУ — полностью перекрывается (рис. 74, б).

Исполнительные устройства типа НО целесообразно применять, когда при аварийном прекращении подачи воздуха в исполнительный механизм безопасно иметь открытую технологическую линию (трубопровод). В противном случае применяют исполнительные устройства типа НЗ. Например, в ректификационной колонне на технологических линиях подачи исходного сырья и теплоносителя для его подогрева, а также на линиях отбора высококипящего и низко-кипящего компонентов ставят исполнительные устройства типа НЗ; на линиях же подачи пара в куб ректификационной колонны и орошения в верхнюю часть (укрепляющую) ректификационной колонны устанавливают исполнительные устройства типа НО. В случае аварийной ситуации ректификационная колонна работает «сама на себя». Из такого состояния ректификационную колонну легче вывести на заданный режим, чем из состояния полного ее останова.

А б

Рис. 74. Схемы клапанов с мембранными исполнительными механизмами:

а — нормально открытый (НО); б — нормально закрытый (НЗ); / — шток; 2 — пружина; 3 — мембрана; 4 — затвор; 5 — седло

Исполнительное устройство является «рабочей лошадкой» процессов управления. Одно из главных требований к ИУ — высокая надежность работы. В большинстве современных контуров управления используются датчики и регуляторы без движущихся частей. Единственным элементом контура, содержащим движущиеся части, остается исполнительное устройство. Следовательно, оно наиболее подвержено износу и коррозии и требует повышенного внимания для того, чтобы находиться в рабочем состоянии. К сожалению, исполнительное устройство является также и наиболее затратным элементом контура регулирования. На его долю приходится от 50 % до 75 % капитальных затрат на контур регулирования и до 90 % затрат на ремонт и текущие расходы.

Правильный выбор и расчет исполнительных устройств имеет первостепенное значение, поскольку погрешности в их работе непосредственно влияют на качество управления.

Основными функциональными блоками ИУ являются исполнительный механизм и регулирующий орган.

3.4.1. Регулирующие органы

Регулирующий орган (РО) — техническое средство изменения материального или энергетического потока, влияющего на регулируемую величину в ОУ. Это устройство, непосредственно воздействующее на ОУ для поддержания заданного значения регулируемой величины или изменения ее по заданному закону. Регулирующие органы различаются по непрерывности воздействия на расход рабочей среды, по конструкции, по пропускным характеристикам, по типоразмерам, по материалам, применяемым для их изготовления, области применения.

Для непрерывного регулирования расхода жидкостей и газов в химической промышленности широко применяются дроссельные РО, представляющие собой переменное гидравлическое сопротивление для протекающей рабочей среды. Изменение расхода рабочей среды осуществляется за счет изменения проходного сечения РО.

Распространены также устройства для регулирования расхода рабочей среды изменением располагаемого напора. К этому классу РО можно отнести приводы с регулируемой угловой скоростью вращения, устройства для ее изменения.

Для регулирования расхода сыпучих материалов применяются питатели: ленточные, шнековые, скребковые, дисковые, лопастные и т. д.