5.1.  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ИЗМЕРЕНИЯ И АВТОМАТИЗАІЩИ

Управление технологическими процессами во многих отраслях промышленности строится на базе пневматических средств автоматизации, которые применяются как самостоятельно, так и в комплексах с электрическими, гидравлическими и комбинированными приборами и устройствами.

Наиболее широкое применение пневматика находит при проектировании автоматизации взрыво- и пожароопасных технологических процессов, а также процессов, ход которых проходит сравнительно медленно. Широкое распространение пневматических систем объясняется в первую очередь физическими свойствами воздуха как рабочего тела. При изменении температуры они изменяются мало, благодаря чему характеристики приборов, работающих на воздухе, остаются в широком диапазоне температур более стабильными, чем у приборов, работающих на

жидкостях. Одним из достоинств пневматических систем является их неподверженность радиационным и магнитным воздействиям.

Кроме того, пневматические устройства, основанные на взаимодействии свободных струй, не изменяют рабочих параметров .при вибрационных перегрузках.

Пневматические средства автоматизации характеризуются большими функциональными возможностями, простотой конструкции и высокой надежностью. С помощью средств пневмоавтоматики можно реализовать алгоритм управления практически любой сложности.

Основной недостаток пневматических систем — запаздывание передачи сигнала. Однако быстродействие средств автоматики при автоматизации многих технологических процессов не является решающим фактором.

Другим недостатком пневматических систем являются повышенные требования к осушке и очистке сжатого воздуха.

В настоящее время комплекс технических средств пневмоавтоматики позволяет

построить всю систему управления или регулирования.

Однако в зависимости от требований по точности и быстродействию этот вопрос следует решать лишь после всестороннего изучения характеристик объекта управления, условий его эксплуатации, сравнения с системами других типов, а также с учетом требований по простоте, надежности и экономичности системы.

Пневматические системы автоматизации строятся на базе широкой номенклатуры различных пневматических приборов и средств автоматизации. Основное развитие получила «Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики» (У СЭППА).

Система УСЭППА состоит из ограниченного числа унифицированных элементов непрерывного и дискретного действий, каждый из которых предназначен для выполнения определенной операции. Такими элементами являются: элементы памяти и сравнения, сумматоры, усилители мощности, повторители, задатчики, пневматические реле, резисторы, кнопки и т. п. Элементы просты по своему устройству и имеют сравнительно небольшие размеры. Большинство из них выполнено по схеме компенсации усилия. Конструкция элементов рассчитана на установку их на специальных платах с внутренними коммутационными каналами, что обеспечило возможность широкой унификации.

Перечень и основные технические характеристики элементов системы УСЭППА приведены в табл. 5.1.

На базе элементов УСЭППА построен комплекс приборов «Старт».

В состав комплекса входят вторичные измерительные приборы и станции управления, регулирующие приборы, различные функциональные блоки и вспомогательные устройства. Комплекс «Старт» составляет центральную часть пневматической ветви Государственной системы промышленных приборов (ГСП), в составе которой кроме аппаратуры «Сгарт» имеются датчики; электропневматические, пневмоэлектрические и пневмогидравлические преобразователи; исполнительные механизмы; регулирующие органы; аппаратура питания и вспомогательные устройства.

При построении систем автоматизации применяются также и другие пневматические приборы и вспомогательные устройства для измерения температуры, давления, расхода, уровня и т. п., не входящие в состав УСЭППА или системы «Старт», но приспо

собленные к сочетанию с элементами и модулями упомянутых систем. Эти устройства могут самостоятельно решать задачи автоматизации и являться датчиками и первичными приборами для УСЭППА и системы «Старт».

Источником энергии для пневматических приборов и средств автоматизации является сухой и очищенный сжатый воздух.

В ГОСТ 26.015-81 и ГОСТ 13053-76 предусмотрены следующие стандартные значения входных и выходных сигналов пневматических приборов и устройств:

0,02—0,1 МПа — рабочий диапазон изменения входных и выходных аналоговых сигналов;

О    и 1 — условные сигналы (в двоичном коде) в качестве входных и выходных дискретных сигналов (до 0,01 МПа — при значении сигнала О, от 0,11 до 0,14 МПа — при значении 1 давление сжатого воздуха);

0,14—0,014 МПа — давление сжатого воздуха питания;

0,14; 0,25; 0,4 и 0,6 МПа с допустимым отклонением ± 10% — давление воздуха питания для приводов исполнительных механизмов.

Проектирование пневматической автоматической системы управления или регулирования представляет собой решение двух взаимосвязанных вопросов: синтеза оптимальной структуры автоматической системы регулирования и выбора типа и параметров настройки регулятора и другой аппаратуры, обеспечивающей нормальную эксплуатацию регулируемого объекта или процесса.

Успешному решению указанных вопросов обычно предшествует изучение и анализ особенностей объекта автоматизации, исходных данных на проектирование, требований, предъявляемых к аппаратуре контроля и управления.

Существенной особенностью, влияющей на проектирование пневматической автоматической системы регулирования, является то, что в пневмоавтоматике традиционно функции контроля, регулирования и ручного дистанционного управления часто совмещаются в одних и тех же многофункциональных приборах. Например, вторичные измерительные приборы с встроенными станциями управления выполняют одновременно функции контроля, формирования сигнала задания и ручного дистанционного управления; датчик используется одновременно для контроля и регулирования.

Таким образом, задача проектирования пневматической автоматической системы ре-

гулирования сводится в конечном счете к тому, чтобы обеспечить требуемые режимы технологического процесса, работы оборудования и аппаратуры автоматизации при минимальных затратах средств на ее приобретение, монтаж, наладку и эксплуатацию.

При проектировании пневматических систем автоматизации технологических процессов приходится одновременно решать простые и сложные задачи. Последние имеют место, когда ход технологического процесса характеризуется не одной, а несколькими взаимосвязанными регулирующими величинами.

Существует большое разнообразие автоматических систем регулирования, отличающихся друг от друга различными особенностями и классифицирующихся по различным признакам. Однако не все разновидности автоматических систем регулирования моі-ут быть реализованы на аппаратуре пневмоавтоматики. В связи с этим в данном справочнике рассмотрены схемы автоматических систем регулирования только следующих типов: одноконтурные стабилизирующие, программные, следящие, каскадно-связанного регулирования.