Позиционер приводного механизма



Позиционер приводного механизма

 


Владельцы патента RU 2489606:

Общество с ограниченной ответственностью "Опытно-конструкторское бюро автоматики" (ООО "ОКБА") (RU)

Позиционер предназначен для пневмоприводов мембранного или поворотного типа систем автоматического регулирования. Позиционер содержит блок питания, блок расчета заданного положения штока, регулятор положения штока клапана, связанный через преобразователь с перемещением штока, регулятор давления, электропневматический преобразователь, выход которого связан с входом исполнительного механизма и через пневмоэлектрический преобразователь с входом регулятора давления. Позиционер дополнительно содержит переключатель задания давления, таймер, блок анализа переменных, блоков расчета максимальных приращений и коэффициентов настройки ПИ-регулятора. Дополнительные блоки обеспечивают автоматическую настройку регулятора положения штока в реальном масштабе времени независимо от типа приводных механизмов. Технический результат - улучшение качества управления положением клапана. 1 ил.

 

Изобретение относится к комплектующим пневмоприводов мембранного или поворотного типа систем автоматического регулирования или дистанционного управления технологическими процессами в химической промышленности, нефтехимических, нефтегазоперерабатывающих, нефтегазодобывающих и других производствах.

Основная функция позиционера - обеспечение соответствия между положением рабочего органа регулирующей арматуры и величиной входного сигнала, независимо от трения, гистерезиса и несбалансированных усилителей в пневмоприводе и арматуре.

Известен позиционер и метод его использования, включающий регулятор положения штока клапана, первый вход которого определяет заданное положение штока клапана, второй вход - текущее положение штока клапана, а выход связан с управляемым приводом, устройство обнаружения погрешности, связанное со вторым входом регулятора, устройство сравнения (Патент US 6512960, G05B 19/19, 2003).

Известен также регулятор положения, связанный пневматической линией с пневматическим приводом. Привод включает пусковой элемент предохранительного клапана и имеет электрическую шину питания для управления электропневмопреобразователем посредством коммутатора. Коммутатор регулируется схемой управления, связанной с шиной питания и установлен в регуляторе положения (Патент US 20060266966, F16K 31/02, 2006).

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является позиционер приводного механизма, содержащий блок питания, блок расчета заданного положения штока, выход которого связан с первым входом регулятора положения штока, второй вход которого через преобразователь линейного перемещения в напряжение связан со штоком клапана, а выход регулятора - с первым входом регулятора давления, второй вход которого через пневмоэлектрический преобразователь связан с входом мембранного привода клапана и выходом электропневматического преобразователя, вход которого связан с выходом регулятора давления, при этом первый выход блока питания связан с входами питания блока расчета заданного положения штока, регулятора положения штока, преобразователя линейного перемещения, регулятора давления, пневмоэлектрического и электропневматического преобразователей, а второй выход блока питания связан с вторым входом питания электропневмопреобразователя (Патент РФ 2347951, F15B 9/03, 2009).

Недостатком прототипа является возможность возникновения колебательного переходного процесса или недостаточного быстродействия устройства при применении на различных типах приводных механизмов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение качества управления положением клапана за счет устранения отмеченных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что позиционер приводного механизма, содержащий блок питания, блок расчета заданного положения штока, выход которого связан с первым входом регулятора положения штока, второй вход которого через преобразователь линейного перемещения в напряжение связан со штоком клапана, а выход регулятора - с первым входом регулятора давления, второй вход которого через пневмоэлектрический преобразователь связан с входом мембранного привода клапана и выходом электропневматического преобразователя, вход которого связан с выходом регулятора давления, при этом первый выход блока питания связан с входами питания блока расчета заданного положения штока, регулятора положения штока, преобразователя линейного перемещения, регулятора давления, пневмоэлектрического и электропневматического преобразователей, а второй выход блока питания связан с вторым входом питания электропневмопреобразователя, согласно изобретению дополнительно содержит переключатель задания давления, первый вход которого связан с выходом регулятора положения, второй вход - с выходом таймера, первый выход связан с первым входом регулятора давления, второй выход - с первым входом блока анализа переменных, второй вход которого связан с выходом пневмоэлектрического преобразователя, третий вход - с выходом преобразователя линейного перемещения, а первый выход через таймер и блок расчета коэффициента интегрирования - с третьим входом регулятора положения, второй выход через блок расчета максимальных приращений переменных и блок расчета коэффициента пропорциональности с - четвертым входом регулятора положения, при этом первый выход блока питания связан с входами питания переключателя задания давления, таймера, блока анализа переменных, блоков расчета коэффициента интегрирования, максимальных приращений и коэффициента пропорциональности.

Изобретение поясняется фиг.1, где представлена блок-схема позиционера.

Позиционер содержит:

- 1 - блок питания,

- 2 - блок расчета заданного положения штока,

- 3 - регулятор положения штока,

- 4 - преобразователь линейного перемещения в напряжение,

- 5 - регулятор давления,

- 6 - пневмоэлектрический преобразователь,

- 7 - мембранный привод клапана,

- 8 - электропневматический преобразователь,

- 9 - переключатель задания давления,

- 10 - таймер,

- 11 - блок анализа переменных,

- 12 - блок расчета коэффициента интегрирования,

- 13 - блок расчета максимальных приращений,

- 14 - блок расчета коэффициента пропорциональности.

Для описания работы позиционера на фиг.1 указаны шток клапана 15 и регулирующий клапан 16.

Заявляемый позиционер приводного механизма работает следующим образом. Входные цепи позиционера подключаются по «токовой петле» диапазона 4-20 мА к внешнему регулятору технологического процесса. За счет падения напряжения на последовательно включенных входных резисторах осуществляется как измерение входного тока в блоке 2, так и формирование в блоке 1 напряжений питания уровнем в 3 и 50 вольт.

Напряжение 3 В подается на входы питания блока расчета заданного положения штока 2, регулятора положения штока 3, преобразователя линейного перемещения 4, регулятора давления 5 пневмоэлектрического 6 и электропневматического 8 преобразователей, переключатель задания 9, таймера 10, блока анализа переменных 11, блока расчета максимальных перемещений 13 и блоков расчета коэффициентов интегрирования 12 и пропорциональности 14.

Напряжение 50 В дополнительно подается на второй вход питания электропневмопреобразователя 8. Энергии «токовой петли» достаточно для питания всех элементов позиционера при уровне тока не менее 3,8 мА.

По величине входного тока в блоке 2 рассчитывается заданное (желаемое) положение штока регулирующего клапана 16 в процентах от диапазона перемещения в зависимости от вида клапана (НО - нормально открытый, НЗ - нормально закрытый) и типа его пропускной характеристики (линейная, равнопроцентная).

Заданное положение штока клапана Xзад затем преобразуется в сигнал электрического напряжения U x w , который поступает на первый вход регулятора положения штока 3 в качестве задания. На второй вход регулятора поступает в качестве переменной напряжение Ux, от преобразователя линейных перемещений 4, отслеживающего ход X штока 15 клапана 16.

Регулятор положения штока 3, исходя из сигнала заданного положения штока U x w и сигнала текущего положения штока Ux формирует управляющее воздействие U p w по ПИ - закону регулирования

U p w = К П ( U x w U x ) + K И n ( U x w U x )                   (1)

где: КП - коэффициент пропорциональности;

КИ - коэффициент интегрирования.

Величина U p w в качестве текущего задания поступает на вход переключателя задания давления 9, в котором заданы величины минимального и максимального заданий U p m i n w , U p m a x w . Переключатель при первом включении питания инициирует режим настройки коэффициентов КП, КИ (режим обучения). При этом регулятору давления 5 в качестве первого шага выдается минимальное задание U p m i n w и одновременно - инициализирующий сигнал на блок анализа переменных 11.

Регулятор 5 по заданному давлению U p w и переменной величине Up, поступающей с выхода пневмоэлектрического преобразователя 6 устанавливает через электропневматический преобразователь 8 заданное управляющее давление воздуха, P в ы х min поступающего на вход пневмоэлектрического преобразователя 6 и на мембранный исполнительный механизм 7, осуществляющий перемещение штока 15.

Блок 11 фиксирует наступление установившегося режима по переменным давления Up и перемещения Uх, поступающих от пневмоэлектрического преобразователя 6 и преобразователя линейных перемещений 4 путем анализа их приращения. При | U p i U p i 1 | Δ U p min и | U x i U x i 1 | Δ U x min блок 11 посылает сигнал на включение таймера 10 и запоминания сигналов U p min и U x min в блоке 13 (где U p min , U x min - минимальные заданные значения приращений). Таймер 10 при поступлении сигнала фиксирует начало отсчета времени и инициирует работу переключателя 9, который в качестве второго шага выдает максимальное задание регулятору давления U p m a x w и одновременно иницилизирующий сигнал на блок 11.

Регулятор 5 при поступлении нового задания U p m a x w через электропневматический преобразователь 6 устанавливает максимальный выходной сигнал P в ы х max , поступающий на мембранный исполнительный механизм 7, который осуществляет максимальное перемещение Xmax штока клапана.

Блок 11 отслеживает наступление нового установившегося режима путем сравнения уровня приращений переменных Up и Ux с ограничениями Δ U p min и Δ U x min . При его установке блок 11 посылает сигналы на таймер 10 и блок 13 на запоминание сигналов U p max и U x max . Таймер 10 по этому сигналу отключает отсчет времени, при этом накопленное время является временем перехода клапана из одного крайнего положения в другое Тпер. Одновременно таймер 10 иницилизирует работу переключателя 9 и блока 12.

Блок 12 по информации о величине Tпер рассчитывает коэффициент интегрирования KИ по формуле:

K И = a T п е р ( 2 )

где: а - поправочный коэффициент, а=0,5÷1,0.

Коэффициент KИ передается на четвертый вход регулятора положения штока 3 в качестве настроечного коэффициента ПИ-регулятора.

Блок 13 при поступлении информации от блока 11 по величинам U p min , U x min , U p max , U x max рассчитывает фактические рабочие диапазоны изменения управляющего давления ΔPвых и хода штока клапана ΔX по формулам:

Δ U p = U p max U p min Δ U x = U x max U x min ( 3 )

Блок 14 по информации от блока 13 рассчитывает коэффициент пропорциональности по формуле:

K П = b Δ U p Δ U x              ( 4 )

где: b - поправочный коэффициент, b=0,5÷1,0.

Коэффициент KП поступает на третий вход регулятора положения штока 3 в качестве настроечного коэффициента ПИ-регулятора.

Переключатель 9 при получении второго сигнала от блока 10 переключает режим работы регулятора 5 по заданию с выхода регулятора положения штока клапана 3, тем самым переводя работу устройства с режима настройки (обучения) на режим нормального функционирования. При этом осуществляется автоматическая стабилизация положения штока клапана на заданном значении в зависимости от уровня тока во входной цепи, а также вида клапана и его пропускной характеристики в каскадном режиме.

Введение в устройство переключателя задания давления 9, таймера 10, блока анализа переменных 11, блока расчета коэффициента интегрирования 12, блока расчета максимальных приращений 13 и блока расчета коэффициента пропорциональности 14 позволяет оптимизировать и упростить процедуру подбора настроечных коэффициентов позиционера при его установке на промышленные регулирующие клапана разнообразного типа.

Реализация в устройстве с помощью дополнительных блоков режима настройки (обучения) коэффициентов регулятора положения штока позволяет определять эти коэффициенты автоматически при включении электрического питания независимо от типа клапана и его размеров.

В целом, введение новых блоков в известное устройство позволяет повысить качество регулирования положения штока клапана в условиях промышленных помех и установки на разнообразных типах регулирующих клапанов.

Изготовлена опытная партия позиционеров приводного механизма в количестве 10 штук. Проведены промышленные испытания позиционера, подтвердившие его надежность и высокое качество регулирования положения клапана в условиях промышленных помех.

Позиционер приводного механизма, содержащий блок питания, блок расчета заданного положения штока, выход которого связан с первым входом регулятора положения штока, второй вход которого через преобразователь линейного перемещения в напряжение связан со штоком клапана, а выход регулятора - с первым входом регулятора давления, второй вход которого через пневмоэлектрический преобразователь связан с входом мембранного привода клапана и выходом электропневматического преобразователя, вход которого связан с выходом регулятора давления, при этом первый выход блока питания связан с входами питания блока расчета заданного положения штока, регулятора положения штока, преобразователя линейного перемещения, регулятора давления, пневмоэлектрического и электропневматического преобразователей, а второй выход блока питания связан с вторым входом питания электропневмопреобразователя, отличающийся тем, что он дополнительно содержит переключатель задания давления, первый вход которого связан с выходом регулятора положения, второй вход - с выходом таймера, первый выход связан с первым входом регулятора давления, второй выход - с первым входом блока анализа переменных, второй вход которого связан с выходом пневмоэлектрического преобразователя, третий вход - с выходом преобразователя линейного перемещения, а первый выход через таймер и блок расчета коэффициента интегрирования - с третьим входом регулятора положения, второй выход через блок расчета максимальных приращений переменных и блок расчета коэффициента пропорциональности - с четвертым входом регулятора положения, при этом первый выход блока питания связан с входами питания переключателя задания давления, таймера, блока анализа переменных, блоков расчета коэффициента интегрирования, максимальных приращений и коэффициента пропорциональности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители.

Изобретение относится к дроссельным электрогидроприводам (ЭГП), предназначенным для управления исполнительными органами различных объектов, например рулями летательных аппаратов.

Изобретение относится к дроссельным электрогидроприводам (ЭГП), предназначенным для управления исполнительными органами различных объектов, например рулями летательных аппаратов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станкостроении. .

Изобретение относится к дроссельным электрогидроприводам (ЭГП), предназначенным для управления исполнительными органами различных объектов, например рулями летательных аппаратов.

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в следящих пневмо- или гидроприводах с высокоточным регулированием параметров вращения.

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в следящих пневмо- или гидроприводах различного назначения. .

Изобретение относится к области гидроавтоматики и гидропривода и может быть использовано, например, в системах управления объектов с высокими динамическими свойствами при воздействии на них электромагнитных помех, повышенной радиации и работе во взрывоопасных помещениях.

Изобретение относится к области регулирования и управления двигателями внутреннего сгорания, в частности, содержащие средства управления с электрическим приводом.

Изобретение относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и касается устройства для осуществления перестановки и следящего движения запорного органа запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепродуктопроводов.

Гидропривод предназначен для управления летательными аппаратами. Гидропривод содержит корпус 1, представляющий собой статор неполноповоротного исполнительного гидродвигателя. Корпус 1 снабжен крышкой 2 статора гидродвигателя. В расточке 3 корпуса 1 с образованием рабочих полостей 4 и 5 установлены ротор 6 гидродвигателя с валом 7 и поворотной лопастью 8, разделитель 9 рабочих полостей 4, 5. Разделитель 9 крепится к внутреннему торцу расточки 3 корпуса 1 с помощью штифтов 10. Вал 7 имеет продольные каналы 16 для подвода рабочей жидкости в полости 4, 5 от торца 17, служащего основанием гидрораспределителя. Гидрораспределитель расположен в соединенной со сливной линией 32 расточке корпуса 1 и включает торец 17 в качестве основания, крышку 18 и поворотный плоский золотник 19. Крышка 18 жестко, а плоский золотник 19 с возможностью поворота закреплены к торцу 17 вала 7 с помощью ввинченного в ротор 6 болта 20. Распорная шайба 21, установленная на пояске болта 20, служит осью поворота для золотника 19. Болт 20 имеет канал 29, соединенный с напорной линией 30. Через пакет сопряженных болтом 20 частей 17-19 гидрораспределителя проходят два сквозных отверстия 22, соосные каналам 16 и соединенные с ними. В золотнике 19 в отверстия 22 установлены втулки 23, а в крышке 18 имеют заглушки 24, закрывающие отверстия 22 со стороны, противоположной каналам 16. Втулки 23 разделяют кольцевые канавки 25 на обоих торцах золотника 19 на напорный 26 и сливной 27 секторы. Подпружиненный поршень 41 выполнен с коническим хвостовиком 42, вокруг которого в радиальных отверстиях 43 вала 7 установлены шаровые фиксаторы 44 с возможностью взаимодействия с лунками 45 в крышке 2. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей гидропривода в целом и издержек его производства, с одновременным повышением КПД, увеличением диапазона углов поворота вала до 240°, а также надежность автоматической фиксации вала в нулевом положении при хранении и транспортировании в составе основного изделия. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к программируемым гидроприводам механообрабатывающего оборудования с числовым программным управлением. Гидропривод содержит одноштоковый силовой гидроцилиндр с позиционным датчиком обратной связи, гидрораспределитель с пропорциональным электромагнитом или задающим шаговым электродвигателем, при этом датчик выполнен работающим на принципе фотоэлектрического преобразования, кинематически связан со штоком гидроцилиндра через фрикционный ролик с магнитным бандажом и установлен соосно с роликом в эксцентричной втулке, обеспечивающей возможность регулирования натяга в сопряжении ролика со штоком. Технический результат - получение сквозного цифрового преобразования управляющих сигналов, упрощение конструкции и повышение надежности работы гидропривода. 2 ил.

Привод предназначен для применения в системах управления летательных аппаратов. Привод содержит двухкамерный гидродвигатель тандемного типа, два блока управления, имеющих однотипную конструкцию, каждый из которых содержит корпус с каналами, соединенными с линиями нагнетания и слива одной из двух независимых гидросистем объекта, дублированный золотниковый распределитель, состоящий из основного золотника, соосно расположенного внутри дублирующего золотника, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину с датчиком обратной связи, подпружиненный стопор, клапан кольцевания, электрогидравлические клапаны включения режима комбинированного управления и стопорения основного золотника, при этом основные золотники и шток рулевой машины каждого блока управления кинематически связаны между собой и с входным и выходным звеньями гидродвигателя таким образом, что позволяет осуществлять коррекцию управления по двум электрическим каналам системы автоматического управления при совместной работе обеих гидросистем и по одному электрическому каналу при отказе любой из гидросистем. Технический результат - повышение надежности управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Усилитель используется в электрогидравлических следящих приводах с резервированием, применяемых в системах дистанционного управления, например, в системе управления рулевыми поверхностями высокоманевренных летательных аппаратов. Усилитель содержит электромеханический преобразователь с двумя катушками, корпус с соплами и дросселями усилителя сопло-заслонка первого каскада, дросселирующим золотником второго каскада и индукционными датчиками положения золотника, при этом каждая из катушек электромеханического преобразователя имеет две обмотки, расположенные друг над другом и соединенные попарно, два датчика положения золотника расположены соосно золотнику с разных его сторон в расточках корпусов с возможностью осевого перемещения для совмещения электрического нуля датчика с нейтральным положением золотника, причем в корпусе выполнены радиальные пазы соответственно радиальным резьбовым отверстиям в датчике, а в радиальные резьбовые отверстия установлены винты, фиксирующие датчик после регулировки. Усилитель обеспечивает сохранение технических характеристик после отказа одного электрического канала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Привод предназначен для использования в высокоточных приводах слежения, наведения. Привод содержит гидравлически замкнутые между собой аксиально-поршневой гидромотор и регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным диском и гидростатическими опорами, электрогидравлический механизм управления, приводной двигатель, механическую передачу, объект регулирования, вспомогательный насос, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, первый и второй сумматоры, первый и второй датчики угла, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими регулируемый насос и гидромотор, вход предохранительного клапана соединен с напорной гидролинией вспомогательного насоса и гидравлическим входом механизма управления, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами регулируемого насоса и вспомогательного насоса, первый датчик угла кинематически соединен с выходным валом механической передачи и своим электрическим выходом соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является управляющим входом привода, второй датчик угла кинематически соединен с наклонным диском регулируемого насоса и своим электрическим выходом соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с электрическим входом механизма управления, вал гидромотора через механическую передачу кинематически соединен с объектом регулирования, причем гидромотор выполнен с наклонным диском и гидростатическими опорами. Технический результат - уменьшение зоны нечувствительности привода. 5 ил.

Привод предназначен для использования в высокоточных приводах слежения, наведения. Привод содержит гидравлически замкнутые между собой аксиально-поршневой гидромотор и регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным диском и гидростатическими опорами, электрогидравлический механизм управления, приводной двигатель, механическую передачу, объект регулирования, вспомогательный насос, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, первый и второй сумматоры, первый и второй датчики угла, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими регулируемый насос и гидромотор, вход предохранительного клапана соединен с напорной гидролинией вспомогательного насоса и гидравлическим входом механизма управления, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами регулируемого насоса и вспомогательного насоса, первый датчик угла кинематически соединен с выходным валом механической передачи и своим электрическим выходом соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является управляющим входом привода, второй датчик угла кинематически соединен с наклонным диском регулируемого насоса и своим электрическим выходом соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с электрическим входом механизма управления, вал гидромотора через механическую передачу кинематически соединен с объектом регулирования, причем гидромотор выполнен с наклонным диском и гидростатическими опорами. Технический результат - уменьшение зоны нечувствительности привода. 3 ил.

Привод может быть использован в регулируемых объемно-замкнутых электрогидравлических приводах. В привод введены датчик угла наклонного диска регулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным диском и контактирующими с ним гидростатическими опорами с поршнями, сумматор, обратный клапан, гидравлический аккумулятор, при этом механизм управления насоса выполнен электрогидравлическим, а датчик угла кинематически соединен с наклонным диском и своим электрическим выходом соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого является управляющим входом привода, выход сумматора соединен с электрическим входом механизма управления, напорная гидролиния вспомогательного насоса через обратный клапан соединена с гидравлическим аккумулятором и гидравлическим входом механизма управления. Технический результат - повышение КПД электрогидропривода и уменьшение стабильной частоты вращения вала гидромотора. 2 ил.
Наверх