Автоматизация технологических процессов. Элементы и устройства пневмогидроавтоматики

цДЕЯшшТЯШ ^Тшк

ЬШИЛШ!!! ^^V'

^^^^2L^^

^^^Z /^yjA^i'^l^^H

Министерство образования Российской Федерации Уральский государственный лесотехнический университет

А. И. Бабин С. П. Санников

АВТОМАТИЗАВДЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Элементы и устройства пневмогидроавтоматики (Учебное пособие) Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области лесного дела в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведении, обучающихся по специальности «Лесоинженерное дело» в направлении подготовки дипломированных специалистов «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств»

Екатеринбург 2002

ББК 3965.23 Б 12 УДК 65.001.56:62-522(075)

Рецензенты: Зав кафедрой АУТС УГТУ-УПИ д. т. н. проф. В. Г. Лисиенко Гл. конструктор ОАО «Екатеринбургские лесные машины» А. И Лесных

Б 12

Бабин А. И., Санников С. П. Автоматизация технологических процессов. Элементы и устройства пневмогидроавтоматики. (Учебное пособие). — Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2002. — 144 с.: ил. ISBN 5-901520-06-8

Учебное пособие составлено в соответствии с образовательным стандартом 656300 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств» Рассмотрены принципы действия основных элементов пневмоавтоматики и гидроавтоматики, а также различных устройств, построенных на этих элементах Приведены расчеты переходных процессов в пневматических линиях и устройствах Отдельно рассмотрены преобразователи гидравлических, пневматических и электрических сигналов, а также схемные решения исполнительных механизмов Предназначено для студентов специальностей 2601 «Лесоинженерное дело» и 2602 «Технология деревообработкиы» при изучении курса «Автоматика и автоматизация производственных процессов» Печатается по решению редакционно-издательского совета Уральского государственного лесотехнического университета

ББК 3965.23 УДК 65.001.56:62-522(075) ISBN 5-901520-06-8

Бабин А. И., Санников С. П.

О Бабин А И , Санников С П , 2002 © Уральский государственный университет, 2002

Введение При решении задач проектирования и создания устройств для автоматического управления технологическими процессами наряду с электронными приборами широко применяются пневмогидроавтоматические элементы и устройства. Пневматика является основным средством автоматизации в таких отраслях промышленности, как: целлюлозно-бумажная, химическая, деревообрабатывающая, текстильная и других. Это обусловлено следующими достоинствами пневмогидроаппаратуры: а) пожаро- и взрывобезопасность; б) высокая надежность; в) нечувствительность к перегрузкам; г) возможность работы при высоких температурах; д) наличие быстродействующих и надежных исполнительных устройств; е) неподверженность радиационным воздействиям; ж) низкая стоимость; з) простота в обслуживании и эксплуатации. К недостаткам пневмогидроаппаратуры следует отнести: а) невысокое быстродействие; б) ограниченная дальность передачи сигналов; в) повышенные требования, предъявляемые к рабочему воздуху для передачи сигнала. Невысокое быстродействие обусловлено физической сущностью явлений, происходящих в пневмоэлементах и пневмолиниях, и объясняется тем, что скорость распространения пневматических сигналов соответствует скорости звука, в то время как скорость распространения электрических сигналов — скорости света. Однако этот недостаток не сказывается существенным образом на качестве управления технологическим процессом в случае, когда инерционность объекта управления значительно больше, чем у пневматических элементов и устройств, составляющих систему управления.

Второй недостаток пневмоаппаратуры вызван тем, что с увеличением расстояния передачи пневмосигнала возрастают потери в линиях. Сигналы в пневмолиниях обычно передаются на расстояние не более 300 метров. Третий недостаток обусловлен жесткими требованиями, предъявляемыми к подаваемому в пневмоаппаратуру воздуху. Воздух: а) не должен содержать машинное масло, которое, попадая в воздух в компрессорах, вызывает изменение эластичных рабочих органов пневмоэлементов; б) должен иметь пониженную влажность, поскольку, попадая в рабочие органы, воздух расширяется, снижая свою температуру, и из него может выделиться влага, изменяющая рабочие характеристики пневмоэлементов; в) не должен содержать механические включения, например, в виде пыли, вызывающие порчу и засорение пневмоэлементов. В своем развитии пневмоавтоматика прошла несколько этапов. На раннем этапе пневматические устройства использовались в основном в качестве поршневых и мембранных исполнительных механизмов. Следующим этапом развития пневмоавтоматики было создание универсальных крупногабаритных приборов. В этих приборах в одном корпусе совмещены измерительная система и показывающее, регистрирующее, задающее и регулирующее устройства. Недостатком приборов такого типа являлись их узкие функциональные возможности. В конце 40-х годов был предложен новый агрегатный принцип построения систем пневмоавтоматики. В соответствии с этим принципом системы состоят из стандартных блоков, каждый из которых выполняет функцию какого-либо усгройства, входящего в контур регулирования, например, задатчик, регулятор, суммирующее устройство и т. д. Такая система устройств называлась АУС (агрегатная унифицированная система). 4

В конце 50-х годов было предложено для построения приборов и систем пневмоавтоматики, как и в электронике, применять элементный принцип. При этом любой пневматический прибор создается не в виде новой конструкции, а собирается из ограниченного числа стандартных элементов. С этой целью была разработана универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА). Элементы этой системы унифицированы: один и тот же элемент может использоваться в одной схеме или в схемах самых различных устройств. Набор элементов УСЭППА является функционально полным, т. е. на базе этих элементов можно создать любое устройство непрерывного или дискретного действия. В состав УСЭППА входят: пневмосопротивления, пневмоемкости, усилители, повторители, пневмореле, органы управления (задатчики, кнопки, тумблеры), дискретные преобразователи, исполнительные устройства. На базе элементов УСЭППА разработана система промышленных приборов «Старт», включающая в себя функциональные устройства, регуляторы, преобразователи и т. д.

1. Элементы пневмоавтоматики LL Пневматические сопротивления Пневмосопротивления (дроссели) предназначены для создания сопротивления течению воздуха (дросселирования потока). Назначение их в системах пневмоавтоматики то же, что и у электрических сопротивлений в электрических схемах. По характеру течения газов Пневмосопротивления делятся на турбулентные и ламинарные. По виду расходной характеристики различают линейные и нелинейные Пневмосопротивления. По функциональному назначению их подразделяют на постоянные, переменные и управляемые. Турбулентные сопротивления представляют собой канал цилиндрической формы с малым отношением длины к диаметру. Эффект дросселирования вызывается местными сопротивлениями на входе и потерей энергии на выходе. Процесс течения газа адиабатический. Сопротивления могут работать в докритическом и надкритическом режиме истечения газа. Конструкция турбулентных сопротивлений показана на рис. 1.

Рис. 1. Турбулентные сопротивления: а, б — постоянные, в — переменное Расходная характеристика описывается выражением (1) 2g

-/> 2 ). И это выражение является линейным. Обозначая Р\-Рг = &Р, запишем А/» = -•