Лабораторная работа - Дослідження системи двопозиційного регулювання (укр.)

Подождите немного. Документ загружается.

Міністерство науки та освіти України

Національний університет “Львівська політехніка”

Дослідження системи двопозиційного регулювання

Інструкція до лабораторної роботи № 2

з курсу “Автоматизація технологічних процесів”

для студентів базового напрямку 6.0925 “Автоматизація та

комп’ютерно-інтегровані технології ”

Затверджено

на засіданні кафедри “Автоматизація

теплових та хемічних процесів”

Протокол № 1 від 28.09.2002 р.

Львів Львівська політехніка 2002

Дослідження системи двопозиційного регулювання. Інструкція до

лабораторної роботи № 2 з курсу “Автоматизація технологічних процесів” для

студентів базового напрямку 6.0925 “Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані

технології ”/Укл. В.П.Кореньков. Львів: Вид-во нац. ун-ту “Львівська

політехніка”, 2002. - 9 с.

Укладачі: В.П.Кореньков, ст.викладач

Відповідальний за випуск: _______________________

Рецензенти: Стасюк І.Д., к.т.н., доцент

Юсик Я.П., к.т.н., доцент

Мета роботи: ознайомитись з роботою системи двопозиційного

регулювання і вивчити вплив різних факторів на характер процесу регулювання.

Необхідна підготовка: знання принципів дії системи двопозиційного

регулювання, а також властивостей регулювання (запізнення,

самовирівнювання, тощо).

Основні відомості.

Двопозиційним автоматичним регулюванням називається таке

регулювання, при якому регулюючий орган має тільки два положення: повного

відкриття і повного, або часткового закриття, а притік енергії або речовини до

об’єкту регулювання – тільки два значення: максимальне і мінімальне.

Двопозиційні регулятори використовуються для регулювання різних

технологічних параметрів (температура, тиск, рівень, величина pH, вологість,

тощо).

Як двопозиційні регулятори найбільш широко використовують

вимірювальні прилади або давачі з дискретним виходом. В порівнянні з іншими

видами регулювання, двопозиційне має деякі переваги – простоту конструкції,

налагоджування, тощо.

Двопозиційне регулювання широко використовується для об’єктів, коли

допускається коливний процес, а також при багатоканальному регулюванні,

коли один пристрій, або керуюча ЕОМ, по черзі впливає на відповідні

регулюючі органи.

Приклади систем двопозиційного регулювання різних параметрів

технологічного процесу наведені в [1, 2].

В реальних умовах процес двопозиційного регулювання залежить від двох

факторів:

- діапазону нечутливості регулятора

- часу запізнення

розглянемо хід процесу двопозиційного регулювання температури

одноємнісного об’єкта при дуже малому самовирівнюванні, наявності діапазону

нечутливості (2t

) і часу запізнення  (рис. 1).

На верхньому графіку вісь абсцис суміщена з лінією заданого значення

температури. На нижньому – показано зміну притоку тепла Q

пр

в часі при

постійному його відтіканні Q

вт

. Побудова виконана з моменту часу 

, коли

графік зміни регульованої температури від заданого значення пересікає нижню

межу діапазону нечутливості. Графік відхилення температури чутливого

елемента t

ч.е.

від заданого значення зсунутий на величину запізнення .

Включення притоку Q

пр

відбувається в моменти часу 

, 

і т.д., що

відповідають пересіканню графіком t

ч.е.

верхньої межі діапазону нечутливості.

Для даного випадку явищем самовирівнювання (залежністю тепловтрат від

температури) нехтуємо, оскільки в межах малих коливань температури графік

зміни температури можна вважати таким, що складається з відрізків прямих. Це

значно спрощує побудову.

Параметри процесу регулювання (рис. 1) можна визначити з рівняння

об’єкта:

втпр

C 



Де C=cm – теплова ємність середовища в об’єкті, кДж/с;

с – питома теплоємність середовища;

m – маса об’єкта;

 – час, с;

t – температура, С;

Амплітуда додатного відхилення температури

Амплітуда від’ємного відхилення температури

Сумарна амплітуда коливань температури

Час включення

Час виключення

Сумарний період

Зміщення середнього значення регульованої величини дорівнює половині

різниці амплітуд додатного та від’ємного відхилення.

Графік (рис. 1) побудований для Q

пр

>2Q

вт

. В цьому випадку зростання

температури відбувається в два рази швидше від її падіння, та її зміщення t

зм

стає додатнім.

Для випадків, коли Q

пр

<2Q

вт

, зростання температури буде відбуватись

повільніше, ніж падіння, а зміщення t

зм

стає від’ємним.

При умові Q

пр

=2Q

вт

має місце так зване симетричне регулювання, тобто

коли падіння температури відбувається з тією ж швидкістю, що й зростання.

При побудові гравіка припускають, що все запізнення зосереджене між

об’єктом і чутливим елементом.

В загальному випадку запізнення може виникати на різних ділянках

об’єкта. Якщо запізнення зосереджене між місцем подавання енергії

(поступлення притоку) та об’ємом, а чутливий елемент не має запізнення, то на

(рис. 1) пунктирна лінія t

ч.е.

буде одночасно зображати і величину t.

Якщо в схемі регулювання використовується виконавчий механізм, який з

деякою швидкістю впливає на регулюючий орган до повного його відкриття або

закриття, то притік притік буде включатися не миттєво, а сповільнено. Така

сповільнена зміна притоку погіршує якість двопозиційного регулювання.

втпр







вт





пр



втпр

пр

вкл

QCt







вт

пр

викл

QCt





dnвтпр

прпр

Q)QQ(

Q)QCt(







(

вт

пр

зм







Швидкість двигуна виконавчого механізму треба зробити по можливості

найбільшою.

При наявності самовирівнювання та відносно великих коливаннях

регульованої величини наведені вище формули не дають точного результату.

Нехтування явищем самовирівнювання або його врахування залежить від

необхідної точності розрахунку. Враховуючи його, суттєво ускладнюються

розрахунки, оскільки треба врахувати залежність відтоку тепла від значення

регульованої температури Q

вт

=f(t).

Якщо об’єкт без запізнення має самовирівнювання, то в процесі

двопозиційного регулювання регульована величина змінюється не по прямій, а

по експоненті. Амплітуда коливань при цьому не змінюється, а період буде

більшим. Але при невеликій ширині зони нечутливості розбіжність між

прямолінійними та експоненціальними змінами регульованої величини

невеликі, і залежності, наведені вище, залишаються достатньо точними.

Покращити якість двопозиційного регулювання, тобто зменшити амплітуду

коливань регульованої величини, можна наступними способами:

- зменшення зони нечутливості. В об’єктах із значним запізненням цей спосіб

неефективний. Він призводить також до підвищення частоти коливань;

- зменшення часу запізнення;

- збільшення інерційності об’єкта;

- зменшення різниці Q

пр

(max)-Q

пр

(min), тобто наближення цих величин до

реального значення навантаження Q

вт

при умові, що Q

пр

Q

вт

Існують і інші більш складні способи покращення якості двопозиційного

регулювання (введення додаткових елементів або коректуючих контурів). Але

при їх використанні втрачається основна перевага двопозиційних регуляторів –

їх простота.

t

ч.з.

t

см

t

2t

t

пр

вт

вим

вм



Опис лабораторної установки.

Принципова схема установки, що досліджується в лабораторній роботі,

зображена на рис. 2

220В

Термометр опору та автоматичний

регулюючий міст

Проміжне реле КА1

Блокування КА1

Проміжне реле КА2

Блокування КА2

Світлова

сигналізація

“Нагрів ввімкнено”

“Нагрів вимкнено”

Ввімкнення лабораторного

автотрансформатора

Контроль

Негрівальний елемент печі

Вентилятор

Об’єктом регулювання з самовирівнюванням і запізненням є електрична

піч. Температура печі (регульована величина) вимірюється

термоперетворювачем опору, який під’єднаний до автоматичного регулюючого

моста. Вмонтований в міст регулятор реалізує двопозиційний закон

регулювання. Притік тепла можна встановлювати лабораторним

автотрансформатором за показами амперметра та вольтметра. Включення

автотрансформатора здійснюється регулюючим мостом через проміжне реле

2 1 43

220В

ПР

А В

КСМ2

КА1

SК2

SK1

КА2

КА1-4КА2-3

КА2-4КА1-3

КА1-1

КА2-1

НІ1

НІ2

КА1-2 КА2-2

ПР. Кількість відведеної теплоти Q

вт

визначається витратою повітря, яке

подаєьться вентилятором для охолодження.

На рис. 3 зображена принципова електрична схема двопозиційного

регулювання температури печі. При зменшенні температури до мінімально

заданої t

, вмонтований в міст мікровимикач SK1 вмикає коло живлення

електромагнітного реле КА1.

При цьому замикаються контакти:

КА1-1 (включається сигнальна лампа HL1);

КА1-2, КА2-2 (включається нагрів печі);

КА1-3, КА2-4 (включається коло блокування реле КА1);

Розмикаються контакти:

КА2-1 (лампа HL2 погашена);

КА1-4, КА2-3 (коло блокування реле КА2 розімкнуте).

Оскільки нагрів включено, то значення температури буде зростати до

максимально заданого t

. При досягненні значення t

спрацьовує

мікровимикач SK2, який включає в роботу реле КА2. При цьому замикаються

контакти:

КА2-1 (включається сигнальна лампа HL2);

КА2-3, КА1-4 (включається коло блокування реле КА2);

Розмикаються контакти:

КА1-1 (виключається лампа HL1);

КА1-2, КА2-2 (виключається нагрів печі);

КА1-3, КА2-4 (виключається коло блокування реле КА1).

Температура печі починає зменшуватись до мінімального значення t

процес буде повторюватися знову. Наявність в об’єкті самовирівнювання і часу

запізнення робить вплив на всі значення параметрів перехідного процесу.

Порядок роботи.

1. Ознайомитися із системою двопозиційного регулювання температури.

2. Для заданих значень Q

пр

, Q

вт

та заданих параметрів об’єкта розрахувати

параметри процесу двопозиційного регулювання.

3. Під наглядом викладача ввімкнути та дослідити систему регулювання,

встановлюючи значення Q

пр

, Q

вт

4. Порівняти параметри реальних та розрахованих процесів

двопозиційного регулювання.

Контрольні питання.

1. Від яких факторів залежить амплітуда і частота коливань регульованої

величини в системах двопозиційного регулювання?

2. Як впливає запізнення на характер процесу регулювання?

3. Назвіть основні переваги систем двопозиційного регулювання.

4. Як впливає зміна навантаження на характер процесу двопозиційного

регулювання?

5. Назвіть способи покращення якості процесу регулювання в системах із

двопозиційним регулятором.

6. Як працює система двопозиційного регулювання із автоматичним

регулюючим мостом?

Протокол

лабораторної роботи № 2.

Дослідження системи двопозиційного регулювання.

Досліджується замкнена система двопозиційного регулювання

________________________________ із двопозиційним регулюючим пристроєм

________________________________ типу ____________________.

Об’єкт регулювання ___________________________ із параметрами: =

; ; теплова ємність середовища в об’єкті С= . Притік

= .

Регульована величина вимірюється приладом ___________ типу _________

зі шкалою ______________. Запис виконується на діаграмній стрічці, яка

рухається зі швидкістю _________ мм/с.

Настройка регулятора

Нижня границя регулювання

Верхня границя регулювання

Середнє значення регульованої величини

Діапазон регулювання

Розрахунок параметрів автоколивного процесу

Параметри Позна-

чення

Розмір-

ність

1 2

Амплітуда додатного відхилен-

ня регульованої величини

Амплітуда від’ємного відхилен-

ня регульованої величини

Сумарна амплітуда коливань

Зміщення середнього значення

регульованої величини

Час включення

Час виключення

Сумарний період

Визначення параметрів автоколивного процесу

Параметри Позна-

чення

Розмір-

ність

1 2

Амплітуда додатного відхилен-

ня регульованої величини

Амплітуда від’ємного відхилен-

ня регульованої величини

Сумарна амплітуда коливань

Зміщення середнього значення

регульованої величини

Час включення

Час виключення

Сумарний період

Література

1. Клюев А.С. двухпозиционные автоматические регуляторы и их

настройка. – М.: Энергия, 1967.

2. Кампен-Немм А.А. Автоматическое двухпозиционное регулирование. –

М.: Наука, 1967

3. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. автоматизация производственных

процессов в химической промышленности. Технические средства и

лабораторные работы. – М.: Химия, 1988.