Ніколаєнко А.М. Методичні вказівки до лабораторного практикуму. Частина І

Подождите немного. Документ загружается.

Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

А.М.Ніколаєнко

Технічні засоби автоматизації

Частина І

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторного практикуму

для студентів ЗДІА спеціальності АУТП

денного та заочного навчання

Запоріжжя

2004

Технічні засоби автоматизації. Методичні вказівки до лабораторного

практикуму для студентів ЗДІА спеціальності АУТП (6.092501) /Укладач: А.М.

Ніколаєнко . Запоріжжя: Видавництво ЗДІА, 2004 - 43 с./

Укладач:

А.М. Ніколаєнко - канд.. техн. наук,професор;

ЗМІСТ

Стор.

Лабораторна робота №1.Дослідження характеристик

регулювального приладу Р25 комплексу технічних засобів “Контур”…....4

Лабораторна робота №2. Дослідження характеристик

аналогового регулювального приладу Р133...................................……..…..12

Лабораторна робота №3. Дослідження характеристик

регулювального пристрою РП4 комплексу технічних засобів АКЕСР 2...20

Лабораторна робота №4. Дослідження характеристик

регулювального блока Р27 комплексу технічних засобів “Каскад 2”……24

Лабораторна робота № 5. Дослідження характеристик регулювального

аналогового блока Р17 комплексу технічних засобів “Каскад 2” …....…..32

Лабораторна робота № 6 . Дослідження характеристик реєструвального

приладу Диск 250 з пропорційно-інтегрувальним регулювальним

пристроєм.............................................. …….............................…..…………37

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЮВАЛЬНОГО ПРИЛАДУ

Р-25 КОМПЛЕКСУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ “КОНТУР”

МЕТА РОБОТИ – вивчити конструкцію , особливості роботи та

експлуатації регулювального приладу Р25, дослідити його статичні та

динамічні характеристики, побудувати градуйовані характеристики органів

керування.

1.1. Загальні відомості

Регулювальний прилад Р25 призначений для використання у схемах

автоматичного регулювання різних технологічних процесів. Прилад виконує

наступні функції:

-складання сигналів від джерела інформації, введення сигналу завдання і

підсилення сигналу відхилення;

-формування ПІ-закону регулювання разом з виконавчим механізмом

сталої швидкості;

-формування сигналів постійного і змінного струмів для керування

виконавчим механізмом сталої швидкості;

-ручне керування виконавчим механізмом;

- перетворення сигналів від диференційно - трансформаторного датчика

положення виконавчого механізму у сигнал постійного струму.

Прилади Р25 працюють у комплекті з диференційно –трансформаторним

датчиком -Р25.1., термоопарами-Р25.2., термоелектричними термометрами-

Р25.3 і уніфікованими струмковими перетворювачами на 0-5 мА, 0-20 мА, а

також 0-10 В (Р25.1, Р25.2, Р25.3).

Прилади випускають у двох видах: із вмонтованим індикатором

положення ВМ , та без нього Р25.1.1, Р25.2.1, Р25.3.1.

Регулювальні прилади Р25.1.2, Р25.2.2, Р25.3.2 працюють у комплекті з

пускачами =24В/ 220В і виконавчими механізмами МЕО, тиристорними

перетворювачами У-101 і виконавчими механізмами типу МЕОБ.

1.2 Конструкція регулювального приладу

Конструктивно Р25 складається із зварного корпуса з передньою панеллю,

об’єднуючого два субблоки – вимірювальний Р-012 і регулювальний – Р-011.

Станція керування приладу розміщується на передній панелі каркаса

і вміщує в собі:

-ручний задавач;

-індикатор положення ВМ / Р25.1.2, Р25.2.2, Р25.3.2/;

-перемикач режиму роботи “Р” – А “;

-перемикач команди ручного керування “більше” / ↑ /- “менше” / ↓ /.

На субблоці Р- 011 знаходяться:

-два світлодіоди , які показують напрям команд на ВМ / ↑- більше, ↓-

менше/;

-перемикач закону регулювання приладу –“ПІ” – пропорційно-

інтегральний і три позиційний”

-потенціометр “зона нечувств.” приладу ;

-потенціометр “імпульс” – для зміни тривалості вихідного сигналу тільки

для ПІ- закону регулювання ;

-потенціометр Кп-63 - для повільної зміни коефіцієнта передачі часу

ізодрома від 5,0 до 50с., при віджатій кнопці перемикача /х10/ ;

-потенціометр “демпфер” – для затримки проходження сигналу на виході

субблока Р-011.

На субблоці Р-012 знаходяться:

-три потенціометри К1, К2, К3 для зміни чутливості по кожному з трьох

вхідних каналів ;

- потенціометр “корретор” , який дозволяє балансувати субблок при будь –

якому значенні вхідного сигналу ;

- індикатор “отклонение”, що вказує величину і напрямок відхилення

параметра від завдання /тільки в Р25.2 /;

-потенціометр “УП” /покажчик положення ВМ / для підстроювання

верхньої межі шкали індикатора положення ВМ / тільки в Р25.2/

1.3 Опис роботи регулювального приладу

Функціональна схема регулювального приладу Р25 приведена на рис1.

Регулятор має вимірювальний блок Р-012 і регулювальний блок Р-011.

Електричні сигнали з термопар, термометрів опору, нормуючих або

диференційно - трансформаторних перетворювачів подаються на вузли

масштабування К1, К2, К3. Сигнали задавача і коректора знімаються з моста

змінного струму, утвореного потенціометром коректора, зовнішнього і

внутрішнього задавачів, а також резисторами R

і R

. Міст живиться змінною

напругою через конденсатор С, який забезпечує фазовий зсув, близький до

фазового зсуву, який створюється диференційно - трансформаторними

перетворювачами. Вихідна напруга моста виділяється на резисторі R

послідовно складається з сигналами диференційно - трансформаторних

перетворювачів. Сумарний сигнал надходить на підсилювач, де він

демоделюється, фільтрується та підсилюється.

Статична характеристика Р-012 визначається рівнянням:

(

)

10XXXKXKXK

здкор332211

⋅

де

- вихідний сигнал Р-012;

Стабилизатор

R2 R3

R13

Корректор

Отклонение

1211

29 31

25 16

СубблокР-012

"К1"

"К2"

"К3"

"ИП"

R10

R11

"Задание"

R12

30 31

"ПИ"

УОС

"ТИ"

о.т.

Импульс

СубблокР-011

"Кп"

R14

R13

"P"

"Р"

"А"

Д5

Д6

С4

С5

R15

R16

Д1...Д4

"OT"

"E"

"Зона"

-15В

+24В

Внешний

задатчик

Внешний

задатчик

Внешний

задатчик

Внешний

задатчик

Вход 1

Общаяточка

схемы (ОТ)

Вход 1

Вход 2

Вход 2;3

Вход 3

~220 В

Клема "Земля"

4 5

6 7 10

9 11

+15В

-15В

ОТ

кИП

R18,R19

Общаяточка

ключей

Питание

датчиков

Общаяточка

выхода +24В

Выход

"меньше"

Выход

"больше"

ОТ

демпфер

"x1"

"x10"

ИП

R17

мА

Рис.1. Функціональна схема Р25

–вихідні сигнали, які подаються на вузли К

, К

,К

;

кор

– сигнал коректора;

зд

– сумарний сигнал внутрішнього та зовнішнього задавачів;

, К

– масштабні коефіцієнти, які змінюються у діапазоні від 0 до 1.

Електронний блок Р-011 реалізує пропорційно - інтегральний закон

регулювання у комплекті з виконавчим механізмом сталої швидкості. Основу

його структурної схеми складає релейний елемент у прямому каналі і

аперіодична ланка у колі негативного зворотного зв'язку.

Прямий канал блока містить:

- пристрій демпфування;

- суматор прямого каналу

∑

;

- трипозиційний елемент з регулюваною зоною нечутливості – І;

- блокінг - генератор – Г;

- тиристорні вихідні ключі – К.

Коло негативного зворотного зв'язку вміщує:

- інвертор вихідного сигналу трипозиційного реле – У;

- аперіодичну ланку – УЗЗ;

- коло допоміжного позитивного зворотного зв’язку для формування

довжини вмикання виконавчого механізму.

При роботі субблока Р-011 вихідний сигнал вимірювального блока Р-012

надходить на демпфер, стала часу якого регулюється. Після демпфування

вхідний сигнал надходить на позитивний вхід суматора підсилювача.

На інший вхід цього підсилювача надходить сигнал головного негативного

зворотного зв'язку і сигнал допоміжного позитивного зворотного зв'язку.

Підсумовуючий підсилювач вмикає в залежності від знака вихідного

сигнала один з двох тригерів. Поріг спрацьовування кожного тригера

встановлюється величиною запиральної напруги.

При вмиканні одного з тригерів запускається відповідний блокінг -

генератор, побудований на транзисторі і трансформаторі. Трансформатори на

виході блокінг - генераторів використовуються для гальванічного роз'єднання

вхідних та вихідних кіл приладу.

Імпульси напруги на вторинних обмотках трансформаторів

використовуються для вмикання тиристорів. Тиристори увімкнені у діагоналі

мостів і разом з мостами утворюють безконтактні вихідні ключі приладу.

Інвертор вихідного сигналу реле У, розміщений у колі зворотного зв'язку,

перетворює позитивну вихідну напругу тригера у негативну. Частина цієї

напруги, визначена положеннями ручки “К

”, яка змінює коефіцієнт

пропорційності регулятора, надходить на вхід високоомного підсилювача УЗЗ.

З ручкою потенціометра “К

” зв'язаний регулювальний дільник напруги

“імпульс”, за допомогою якого напруга подається у коло позитивного

зворотного зв'язку релейного елемента. Зона вернення релейного елемента

змінюється при цьому пропорційно величині напруги, що надходить на вхід

підсилювача. Довжина вмикань регулятора у пульсувальному режимі

встановлюється положенням ручки потенціометра “імпульс”.

Підсилювач у колі зворотного зв'язку УЗЗ має окремий зворотний зв'язок,

який за допомогою транзисторного ключа (на схемі не показаного) замикається

на час вмикання кожного з тригерів і розмикається на час паузи між

замиканням тригерів.

При замиканні транзисторного ключа у колі зворотного зв'язку субблока Р-

011 на базі підсилювача УЗЗ утворюється інтегрувальна ланка.

Під час паузи, коли сигнал тільки з'явився на вході регулювального

субблока, а сигнал зворотного зв'язку відсутній, релейний елемент спрацьовує і

на його виході з'являється напруга U

вих

, рис.2, яка в залежності від полярності

вхідного сигналу керує відповідним вихідним ключем К, який комутує обмотку

виконавчого механізму і той починає працювати відповідно до графіка

)

(

Рис.2. Перехідні процеси у імпульсному ПІ-регуляторі

Напруга U

вих

одночасно подається у коло негативного зворотного зв'язку,

де вона інвертується підсилювачем У і подається на вхід УЗЗ.

Оскільки на час вмикання тригера підсилювач УЗЗ утворює інтегрувальну

ланку, то при надходженні на його вхід постійної напруги U

вих

на виході

з'являється сигнал зворотного зв'язку U

З.З.

, який зростає зі сталою швидкістю.

Ця напруга має напрям на зустріч U

вх

, у результаті чого розбаланс сигналів

ΔU=U

вх

-U

З.З.

, який надходить на вхід релейного елемента, почне зменшуватися.

При досягненні ΔU значення ΔU<( Δ

н.ч.

/2 -Δb) релейний елемент

вимикається і вихідна напруга U

вих

стає рівною 0; тут Δ

н.ч

– зона нечутливості, а

Δb – зона вернення релейного елемента. Виконавчий механізм зупиняється, а

напруга U

вих

на вході каналу зворотного зв'язку зникає.

В результаті транзисторний ключ у ланці зворотного зв'язку розімкнеться і

ланка придбає властивості аперіодичної. Конденсатор у колі зворотного зв'язку

почне розряджатися через опір “T

” і U

З.З.

почне зменшуватися. При цьому

розбаланс сигналів на вході релейного елемента ΔU зростає і коли досягне

значення ΔU> Δ

н.ч.

/2 тригер знову спрацює, виконавчий механізм увімкнеться, а

на вхід каналу зворотного зв'язку буде подана постійна напруга U

вих.

, яка

спричиняє зріст сигналу U

З.З.

. Далі процес періодичного вмикання і вимикання

релейного елемента, а відповідно і виконавчого механізму буде повторюватися.

Характер переміщення вихідного органа ВМ

)

(

має вид ламаної лінії. Ця

ламана лінія може бути приблизно замінена прямою, причому чим менше

тривалість одного вмикання Δt

релейного елемента і тривалість паузи Δt

, тим

точніше співпадає дійсний закон змінювання

)

(

з лінеарізованою

прямою.

Пропорційна складова ПІ-закону регулювання приблизно реалізується за

рахунок початкового швидкого переміщення зі сталою швидкістю

регулювального органа ВМ при зміні U

вх

, а інтегральна складова – за рахунок

наступного автоколивного режиму роботи релейного елемента з негативним

зворотним зв'язком і відповідно короткочасним переміщенням ВМ.

Тривалість першого вмикання ВМ залежить від значення сигналу

розбалансу та швидкості компенсації його сигналом негативного зв'язку, який

залежить від положення потенціометра “K

”. Час паузи встановлюється

значенням сталої часу розряду конденсатора, величина якої залежить від

положення перемикача і повзуна потенціометра “T

”. При вимиканні ланки

зворотного зв'язку субблок Р-011 виконує функції трипозиційного

регулювального пристрою.

1.4 Дистанційний покажчик положення ДУП-М

У зв’язку з тим що важко дослідити динамічні характеристики регулятора,

не фіксуючи на діаграмі його керувальний вплив, у лабораторній роботі

використовується не стандартний дистанційний покажчик положення ДУП-М ,

а вторинний прилад РП-160 з регульованою швидкістю діаграмної стрічки. В

той же час схему и принцип роботи ДУП-М необхідно знати .

ДУП-М , рис.3,може працювати у комплекті з електричними ВМ , які

мають як індуктивний , так і реостатний датчики положення вихідного вала.

Покажчик складається з вузла живлення і вимірювального

неврівноваженого моста. Плечі моста утворені змінним опором R

опорами R

а також індуктивним або реостатним датчиками положення вихідного вала

виконавчого механізму.Опір R

призначений для балансу моста /встановлення

нуля /, а R

для встановлення діапазону вимірювання , шкали приладу

/встановлення 100%/

Рис. 3. Дистанційний покажчик положення ДУП-М

При налагоджені ДУП-М необхідно встановити ВМ у початкове

положення і повертаючи вісь змінного резистора “R

” досягти – “0%”. Після

цього ВМ встановити у кінцеве положення та резистором “R

” на лицевій

панелі приладу встановити стрілку на відмітку шкали – “100%”.

1.5. Опис лабораторної установки

Регулювальний прилад Р25 встановлений на щиті КВП . Вихід регулятора

з’єднаний із входом тиристорного перетворювача ПБР-2М , який керує

роботою виконавчого механізму МЕО. Над регулятором встановлений

вторинний прилад РП-160 , який реєструє сигнал, пропорційний положенню

вала виконавчого механізму.