Ніколаєнко А.М. Методичні вказівки до лабораторного практикуму
Подождите немного. Документ загружается.
31
дискретних входів», «Параметри реле», «Параметри вимірювань та обробки
вхідного сигналу», «Параметр перетворення вхідного сигналу», «Параметри
настроювання процесів регулювання», «Параметри настроювання виходу ПВІ»,
«Параметри інтерфейсного зв'язку».
Виконання лабораторної роботи здійснюється тільки в розділі меню
«Конфігурування», де встановлюються параметри настроювання процесів
регулювання і параметри настроювання виходу ПВІ, користуючись табл.2.1-2.2.
В процесі роботи досліджуються динамічні характеристики регулятора і
опановується взаємодія користувача з регулятором на прикладі ПІД-регулювання
без авто настроювання.
Для запуску процесу ПІД-регулювання без автонастроювання необхідно:
• перевести універсальний перемикач у крайнє ліве положення, після чого
регулятор вмикається і переходить у режим індикації вимірів. На основному
індикаторі відображається поточне значення виміряної величини, на додатковому
– встановлене значення уставки процесу регулювання.
Для входу в розділ меню «Конфігурування» з режиму індикації вимірів,
необхідно одночасно натиснути кнопки «▲» і «▼»і утримувати їх протягом 2
секунд.
На основному індикаторі висвітиться «PASS», а на додатковому –
комбінація чотирьох цифр «0000», з миготливою першою цифрою. Ввести пароль
«0000» за допомогою кнопок управління:
• натиснення кнопок «▲», «▼» призводить до зміни положення
миготливої цифри в одному або в іншому напрямі;
• натиснення кнопки «►» здійснює перехід до введення наступної цифри,
яка при цьому починає блимати, тоді як попередня цифра – припиняє, або
закінчує введення (всі цифри припиняють блимати).
Після введення паролю на основному індикаторі з’явиться «Addr», а на
додатковому – встановлене значення даного параметра.
Зконфігурувати необхідні значення параметрів виходу ПВІ, користуючись
табл.2.2;
Кнопки «▲» і «▼» використовуються для:
• вибору потрібної назви параметра зі списку всіх параметрів розділу;
• вибору потрібного значення параметра зі списку;
• вибору потрібного значення для кожного з розрядів параметра;
• виходу з режиму меню в режим індикації вимірів.
Кнопка «►» використовується для:
• початку редагування вибраного параметра (при цьому все слово або 1-й
розряд індикатора починають блимати);
• переходу до редагування наступного розряду (при цьому редагований
розряд починає блимати, а попередній – припиняє);
• закінчення редагування значення параметра (при цьому всі розряди
перестають блимати, і вибране значення параметра набирає чинності).
• після встановлення всіх параметрі вийти з режиму меню, натиснувши
одночасно кнопки «▲» і «▼ ».
32
Задавач сигналу ручного керування, що знаходиться на щиті під
регулятором, встановити на 50 град.С.
• Виконати градуювання настройки коефіцієнта передачі регулятора Kр
Для дослідження впливу коефіцієнта передачі регулятора Кр на його
вихідну характеристику зконфігурувати необхідні параметри, користуючись
табл.2.1;
Таблиця 2.1 Параметри настроювання процесів регулювання
33
• для запуску процесу ПІД-регулювання встановити: «rGSS» = 1, здавачем
на щиті змінити вхідний сигнал і здійснити замір вихідного сигналу регулятора по
шкалі вторинного приладу РП 160 (при роботі регулятора індикатор «ПУСК» на
його лицевій панелі світиться);
34
Таблиця 2.2 Параметри настроювання виходу ПВІ
Для зупинки процесу ПІД-регулювання не виходячі з меню розділ
«Конфігурування» встановити: «rGSS» = 0 ( регулювання вимкнене) і
переконатися, що індикатор «ПУСК» на лицевій панелі не світиться;
• Повторити дослідження при трьох інших значеннях коефіцієнта передачі
регулятора.
Побудувати графік залежності розрахованого Крр від Кр настроюваного, де
Крр=Хвих/ Хвх при кожному значенні Кр.
• Виконати градуювання часу інтегрування τи
За аналогією дослідження коефіцієнта передачі виконати дослідження часу
інтегрування для трьох різних настройок τи при τд=0 і Кр=1, Кр=2,Кр=3.
Зміну вихідного сигналу відстежувати за показаннями РП-160. Для кожного
значення Кр побудувати графіки τи
р
=f(τи), де τи
р
– дорівнює часу, впродовж якого
під дією інтегральної частки регулюючого пристрою подвоюється вихідна величина,
що отримана під дією пропорційної складової закону регулювання.
35
• Виконати градуювання часу диференціювання τд.
За аналогією дослідження часу інтегрування виконати дослідження часу
диференціювання для трьох різних настройок τд при τи=0 і Кр=1, Кр=2,Кр=3.
Для кожного дослідження фіксувати значення вихідного сигналу на РП-160.
Побудувати графіки Тпв=(τд), де Тпв - час випередження, визначений умовно за
максимальним показанням РП-160, як реакцією на ступінчасту зміну завдання, а τд-
настройка часу диференціювання.
• Дослідити динамічну характеристику ПІД- аналогового регулятора.
Керуючись методикою дослідження пропорційної, інтегральної та диференціальної
складових ПІД-закону регулювання, отримати вихідну характеристику регулятора при
значимих настройках коефіцієнта передачі, часу інтегрування і часу диференціювання.
За результатами роботи зробити висновки.
Вміст звіту
Звіт повинен мати назву роботи, короткі відомості про регулятор, його
функціональну схему, результати досліджень у вигляді таблиць і графіків, а також
висновки до них.
Контрольні питання
1. З яких елементів складається лабораторна установка?
2. Що собою уявляє прилад ИРТ 5501/М1?
3. Який вигляд має функціональна схема ИРТ 5501/М1?.
4. Які режими роботи має ИРТ 5501/М1?
5. Як реалізується ПІД – закон регулювання?
6. Як здійснюється широтно-імпульсна модуляція?
7. Як реалізується ПДД-закон регулювання?
8. Як здійснюється конфігурування регулятора?
36
Лабораторна робота №3
Конфігурування і дослідження роботи цифрового програмного регулятора
С-РТ«ТЕРА»
Регулятор С-РТ«ТЕРА»
Регулятор С-РТ, виробництва ТЕРА м. Чернігів, призначений для реалізації
автоматичного керування температурою печі за різними алгоритмами керування.
Прилад дозволяє здійснювати:
- вимір температури середовища за допомогою датчика;
- цифрову фільтрацію результату виміру;
- відображення на чотирирозрядних семисегментних індикаторах
вимірюваної температури, заданої температури, алгоритму регулювання, номера
поточної програми, номера поточного кроку і часу, що залишився до його
завершення;
- виконання п'яти алгоритмів керування об'єктом – двопозиційне
регулювання, трипозиційне регулювання, стандартне ПІД-регулювання,
модифіковане ПІД-регулювання, покрокове регулювання за програмою;
- перемикання з ручного в автоматичний режим керування за допомогою
зовнішнього тумблера;
- екстрений перехід до наступного кроку програми за допомогою
зовнішньої кнопки;
- програмну зміну кількості кроків кожної програми, заданої температури,
часу розгону, часу утримання і зміна параметрів закону регулювання для кожного
кроку кожної програми;
- збереження в пам'яті приладу 16 програм до 12 кроків кожна;
- світлову індикацію режиму роботи приладу;
- світлодіодну індикацію несправності датчика чи виходу температури за
встановлені межі;
- обмін даними з ПЭОМ за інтерфейсом RS-485.
Функціональні параметри вимірювання і регулювання задаються
користувачем і зберігаються при вимкнені живлення в енергонезалежній пам'яті
приладу.
Будова приладу
Прилад виконаний у пластмасовому корпусі щитового застосування. На
передній панелі регулятора, рис. 3.1 розташовані два семи сегментні
чотирирозрядні індикатори, один семисегментний дворозрядний індикатор, сім
одиничних світлодіодних індикаторів, клавіатура.
Клавіатура використовується для завдання режимів роботи регулятора,
параметрів регулювання і т.ін. Кнопки призначення для:
- перегляду результатів або виміру встановлених параметрів;
і - введення значень параметрів регулятора.
37
Рис. 3.1 - Передня панель приладу
При введенні числового значення з клавіатури кнопка забезпечує вибір
знакомісця, у якому змінюється цифра, а кнопка - циклічна зміна цифр на
обраному знакомісці.
Призначення світлодіодных індикаторів, розташованих на передній панелі
регулятора, приведено у табл.1.
Таблиця 1 Призначення одиничних світлодіодних індикаторів
Умовна
позначка
Колір
індикатора
Функціональне призначення
Червоний
Сигнал "Аварія датчика"
< Т >
Червоний
Вимірювана температура відповідає зоні допуску
1
Зелений
Індикація на
явності сигналу на першому виході
2
Зелений
Індикація наявності сигналу на другому виході
АТ
Зелений
Індикація автоматичного настроювання
Зелений
Індикація режиму ручного керування
RS
Зелений
Індикація зв'язку з ПЕОМ
На задній панелі приладу розміщені клемні гвинтові з'єднувачі для
підключення датчика, зовнішніх контактів СК P/A (перемикання режиму
керування) і СК N (перехід до наступного кроку програми), а також виконавчих
пристроїв і джерела живлення.
Узагальнена функціональна схема приладу приведена на рис.3.2.
38
Рис. 3.2 Узагальнена функціональна схема приладу
На вхід приладу подається сигнал з первинного вимірювального
термоелектричного перетворювача для виміру температури. Аналоговий сигнал
підсилюється до необхідного рівня і надходить на АЦП, де перетворюється у
цифровий і подається на мікроконтролер. Одночасно проводиться діагностування
обриву кола первинного перетворювача. Мікроконтролер лініаризує значення
цифрового коду і перетворює його у відповідне значення температури.
Вибір алгоритму керування (двопозиційний, трипозиційний, стандартний
ПІД, модифікований ПІД, покрокове регулювання за програмою) здійснюється
тільки у ручному режимі з лицевої панелі регулятору. Сигнал керування
відпрацьований відповідно до вибраного закону подається на вихідні каскади і
далі до виконавчого пристрою.
При двопозиційному регулюванні прилад завжди знаходиться в режимі
автоматичного регулювання. При значенні вхідного сигналу Тизм < Тзад - dТ на
перший струмовий вихід приладу подається токовий сигнал максимальної
амплітуди (I1=5мА), а при Тизм > Тзад + dТ - токовий сигнал мінімальної амплітуди
(I1=0мА), здійснюючи тим самим регулювання з прямим гістерезисом dТ, рис.3.3.
Рис.3.3 - Двопозиційне регулювання
Тут Тизм - вимірювана температура, Тзад - задана температура, d - половина
зони неоднозначності).
Другий струмовий вихід при цьому постійно вимкнений.
39
При трипозиційному алгоритмі регулювання користувачем задається
номінальна мінімальна і максимальна вихідні потужності, зона нечутливості і
зона повернення.
При значенні Тізм < Тзад - dT вихідна потужність регулятора дорівнює
максимальній, при значенні Тізм < Тзад -
dT + Zv вихідна потужність регулятора
номінальна. При цьому регулювання здійснюється з прямим гістерезисом Zv.
При значенні Тізм < Тзад + dT вихідна потужність регулятора дорівнює
мінімальній, при значенні Тізм < Тзад + dT - Zv вихідна потужність регулятора
номінальна. При цьому регулювання здійснюється із зворотним гістерезисом Zv,
рис.3.4.
Рис.3.4 - Трипозиційне регулювання
Максимальна, мінімальна і номінальна вихідні потужності можуть бути
встановлені як позитивними, так і негативними. При позитивній вихідній
потужності працює перший вихід приладу, при негативній вихідній потужності
працює другий вихід приладу.
При ПІД-регулюванні поточна помилка регулювання Х обчислюється за
правилом:
- якщо Тзад - Тизм< dT, Х = 0;
- якщо Тзад - Тизм > dT, Х = Тзад - Тизм - dT;
- якщо
Тзад - Тизм < -dT, Х = Тзад - Тизм + dT;
При стандартному ПІД-регулюванні вихідна потужність Y(%) змінюється
за формулою:
Y = ( Х + Td * dХ / Tr + SumХ / Ti ) / Тp * 100;
де: Х – поточна помилка регулювання;
Тd - постійна часу диференціювання;
dХ - диференціал помилки регулювання;
Tr – період спрацьовування регулятора
SumХ – інтеграл відхилень від заданого значення;
Ti- постійна часу інтегрування;
Tp – коефіцієнт пропорційності.
Струмовий сигнал першого аналогового виходу I1(мА) пропорційний
обчисленому значенню вихідної потужності Y:
I1 = Y/20;
Струмовий сигнал другого аналогового виходу дорівнює 0.
40
Модифіковане ПІД-регулювання відрізняється від стандартного рядом
алгоритмічних рішень, направлених на зменшення помилки перерегулювання
без істотного збільшення часу досягнення заданої температури.
При покроковому регулюванні за програмою поточна задана температура
обчислюється автоматично, обчислення вихідної потужності відбувається за
формулою стандартного ПІД-регулятора.
Оператор може задати один з трьох варіантів переходу від однієї заданої
температури до іншої (режими розгону):
-перехід із заданою швидкістю;
-перехід за заданий час;
-перехід за мінімальний час.
При переході від однієї заданої температури до іншої із заданою
швидкістю прилад розраховує постійний приріст «поточної» заданої
температури так, щоб перехід відбувся за заданий оператором час. Відлік часу
утримання починається по закінченню часу розгону. Такий варіант забезпечує
постійну швидкість зміни температури при переході від однієї заданої
температури до іншої, проте може привести до перерегулювання за рахунок
теплової інерції об'єкту.
При переході від однієї заданої температури до іншої за заданий час
прилад розраховує приріст «поточної» заданої температури по
експоненціальному закону так, щоб перехід відбувся за заданий оператором час.
Відлік часу утримання починається по закінченню часу розгону. Такий варіант
забезпечує плавний вихід на задану температуру з мінімальним
перерегулюванням, проте швидкість зміни температури не підтримується
постійною.
При переході від однієї заданої температури до іншої за мінімальний час
прилад подає постійний максимальний вихідний сигнал до тих пір, поки задана
температура не буде досягнута, після цього регулювання здійснюється за
параметрами регулятора, що задані оператором. Час розгону, введений
оператором, ігнорується. Відлік часу утримання починається відразу після
досягнення заданої температури. При такому режимі розгону перерегулювання
максимальне.
При виході температури за встановлені межі або несправності датчика
вмикається індикатор аварії.
Працювати з приладом можна за допомогою кнопок, світлодіодных і
цифрових індикаторів на лицевій панелі або ж за допомогою автоматизованої
системи контролю показань приладу.
Якщо регулятор підключений до ПЕОМ, то обмін даними між ними
відбувається за інтерфейсом RS-485. Зв'язок з персональним комп'ютером (ПК)
здійснюється через перетворювач RS-485/RS-232 (адаптер БП-RS). На один
адаптер можна підключити до 32 приладів, довжина лінії обмежена 500 метрами.
Зв'язок між адаптером БП-RS і приладами, що підключаються, забезпечується
екранованим кабелем з двома витими парами. Для узгодження лінії зв'язку
необхідно на початку і наприкінці лінії установити термінатори Rт (резистори
Rт=120 Ом).