4. Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки для выполнения работы приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Принципиальная схема установки
Установка состоит из лабораторного стенда 1 и приборной стойки 2. На лабораторном стенде 1 располагается тепловой объект регулирования, представляющий собой трубопровод Тр; в него с помощью воздуходувки ВД с электродвигателем М нагнетается воздух. Внутри трубопровода расположен электрический нагреватель НЭ, обеспечивающий изменение температуры воздуха, которая является регулируемым параметром.
Управление работой воздуходувки ВД может осуществляться дистанционно или по месту при помощи кнопочных станций КД и КМ. Кнопочная станция КД располагается на приборной стойке, КМ — на стенде. Выбор типа управления определяется положением тумблера избирателя управления 1ИУ, располагаемого на приборной стойке. При подаче соответствующего командного сигнала (местное или дистанционное ручное управление) замыкается цепь питания магнитного пускателя 1МП, который включает электродвигатель воздуходувки М. Производительность воздуходувки изменяется за счет изменения скорости вращения вентилятора.
В работе предусмотрена возможность установления двух значений расходов Gмин и Gмакс при помощи избирателя управления 2ИУ, располагаемого на приборной стойке.
В электрической схеме установки предусмотрена блокировка цепи управления включением нагревателя: питание на нагреватель подается только после включения воздуходувки, останов воздуходувки может осуществляться со стенда (по месту) вне зависимости от положения избирателя управления 2ИУ.
Система автоматического контроля и регулирования температуры воздуха в трубопроводе выполнена на базе серийных средств автоматизации [3]. Для визуального контроля температуры воздуха в трубопроводе установлен ртутный термометр расширения ТР. Автоматическое измерение температуры воздуха в трубопроводе осуществляется с помощью медного термометра сопротивления типа ТСМ (ТС), работающего в комплекте с автоматическим мостом типа КСМ-2 (КСМ).
Система регулирования представляет собой замкнутую цепь, состоящую из объекта регулирования (поток воздуха в трубопроводе), измерительного преобразователя температуры (термометр сопротивления ТС), автоматического измерительного прибора КСМ (со встроенным реостатом дистанционной передачи), программного регулирующего устройства типа РУ5, реверсивного исполнительного механизма типа ПР-1М (ПР) и регулятора напряжения типа РНО-250 (РН), напряжение которого определяет мощность нагревателя НЭ.
Регулирование температуры в объекте может осуществляться в двух режимах: ручном и программном, что определяется положением избирателей управления 2ИУ и 3ИУ, располагаемых на стойке 2. При ручном регулировании управление напряжением нагревателя осуществляется со стенда 1 (по месту) кнопками КнБ (кнопка «больше») и КнМ (кнопка «меньше») и реверсивного магнитного пускателя ПМР. При нажатии кнопки «больше» («меньше») подается питание на исполнительный механизм ПР, устанавливающий движок регулятора напряжения в положение, обеспечивающее возможность увеличения (уменьшения) напряжения в цени нагревателя. Величина напряжения контролируется по показаниям вольтметра ВЩ. При достижении заданного напряжения с помощью избирателя управления 4ИУ питание подается на нагреватель НЭ. При этом на диаграмме измерительного прибора КСМ записывается кривая, характеризующая переходный процесс в объекте при скачкообразном возмущении.
Программное регулирование температуры осуществляется с помощью автоматического программного регулятора РУ5, расположенного на приборной стойке.
Принципиальная схема программного регулирования представлена на рисунке 5. Регулятор РУ5 работает в комплекте с измерительным прибором КСМ, имеющим встроенный реостат дистанционной передачи Rр.
Рисунок 5 - Блок-схема системы автоматического программного
регулирования температуры
Измеряемое прибором КСМ текущее значение температуры преобразуется в изменение сопротивления реохорда дистанционной передачи Rр прибора и сравнивается с сопротивлением реохорда задатчика RЗ регулятора РУ5.
Если текущее значение температуры равно заданному, то движки реохордов Rр и RЗ находятся в одинаковом положении, и напряжение Udb, снимаемое с диагонали db, равно нулю. Изменение значения регулируемой температуры или изменение ее заданного значения в соответствии с программой вызывает появление напряжения небаланса (Udb ≠ 0), которое поступает на вход фазочувствительного усилителя позиционного устройства регулятора РУ5. Полученный разбаланс напряжений усиливается и через контакты исполнительных реле 1P и 2Р (в зависимости от фазы разбаланса) воздействует на исполнительный механизм ПР, заставляя его перемещать движок регулятора напряжения РН, который изменяет напряжение на нагревателе НЭ, а следовательно, и температуру потока воздуха в трубопроводе Тр.
Процесс программного регулирования может быть реализован и без использования исполнительного механизма ПР. В данном случае напряжение, поданное на контакты исполнительных реле 1P (2P) регулирующего устройства РУ, непосредственно передается на нагреватель НЭ. Исследование процесса регулирования в этом случае осуществляется при переключении тумблера 3ИУ в положение «Исполнительное реле».