Міністерство освіти i науки України

Одеський НАЦІОНАЛЬНИЙ полІТехНІчний уНІверситет

МЕТОДИЧНІ BКAЗІBKИ

до лабораторних робіт з дисципліни

«Технічні засоби автоматизації»

Блоки динамічного перетворення системи «Каскад»

для студентів фаху 6.092501

Затверждено

на засіданні кафедри автоматизації

теплоенергетичних процесів

Протокол № 1 від 2.09.2009 р.

2009

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Технічні засоби автоматизації /Блоки динамічного перетворення системи «Каскад» /Укл. В.Ф.Бабіч. – Одеса, ОНПУ, 2009. – 21 с.

Укладач: В.Ф.Бабіч, кандидат технічних наук, доцент

Вступ

Дані вказівки є продовженням методичних вказівок до лабораторних робіт з дисципліни «Технічні засоби автоматизації» з розділу «Блоки статичного перетворення локальних систем автоматичного регулювання».

Основною метою методичних вказівок є забезпечення можливості самостійної роботи студентів для одержання вмінь та навичок перевірки працездатності регулюючих i функціональних блоків та експериментального визначення їx статичних та динамічних характеристик.

Заключним дослідом кожної роботи є налаштування блоку на задані параметри i режими роботи. Цей дослід одночасно може використовуватися для контролю якості засвоєння вивченого матеріалу.

Лабораторна робота № 1

ДослІДження регулюючого релейного блоку Р21

Мета роботи – вивчення принципу дії, побудови, основних характеристик, методики лабораторних перевірок регулюючого блоку Р21 та одержання навичок з налаштування приладу.

Робота виконується на універсальному лабораторному стенді пультового типу.

1 Завдання по роботі

1.1 Перевірити дію зворотних зв’язків та потенціометра «Импульс».

1.2 Визначити статичні характеристики релейного елементу блоку i перевірити градуювання потенціометру «Зона».

1.3 Перевірити градуювання перемикачів «V_СВ» i «Т_И».

1.4 Виконати налаштування блоку на задані параметри.

2 Загальні відомості

2.1 Призначення регулювального блоку

Блок Р21 призначений для застосування у складі локальних систем автоматичного регулювання, що використовують інформацію у вигляді уніфікованих сигналів 0–5 мА i 0–20 мА.

У пульсуючому режимі при вхідному сигналі, що набагато перевищує зону нечутливості блоку, його передаточна функція разом з виконавчим механізмом постійної швидкості та пусковим пристроєм близька до передатної функції лінійного ПІ-регулятора:

. (1.1)

Коефіцієнт пропорційності блоку К_П визначається за виразом

, (1.2)

де – швидкість виконавчого механізму, % х.р.о./с;

– швидкість зміни сигналу головного зворотного зв’язку, %/с.

Т_И – постійна часу інтегрування, с.

Формування ПІД-закону регулювання можливе при роботі блоку в комплекті з блоком диференціювання Д01 або Д03. Для реалізації П-закону регулювання блок Р21 охоплюється жорстким зворотним зв᾽язком за положенням виконавчого механізму або за значенням регулювальної дії, що вводиться через вимірювальні блоки И04 або А04.

2.2 Структурна схема блоку (рисунок 1.1)

Блок складається із демпфуючого пристрою, двополярного операційного підсилювача постійного струму (ППС) типу УВ-41, трипозиційного релейного магнітно-тиристорного підсилювача типу УР-2, що разом утворюють прямий канал, ланцюгів головного негативного зворотного зв᾽язку (ГНЗЗ), додаткового позитивного зворотного зв’язку (ДПЗЗ), додаткового негативного зворотного зв’язку (ДНЗЗ).

Вхідні сигнали постійного струму 0–5 мА, 0–20 мА i напруги 0...±1,25 В i 0... ±24 В підсумовуються на вході демпфуючого пристрою, постійна часу якого встановлюється зміною опору Т_ДФ. Вихідний сигнал демпфуючого пристрою разом з сигналами постійного струму 0–5 мА i 0...±24 В, а також сигналами зворотних зв’язків, що формують закон регулювання, підсумовуються на вході ППС УВ-41.

Вихідний сигнал ППС УВ-41 керує трипозиційним релейним підсилювачем УР-2, що має зони нечутливості і повернення. Підсилювач УР-2 призначений для комутації пускового пристрою виконавчого механізму регулятора. Зона нечутливості регулюється зміною коефіцієнта передачі ланки у ланцюгу ДООС ППС УВ-41 «Зона».

Закон регулювання формується ланцюгом ГНЗЗ, що виконано у вигляді нелінійної інерційної ланки першого порядку. Постійні часу ланки при вмиканні (Т_В) та вимиканні (Т_О) блока різні, оскільки послідовно з ГНЗЗ ввімкнута неонова лампа, що розділяє ланцюги заряду i розряду конденсатора С зворотного зв’язку. Крім ГНЗЗ, прямий канал блока охоплено ДПЗЗ, що виконана у вигляді лінійної інерційної ланки i формує тривалість окремих вмикань t_ВКЛ у пульсуючому режимі («Импульс»).

2.3 Принципова схема блоку (рисунок 1.2)

Сигнали постійного струму 0–5 мА на входах 1 i 3 та 0–20 мА на вході 2 перетворюються на резисторах R1–R3 у сигнали постійної напруги i додаються один з одним та з напругою 0…±1,25 В із входу 4. Сума сигналів на входах 2–4 надходить до демпфуючого пристрою R4, С1. Його вихідний сигнал разом з сигналами 0–5 мА (зі входу 1) та сигналом із входу 5 надходить до ППС УВ-41. Всі невикористані входи блоку закорочують. До клем 12–13 або до гнізд А–Б блоку може бути подключений індикатор для контролю сигнала неузгодження.

Вихідний сигнал ППС УВ-41 надходить до релейного підсилювача УР-2 через дволанковий фільтр, утворений вихідним опором УВ-41, конденсаторами С5, С6 i резистором R7. Напруга на виході ППС УВ-41 може бути виміряна на гніздах В–Б. ППС УВ-41 охоплений жорстким негативним зворотним зв’язком, ступінь якого визначається положенням повзунків потенціометрів R5 i R6a. Резистор R5 визначає мінімальну зону нечутливості блока, а потенціометр R6a «Зона» є органом статичної настройки блоку, що дозволяє встановити потрібне значения зони нечутливості.

Підсилювач УР-2 перетворює сигнал, що надходить до його входу, у напругу постійного струму, що комутує пусковий пристрій виконавчого механізму. Для візуального визначення напрямку спрацювання блоку призначені світлові індикатори Н2 i НЗ.

Рисунок 1.1 – Структурна схема блоку Р21

При спрацюванні блоку одночасно з появою напруги на навантаженні (клеми 7–8 або 9–8) на виході УР-2 виникає напруга зворотного зв’язку імпульсної форми. З клем 15А–16А i 15A–14A ця напруга надходить до ланцюгів ГНЗЗ i ДПЗЗ. Напруга зворотного зв’язку демодулюється нелінійним опором, роль якого в ГНЗЗ виконує неонова лампа H1, а в ДПЗЗ – діодний міст VD1–VD4, в діагональ якого ввімкнутий стабілітрон VD5.

У момент, коли напруга U_ОС перевищить порогову напругу U_Г нелінійного опору, починається заряд конденсатора С2 ГНЗЗ i конденсатора С3 ДПЗЗ, сума напруг яких подається до входів ППС УВ-41. При спрацюванні блоку в протилежний бік напруга U_ОС, а отже, i струм заряду конденсаторів, змінюють полярність на протилежну.

Швидкість заряду конденсатора ГНЗЗ V_СВ визначається значенням ємності цього конденсатора i сумою опорів резистора R8 та одного з резисторів, значення опору якого дозволяє встановити коефіцієнт пропорційності регулятора. Постійна часу розряду конденсатора С2 ГНЗЗ дорівнює постійній часу інтегрування ре­гулятора Т_И, що визначається значенням ємності конденсатора С2 i опором од­ного з резисторів R17–R27, що вмикається перемикачем S1 «Т_И».

Тривалість одного ввімкнення задається положенням повзунка потенціометра R15б «Импульс», що визначає постійну часу ДПЗЗ. При мінімальній зоні нечутливості напруга, що викликає заряд конденсатора СЗ, визначається опором дільника R11 i R6б–R10–R9.

Для того, щоб при зміні зони нечутливості тривалість увімкнення залишилася незмінною, за допомогою потенціометра R6б, здвоєнного з потенціометром R6a, збільшується напруга, що викликає заряд конденсатора СЗ. При увімкненні блоку до входу ДПЗЗ одночасно подається напруга, пропорційна струму заряда конденсатора С2 ГНЗЗ, i напрузі, що знімається з резисторів R15a i R16. Ця напруга діє як позитивний зворотний зв’язок i компенсує зміну тривалості увімкнень при зміні швидкості зворотного зв’язку блоку.

При збільшенні тривалості увімкнень повинен зростати вплив позитивного зворотного зв’язку, для чого змінний резистор R15a здвоєний з потенціометром R15б. У блоці передбачена можливість вимкнення ДПЗЗ шляхом замикання гнізд Б–Д. Вимкнення ГНЗЗ здійснюється замиканням гнізд Г–Б блоку.

Рисунок 1.2 – Принципова схема блоку Р21

2.4 Органи контролю i налагодження

Органи контролю i налагодження розташовані на бічній панелі блоку:

– Потенціометр «Демпфер» (R4) – призначений для зміни постійної часу демпфування Т_ДФ;

– Потенціометр «Зона» (R6a) – призначений для зміни значення зони нечутливості блоку;

– Потенціометр «Импульс» (R15б) – використовується для зміни тривалості ввімкнень виконавчого механізму у пульсуючому режимі;

– Перемикач «V_СВ» – призначений для зміни швидкості заряду ланцюгів зворотного зв’язку;

– Перемикач «Т_И» – призначений для зміни постйної часу інтегрування Т_И.

– Гнізда А–Б – призначені для контролю вхідного сигналу; гнізда В, Г, Д – для контролю напруги, відповідно, підсилювача УВ-41, головного i додаткового зворотних зв’язків.

На лицьовій панелі блоку розміщені світлові індикатори, що призначені для кон­тролю спрацювання блоку у напрямках «Більше» та «Менше».