4 Регулювальний модуль р017.1

4.1 Функціональну схему модуля Р017.1 подано на рисунке 3.1. Модуль містить вхідний підсилювоч 7, інтегратор 8, диференціатор 9, суматор 10, вихідний підсилювач 11, перетворювач напруги у струм 12, обмежувач 13, вузол безударного перемикання 14.

Вхідний підсилювач 7 сприймає вхідний сигнал Х0, що дорівнює сигналу неузгодження ε, та перетворює його за аперіодичним зако­ном з коефіцієнтом пропорційності К_П та постіною часу Т_ДФ.

Сигнал з виходу підсилювача 7 надходить на вхід інтегратора 8, що інтегрує його з постіною часу Т_И, та на вхід диференціатора 9, що диференціює його з постіною часу Т_Д. Сума сигналів вхідного підсилювача, інтегратора та диференціатора, що одержана на виході суматора, надходить на вихідний підсилювач 11, що формує вихідний сигнал модуля за напругою Y1. Суматор та вихідний підси­лювач охоплені НЗЗ через вузол дискретної зміни коефіцієнта пропорційності К_П («Множитель К_П»). Величина диференційної складо­вої закону регулювання обмежується за допомогою нелінійного еле­мента в НЗЗ, який зв’язує вихід суматора з входом диференціатора. Вихідний підсилювач 11 також керує перетворювачем напруги на струм 12, що формує вихідний струмовий сигнал модуля Y2. Обмеження вихідних сигналів за мінімумом та максимумом забезпечується ре­гульованими пороговими пристроями обмежувача 13, що знаходяться в НЗЗ вихідного підсилювача. Одночасно обмежується вихідний сиг­нал інтегратора.

Вихідний підсилювач 11 керується вузлом безударного переми­кання режимів роботи модуля, що складається з реле з контактами, що перемикаються. В режимі ручного керування ланцюг живлення об­мотки реле замикається зовнішним перемикачем керування, реле спрацьовує та перемикає вихід суматора 3 входу вихідного підсилю­вача на вхід інтегратора. Вихідний підсилювач при цьому ке­рується сигналом ручного керування, що надходить від зовнішньо­го блока керування, а вихідний сигнал цього підсилювача відслідковується інтегратором через суматор.

ПІД-закон регулювання реалізовано при всіх включених складо­вих закону регулювання

(3.2)

де Y_i(s), ε(s) – зображення за Лапласом, відповідно, вихідного сиг­налу модуля та сигналу неузгодження, виражених у відносних одини­цях від номінального діапазону їх зміни.

ПІ-, ПД-, П-закони регулювання реалізовані при вимкнутих відповідно Д-, І- та ІД-складових.

Ланцюг вихідного сигналу модуля гальванічно зв’язаний з лан­цюгами вихідних сигналів, що є вихідними сигналами блоку в ціло­му.

4.2 Електричну принципову схему модуля Р017.1 подано на рисунку 3.3. Вхідний підсилювач побудований на ОП А1 з високоомними входами. Згладжування пульсацій вхідного сигналу модуля вико­нується за допомогою аперіодичної ланки- R11-C2, включеної на вході ОП. Коефіцієнт пропорційності К_П плавно регулюється потенціометром R20 «К_П», постійна часу демпфування – змінним резистором R11 «Т_ДФ». Вхідний підсилювач балансується підстроєчним резисто­ром RI7. Параметри К_П та Т_ДФ зв’язані з параметрами схеми співвідношеннями:

(3.3)

(3.4)

де α_КП = 1; 10 – в залежності від положення замикача S3 («×1»; «×10»);

β = 0,03…1 – доля вихідної напруги ОП А1, що знімається з движка потенціометра R20 відносно ОТ схеми;

α_R11 – положення движка потенціометра R11;

R11 – величина повного опору потенціометра R11, МОм:

С2 – величина ємності конденсатора С2, мкф.

Інтегратор побудовано на OП А2 з високоомними входами. Постійна часу інтегрування Т_И регулюється плавно потенціометром R1 «Т_и» та дискретно з допомогою комутаційних гнізд S1 («×1»; «×10»; «Выкл»). Величина Т_и зв’язана з параметрами схеми співвідношенням

(3.5)

де α = 0,1…1 – доля вхідного сигналу інтегратора, що знімається з точки з’єднання резисторів R3, R4 відносно ОТ схеми при даному положенні движка потенціометра R1;

R_И – величина опору в МОм, причому в положенні замикача S1 «×1»; R_И = R9 в положенні замикача S1 «×10»;

C4 – величина ємності конденсатора С4, мкф.

При встановленні замикача S1 в положення «Выкл» вихідна нап­руга інтегратора дорівнює нулю при будь-якому вхідному сигналі. Інтегратор балансується змінним резистором R18.

Рисунок 3.2 – Принципова електрична схема модуля Р017.1

Диференціатор побудовано на ОП A3 з високоомними входами. Постійна часу диференціювання Т_Д регулюється плавно потенціометром R21 «Т_Д» та дискретно за допомогою замикача S2 («×1», «×10», «Выкл»). Величина Т_Д зв’язана з параметрами схеми співвідношенням

(3.6)

де α = 0,1...1 – доля вихідної напруги мікросхеми A3, що знімається з точки з’єднання резисторів R26, R27 відносно ОТ схеми при дано­му положенні движка потенціометра R21;

R_Д – величина опору в МОм, причому в положенні замикача S2 «×1»; R_Д = R15 в положенні S2 «×10»;

С1 – величина ємності, мкф.

При встановленні замикача S2 в положення «Выкл» вихідна нап­руга диференціатора дорівнює нулю при будь-якому вхідному сигналі. Суматор виконано на ОП А4. Вихідні сигнали інтегратора та диференціатора, а також сигнали НЗЗ з виходу вихідного підсилювача підсумовуються на неінвертуючому вході ОП. Вихідний сигнал вихідного підсилювача та сигнал місцевого НЗЗ подаються на інвертуючий вхід ОП А4.

Вихідний підсилювач виконано на ОП А7 та транзисторі V15, що працює в режимі емітерного повторювача. Вихідний сигнал емітерного повторювача надходить на вихід блока по напрузі Y1 (0-10 В) та на вхід перетворювача напруги у струм. Вихідний підсилювач та суматор охоплені НЗЗ через резистор R41.

Перетворювач напруги у струм виконано на ОП А6 та транзис­торах V12, V14, охоплених глибоким послідовним НЗЗ, що знімається з резистора R60 при діапазоні вихідного сигналу 0-5 мА. У діапазоні вихідного сигналу 0-20 або 4-20 мА паралельно резистору R60 за допомогою зовнішніх перемичок підключаються резистори, відповідно, R66, R67.

Початковий рівень діапазону 4-20 мА задається від дже­рела опорної напруги -10 В, що розташоване у вимірювальному або регулюючому модулі, через резистор R68 за допомогою перемичок на клемах блока. Струм колектора транзистора V14 подається на струмовий вихід Y2 блока.

Обмежувач вихідного сигналу містить ОП А5, А8, що працюють у режимі порогових елементів, та джерело опорної напруги -10 В, побудоване на транзисторі V16. Опорна напруга подається на потен­ціометри R32 та R72, за допомогою яких встановлюються відповідні рівні обмежень. Вузол безударного перемикання режимів роботи містить реле К1 з перемикальними контактами. В режимі ручно­го керування на вхід вихідного підсилювача через резистор R44 подається сигнал напруги 0-10 В від зовнішнього блока керування. Сигнал, пропорційний вихідному сигналу вихідного підсилювача, через резистор R41 надходить до суматора, а з його виходу через контакти реле К1 – до входу інтегратора, що відслідковує вихідний сигнал блока та забезпечує безударне перемикання з руч­ного керування на автоматичне та навпаки.