4795

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки

15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств

Воронеж 2016

4

ры свободных концов. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником. Подключение ТП к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов изготовленных из тех же материалов, что и термопара. Допускается использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, которые в диапазоне температур 0-100 С аналогичны характеристикам материалов электродов ТП. При соединении компенсационных проводов с ТП и прибором, необходимо соблюдать полярность.

3. Датчики с унифицированным выходным сигналом тока или напряжения. Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующими измерительными преобразователями. Нормирующие преобразователи преобразуют сигналы с первичных преобразователей (манометров, дифманометров и т.д.) в унифицированный сигнал постоянного тока. Величина этого тока лежит в диапазонах 0-20 mА, 4-20 mА, 0-5 mА, а величина напряжения 0-10 mV, 0-100 mV. Диапазон выходного сигнала нормирующего преобразователя пропорционален значению физической величины, измеряемой датчиком и соответствует рабочему диапазону датчика,

указанному в его технических характеристиках.

II.Блок обработки данных – включает измерители входных сигналов, вычислители дополнительных параметров (разности, отношения и т.п.), фильтры для повышения помехоустойчивости, логические устройства, формирующие управляющие сигналы, кото-

рые затем подаются на выходные устройства.

III.Выходные устройства – предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы:

1.Выходные устройства ключевого типа:

электромагнитные реле;

транзисторная оптопара;

оптосимистор.

Выходные устройства ключевого типа используются для управления (вкл.-выкл.) нагрузкой либо непосредственно, либо через мощные управляющие элементы (пускатели, твердотельные реле, тиристоры, сими-

5

сторы). Транзисторная оптопара и оптосимистор имеют гальваническую развязку со схемой прибора. Транзисторная оптопара применяется, как правило, для управления низковольтным реле (до 50 В) (рис. 4). Оптопсимистор имеет внутреннюю схему перехода через ноль и включается в цепь управления мощного симистора через ограничивающий резистор R1 по схеме (рис. 5). Величина резистора определяет ток управления симистора. Для предотвращения пробоя тиристоров из-за высоковольтных скачков напряжения в сети к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC цепочку.

2.Выходное устройство

аналогового типа представляет собой формирователь токовой петли 4-20 mA на активной нагрузке 200-800 Ом. Выходное устройство аналогового типа имеет гальваническую развязку от схемы прибора.

Рис. 6

7

Xp=20

t

Xp=100

t

б) пропорционально-дифферинциальное регулирование (ПД-закон)

E

tg=4c

t

При работе регулятора в этом режиме величина выходного сигнала Y зависит не только от величины отклонения E, но и от скорости ее изменения. Так как регулируемая величина изменяется непрерывно, а периодически, то формула выходного сигнала имеет вид:

8

Y=(1/Xp) ((E+tg (∆E/∆tизм)) 100%,

где Xp – полоса пропорциональности; E – отклонение;

tg – постоянная времени дифференцирования;

∆E – разность между двумя соседними измерениями E; ∆tимз – время между двумя соседними измерениями; ∆E/∆t – скорость измерения отклонения.

Изменение выходного сигнала регулятора Y при ступенчатом изменении отклонения показано на рисунке. В первый период после ступенчатого изменения отклонения Е, регулятор выдает управляющий импульс, в котором присутствует пропорциональная составляющая, вызванная изменением Е (заштрихованная часть первого импульса). Величина дифференциальной составляющей зависит от величины Е и коэффициента tg. В последующих импульсах присутствует только пропорциональная составляющая, т.к. нет изменения E.

в) пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-закон)

При работе регулятора в этом режиме величина выходного сигнала Y зависит, как от величины отклонения E, так и от времени его существования. Так как регулируемая величина измеряется не непрерывно, а периодически. Формула выходного сигнала имеет вид:

E

tизм

Рис. 9

n j

Y=(1/Xp) (Ej+(1/τu) En ) 100%

n 0

где Xp – полоса пропорциональности; Ej – отклонение;

9

τu –постоянная времени интегрирования;

n j

En – разность между двумя соседними измерениями E.

n 0

Из рисунка видно, что в первый момент времени, когда нет отклонения (E=0), нет и выходного сигнала (Y=0). С появлением отклонения Ej появляются импульсы, длительность которых постепенно увеличивается. В импульсах присутствует пропорциональная составляющая, которая зависит от величины E (не заштрихованная часть импульсов) и интегральная составляющая (заштрихованная часть). Увеличение длительности импульсов происходит за счет роста интегральной составляющей, которая зависит от отклонения E и коэффициента Ru.

г) пропорционально-интегрально-дифферинциальное регулирование (ПИД-закон).

Для этого закона выходной сигнал регулятора Y изменяется по формуле:

n j

Y==(1/Xp) (Ej+tg (∆E/∆tизм)+(1/τu) En ) 100%

n 0

где все составляющие формулы описаны выше.

В выходных импульсах присутствуют все три составляющие: пропорциональная, дифференциальная, интегральная, которые изменяются по законам описанным выше. ПИД-регулирование является наиболее эффективным из всех описанных.

2. Краткое описание лабораторного стенда.

Выход нагрузки ПИД регулятора

Главный

выключатель

Датчик