Metodichka_Raskhod

Ход выполнения работы

В состав лабораторного стенда входит два расходомера различного принципа действия – вихреакустический расходомер Метран-300ПР, ультразвуковой расходомер Ultrasonic US-800. В данной лабораторной работе требуется настроить систему автоматического регулирования расхода с применением ПИД-регулятора, реализованного на ПЛК Delta, подобрать коэффициенты ПИД-регулятора, снять статические и динамические характеристики системы регулирования. Оценить качество переходных процессов при различных параметрах настройки ПИД-регулятора.

Перед проведением лабораторной работы необходимо установить все элементы стенда в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 «Сеть», расположенном на лицевой панели стенда:

●клавишный переключатель питания контроллера «Питание стенда» установить в положение «0» – выключить;

●тумблеры блока дискретных входов Х0 … Х7 перевести в нижнее положение, соответствующее состоянию «Выкл»;

●рукоятки потенциометров RP1, RP2 блока аналогового ввода/вывода перевести в крайнее положение против хода часовой стрелки;

●тумблер блока управления насосом и задвижкой установить в положение «Авт.» – автоматический режим;

После установки начальных условий необходимо подготовить к работе персональный компьютер и обеспечить его связь со стендом:

●включить персональный компьютер и дождаться загрузки операционной системы Windows;

●подать напряжение на стенд включением автоматического выключателя QF1«Сеть»;

●подать напряжение на программируемый логический контроллер и расходомеры включением клавишного переключателя, переведя его в положение «1», дождаться загрузки ПЛК (см. Приложение 5);

●на рабочем столе Windows ПК найти проект «ПДР-СК» Scadaсистемы Trace Mode (см. Приложение 8);

Примечание. В командной строке необходимо нажать на кнопку

«пуск/остановка» (бегущий красный человечек).

Основной экран программы «ПДР-СК» представлен на рис. 2.9.

● щелкнув «мышью» на изображения «Промышленные датчики расхода», пользователь запускает процесс получения данных в программе Trace Mode: откроется окно, внешний вид которого показан на рис.2.10.

На сенсорной панели оператора также нужно выбрать пункт «Система автоматического управления» (рис. 2.11 а), после чего откроется окно с показаниями расходомеров в цифровом виде, а также с полем задания насоса и управление задвижкой.

Рис. 2.9. Стартовое окно проекта «ПДР-СК» Scada-системы Trace Mode

Рис. 2.10. Рабочее окно проекта «ПДР-СК» Scada-системы Trace Mode

Рис. 2.11. Внешний вид окон выбора режима работы (а), автоматического управления (б)

Задания и оформление работы

Чтобы автоматически перейти в режим работы насосом при положении тумблера «Авт» блока управления насосом и задвижкой, тумблер блока дискретных входов/выходов Х0 перевести из нижнего в верхнее положение, соответствующее состоянию «Вкл»! При этом сигнал управления насосом автоматически выставляет ПЛК; напротив нижнего значка на индикаторной панели управления насосом подсвечивается индикатор и значение шкалы высвечивается на делении «5».

Опыт по настройке замкнутой системы автоматического управления расхода производится в следующем порядке:

●в меню «ПИД-регулятор» задать коэффициент П-канала (пропорциональной составляющей) регулятора, отличный от нуля, например, 200 в цифровом коде, а коэффициенты И-канала (интегральной составляющей), Д- канала (дифференциальной составляющей) установить равными нулю;

Примечание. См. также раздел 1.Теоретическая часть. Настройка параметров «ПИД-регулятора» методом последовательного приближения.

●установить сигнал задания, равный 5..10% от максимального значения (параметр «задание регулятора», в цифровом коде находится в интервале от 0 до 10000; например, сигнал задания, равный 5% от максимального значения, соответствует параметру задания, равному 500; сигнал задания не должен быть большим!), при этом система начинает отрабатывать заданное значение сигнала;

●на насосе (см. индикаторную панель управления на рис.2.12, отображающую все необходимые параметры: расход, режимы работы насоса) нажать самую нижнюю кнопку, рядом с которой должен высветиться значок

ввиде четверти круга, в середине которого проведена горизонтальная линия, если подсветился другой значок, повторно нажать кнопку.

Рис.2.12. Индикаторная панель управления центробежного насоса Grundfoss Magna

Примечание. После выполнения таких действий с насосом на индикаторной панели управления рядом со стрелочками должно светиться деление напротив цифры 4 или 5, а ниже – значок в виде четверти круга.

●в поле «управление задвижкой» ввести значение, равное 10 % от максимального значения;

Примечание. Следует наблюдать переходные процессы в системе управления расходом на экране персонального компьютера при различных положениях задвижки в трубопроводе и фиксированном параметре настройки «П-канала», например, равном 200;

●проведя серию экспериментов, изменяя значение коэффициента «П- канала» ПИД-регулятора при фиксированном положении регулирующей задвижки, добиться необходимого, с точки зрения показателей качества управления, таких показателей переходного процесса, как быстродействие и минимум колебательности;

●повторить серию экспериментов с другими положениями регулирующей задвижки, например, 800, 1200, 1600 в цифровом коде;

●сравните и проанализируйте переходные процессы при различных значениях коэффициента «П-канала» и различных положениях регулирующей задвижки. Как на остаточное отклонение регулируемого расхода от заданного значения влияет величина коэффициента «П-канала»?

●оставив на сенсорной панели оператора в поле «П-канал» подобранное значение коэффициента «П-канала», установите значение коэффициентов интегрального (И-канала), отличное от нуля, например 100, а значение коэффициента Д-канала (дифференциальной составляющей) оставить, равным нулю, и проведите серию экспериментов при различных положениях регулирующей задвижки;

●сравните и проанализируйте переходные процессы систем регулирования расхода с П-регулятором и с ПИ-регулятором. С каким регулятором время переходного процесса в системе регулирования расхода наименьшее?

●подобрать значение коэффициента И-канала для системы регулирования расхода с ПИ-регулятором;

●на сенсорной панели в поле «П-канал» и поле «И-канал», оставив подобранные значения коэффициентов, подобрать коэффициент в поле «Д- канала» (дифференциальной составляющей) и провести серию экспериментов с различными положениями регулирующей задвижки;

Сравните переходные процессы в системе регулирования расхода – П- регулятор, в системе регулирования расхода – ПИ-регулятор, в системе регулирования расхода – ПИД-регулятор.

Замечание. При проведении настройки «ПИД-регулятора» необходимо учитывать, что промышленные расходомеры являются достаточно инерционными устройствами, а это обязательно отразится на настройках коэффициентов интегрального и дифференциального каналов регулятора. Параметры промышленных расходомеров даны в приложениях 2 и 3.

●после окончательной установки коэффициентов (параметров настройки) трех каналов «ПИД-регулятора» расхода необходимо наблюдать оптимальный переходный процесс расхода, с точки зрения показателей быстродействия и минимума колебательности переходного процесса.

Кран К1 полностью открыт во время проведения эксперимента.

Примечание. Следите за тем, чтобы значения положений регулирующей задвижки на сенсорной панели оператора и на экране монитора ПК совпали. Если значения положений регулирующей задвижки не совпадают, это может означать «сбой программы». Перезапуск программы поможет исправить данную неисправность.

●остановить насос (в поле «задание для насоса» ввести «0», либо на индикаторной панели насоса удерживать нижнюю стрелочку 3..4 секунды);

●на рабочем столе Windows ПК закрыть проект «ПДР-СК» Scada-

системы Trace Mode;

●для закрытия рабочего экрана проекта необходимо в командной строке нажать на кнопку «пуск/остановка» (бегущий красный человечек);

●клавишный переключатель питания контроллера «Питание стенда» установить в положение «0» – выключить;

●автоматический выключатель QF1 «Сеть» выключить.

Дополнительные задания

Определить и исследовать следующие характеристики:

1)зависимость расхода от величины сигнала задания (статическая характеристика);

2)переходный процесс системы регулирования расхода при нанесении единичного ступенчатого возмущающего воздействия.

Для снятия статической зависимости расхода от сигнала задании регулятора необходимо:

● установить сигнал задания, равный нулю (параметр «Задание»); ● задавая сигнал задания настроенной замкнутой системы от 0 до мак-

симума, изменять расход, записывая показания промышленных расходомеров в табл. 2.5. Данные расхода можно наблюдать на экране ПК;

● характеристики необходимо снимать как при повышении сигнала задания (восходящая ветвь), так и при снижении сигнала задания (нисходящая ветвь);

● после проведения эксперимента установить сигнал задания, равный

нулю.

Таблица 2.5 Статические характеристики системы регулирования расхода

Восходящая ветвь

FЗД

300ПР

US-800

Нисходящая ветвь

FЗД

300ПР

US-800

Переходный процесс системы регулирования расхода при нанесении единичного ступенчатого возмущающего воздействия исследуется в следующей последовательности:

● установить величину расхода в пределах 20...60 % (параметр «Задание регулятора»). Требуемую величину расхода можно вычислить из экспе-

риментально полученной статической зависимости расхода от сигнала задания;

●активировать процесс регулирования (переключатель «Пуск/Останов регулирования»);

●дождаться установки необходимого расхода (окончание переходного процесса системы регулирования расхода можно отслеживать с помощью персонального компьютера – временные диаграммы расхода);

●с помощью шарового крана К1, осуществляющего подачу воды из питательного бака в гидравлическую систему, уменьшить величину расхода системы.

Внимание!!! При этом запрещается полностью перекрывать кран К1, так как полное перекрытие может привести к поломке насоса.

●по окончании переходного процесса сохранить его временную диаграмму и в дальнейшем привести ее в отчете;

●убрать дестабилизирующий фактор (полностью открыть кран К1

рис. 2.3);

●установить значение сигнала задания регулятора, равное нулю;

●после остановки насоса прекратить процесс регулирования (переключатель «Пуск/Останов регулирования»);

●для закрытия рабочего экрана необходимо в командной строке нажать на кнопку «пуск/остановка» (бегущий красный человечек);

●закрыть программу Trace Mode;

●выключить электропитание программируемого логического контроллера и расходомеров (клавишный переключатель «Питание стенда»);

● выключить автоматический выключатель QF1 «Сеть».

При оформлении отчѐта по выполненной работе привести в отчѐте все полученные переходные процессы системы при различных параметрах настройки ПИД-регулятора, статические характеристики промышленных расходомеров и переходные характеристики системы регулирования расхода, полученные в результате нанесения единичного ступенчатого возмущающего воздействия. Определить показатели качества процесса регулирования.

Контрольные вопросы

Какие воздействия называются возмущающими, а какие – управляющими?

Как создать в системе регулирования расходом возмущающее воздействие?

Дайте определение переходного процесса.

Сравните переходные процессы при различных параметрах настройки ПИД-регулятора.

Сравните переходные процессы в системе объект – П-регулятор, в системе объект – ПИ-регулятор, в системе объект – ПИД-регулятор.

Как экспериментально определяют переходную характеристику системы регулирования расхода?

Как определяют параметры передаточной функции по переходной характеристике?

Как оценить качество управления? Дайте определение показателей, характеризующих качество управления.

Какие показатели качества управления позволяют одновременно оценивать как точность, так и быстродействие систем управления?

Охарактеризуйте типовые оптимальные процессы регулирования.

Что понимают под законом действия регулятора?

Назовите основные законы регулирования.

Охарактеризуйте свойства пропорционального, интегрального, пропо- ционально-интегрального, пропорционально-дифференциального, про- поционально-интегрально-дифференциального законов регулирования

Что лежит в основе выбора законов регулирования непрерывного действия?

Как осуществляется настройка оптимальных параметров промышленных регуляторов?

Для ответов на поставленные контрольные вопросы в разделе 2 ис-

пользуйте из списка рекомендуемой литературы [1-3, 6-8].

ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СТЕНДА

Приложение 1

Центробежный насос Grundfoss Magna 25-60-1x230

Насос представляет собой центробежный насос и интегрированный с ним приводной электродвигатель. На одном основании с насосом располага-

ется преобразователь частоты (ПЧ). Внешний вид насоса фирмы Grundfos

представлен на рис. П.1. Основные технические характеристики насоса даны в табл. П.1.

Рис.П.1. Внешний вид насоса Grundfoss

Таблица П.1

Технические характеристики насоса Grundfoss