Инструкции к установкам / Upravlenie_nasosnoy_perekachivayuschey_stantsiey_Metodichka_1

процесс изменения температуры (на компьютере, на самописце или по точкам, вручную) до установления нового устоявшегося значения температуры Т2.

2. Провести касательную к полученной кривой в точке, где наклон касательной будет максимален.

Рис. 17. Тангенциальный метод нахождения ПИД коэффициентов.

3.Определить «мёртвое» время процесса как промежуток времени, прошедший с момента изменения мощности до момента времени, определяемого точкой пересечения касательной и средней линии температуры первого устойчивого состояния Т1.

4.Определить величину относительного наклона касательной по формуле:

К = ∆ /∆∆ , где ΔT – изменение температуры в °С, Δt – соответствующее

изменение времени в секундах, ΔN – изменение мощности в %.

5. Установите значения коэффициентов kp, ki, kd в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2.

Настройка ПИД-регулятора по методу Циглера-Николса Циглер и Николс предложили свой вариант быстрой настройки ПИД-

регулятора для периодического переходного процесса, в котором затухание примерно равно 4.

1.Обнулить кi и кd

2.Постепенно увеличиваем кp до критического значения кc, при котором возникают автоколебания

3.Измеряем период автоколебаний Т

4.Установите значения коэффициентов kp, ki, kd в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Подготовить стенд к работе (используется левая половина). Открыть краны

1.4, 6, 8, открыть задвижки Y1 (на 60%), Y2.

Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

3.Задать автоматический режим регулирования расхода с помощью насоса М1.

4.Задать P коэффициент регулятора ПИД М1 (коэффициенты I=0, D=0). Задать уставку расхода. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

5.Дать поработать системе и через некоторое время закрыть задвижку Y2.

6.Через некоторое время открыть задвижку Y2. Ознакомиться с графиком расхода жидкости (рекомендуется использовать инструмент «тренды»

SCADA Simp Light).

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического управления.

8.Задать коэффициенты P, I регулятора ПИД М1 (коэффициент D=0). Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

9.Повторить пункты 5-7.

10.Задать коэффициенты P, I, D регулятора ПИД М1. Нажмите кнопку «старт»

автоматического управления.

Примечание. Рекомендуемые коэффициенты P, I, D приведены в приложении 13, однако учащимся рекомендуется установить коэффициенты самостоятельно.

11. Повторить пункты 5-7.

12. Сравнить полученные графики для П-, ПИ- и ПИД-регуляторов.

122

13.Ознакомиться с тангенциальным методом задания коэффициентов (скачок мощности нагрузки осуществить открытием задвижки Y2).

14.Повторить пункты 4-12 для П-, ПИ- и ПИД-регуляторов с коэффициентами, найденными тангенциальным методом (табл. 2).

15.Проанализировать результаты, сделать выводы.

123

Лабораторная работа 10. Изучение замкнутой системы поддержания давления. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения давления до восстановления прежнего уровня.

Цель работы: Изучение замкнутой системы поддержания давления. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения давления до восстановления прежнего уровня.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией лабораторных работ 8-9 и описанием стенда.

2.Подготовить стенд к работе (используется левая половина). Открыть краны 1, 4, 6, кран 8 открыть наполовину, открыть задвижку Y2.

Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

3.Задать автоматический режим регулирования давления с помощью клапана Y3 (установить режим работы насоса М1 «частота = const» в положении

«вкл.»).

4.Задать P, I, D коэффициенты регулятора ПИД Y3, задать частоту М1. Задать уставку давления по датчику В7. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

5.Дать поработать системе и через некоторое время закрыть задвижку Y2.

6.Через некоторое время открыть задвижку Y2. Ознакомиться с графиком давления по показаниям датчика В7 (рекомендуется использовать инструмент

«тренды» SCADA Simp Light).

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического управления.

8.Повторить пункты 4-7 для разных значений коэффициентов P, I, D.

9.Проанализировать результаты, сделать выводы.

124

Лабораторная работа 11. Изучение замкнутой системы регулирования давления при изменении закона управления. Пропорциональное, пропорционально-интегральное и пропорционально-интегрально- дифференциального законы регулирования давления во времени. Изучение процесса работы системы слежения за изменением и управления давлением.

Цель работы: Изучение замкнутой системы регулирования давления при изменении закона управления. Пропорциональное, пропорциональноинтегральное и пропорционально-интегрально-дифференциального законы регулирования давления во времени. Изучение процесса работы системы слежения за изменением и управления давлением.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией лабораторных работ 8-9 и описанием стенда.

2.Подготовить стенд к работе (используется левая половина). Открыть краны 1, 4, 6, кран 8 открыть наполовину, открыть задвижки Y1 (на 60%), Y2. Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

3.Задать автоматический режим регулирования расхода с помощью насоса М1.

4.Задать P коэффициент регулятора ПИД М1 (коэффициенты I=0, D=0). Задать уставку давления по датчику В7. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

5.Дать поработать системе и через некоторое время закрыть задвижку Y2.

6.Через некоторое время открыть задвижку Y2. Ознакомиться с графиком давления жидкости (рекомендуется использовать инструмент «тренды»

SCADA Simp Light).

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического управления.

8.Задать коэффициенты P, I регулятора ПИД М1 (коэффициент D=0). Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

9.Повторить пункты 5-7.

10.Задать коэффициенты P, I, D регулятора ПИД М1. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

11.Повторить пункты 5-7.

12.Сравнить полученные графики для П-, ПИ- и ПИД-регуляторов.

13.Ознакомиться с тангенциальным методом задания коэффициентов (скачок мощности нагрузки осуществить открытием задвижки Y2), для этого повторить пункты 4-12 для П-, ПИ- и ПИД-регуляторов с коэффициентами, найденными тангенциальным методом (табл. 2 лабораторной работы 9).

14.Построить функциональную схему системы слежения за изменением и управления давлением (см. рис. 2 лабораторной работы 8).

15.Проанализировать результаты, сделать выводы.

125

Лабораторная работа 12. Изучение замкнутой системы регулирования уровня. Задание величины уровня в рассматриваемой системе. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения уровня до восстановления заданного уровня.

Цель работы: Изучение замкнутой системы регулирования уровня. Задание величины уровня в рассматриваемой системе. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения уровня до восстановления заданного уровня.

Краткая теория: Рассмотрим поддержание уровня помощью двухпозиционного регулятора. Позиционными называют такие регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. Рассмотрим работу двухпозиционного регулятора на следующем примере.

На рис. 1 показана принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха.

Рис. 1. Принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха:

1 – объект регулирования, 2 – измерительный мост, 3 – поляризованное реле, 4 – обмотки возбуждения электродвигателя, 5 – якорь электродвигателя, 6 – редуктор, 7 – калорифер.

Для контроля температуры в объекте регулирования служит термосопротивление ТС, включенное в одно из плеч измерительного моста 2. Величины сопротивлений моста подбираются таким образом, чтобы при заданной температуре мост был уравновешен, то есть напряжение в диагонали моста равнялось нулю. При повышении температуры поляризованное реле 3, включенное в диагональ измерительного моста, включает одну из обмоток 4

126

электродвигателя постоянного тока, который с помощью редуктора 6 закрывает воздушный клапан перед калорифером 7. При понижении температуры воздушный клапан полностью открывается.

При двухпозиционном регулировании температуры количество подаваемого тепла может устанавливаться только на двух уровнях - максимальном и минимальном. Максимальное количество тепла должно быть больше необходимого для поддержания заданной регулируемой температуры, а минимальное - меньше. В этом случае температура воздуха колеблется около заданного значения, то есть устанавливается так называемый автоколебательный режим (рис. 2, а).

Линии, соответствующие температурам τн и τв, определяют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Когда температура регулируемого объекта, уменьшаясь, достигает значения τн количество подаваемого тепла мгновенно увеличивается, и температура объекта начинает возрастать. Достигнув значения τв, регулятор уменьшает подачу тепла, и температура понижается.

Рис. 2. Временная характеристика двухпозиционного регулирования (а) и статическая характеристика двухпозиционного регулятора (б).

Скорость повышения и понижения температуры зависит от свойств объекта регулирования и от его временной характеристики (кривой разгона). Колебания температуры не выходят за границы зоны нечувствительности, если изменения подачи тепла сразу вызывают изменения температуры, то есть если отсутствует запаздывание регулируемого объекта.

С уменьшением зоны нечувствительности амплитуда колебаний температуры уменьшается вплоть до нуля при τн = τв. Однако для этого требуется, чтобы подача тепла изменялась с бесконечно большой частотой, что практически осуществить чрезвычайно трудно. Во всех реальных объектах регулирования имеется запаздывание. Процесс регулирования в них протекает примерно так.

При понижении температуры объекта регулирования до значения τн мгновенно изменяется подача тепла, однако из-за запаздывания температура некоторое время продолжает снижаться. Затем она повышается до

127

значения τв, при котором мгновенно уменьшается подача тепла. Температура продолжает еще некоторое время повышаться, затем из-за уменьшенной подачи тепла температура понижается, и процесс повторяется вновь.

На рис. 2, б приведена статическая характеристика двухпозиционного регулятора. Из нее следует, что регулирующее воздействие на объект может принимать только два значения: максимальное и минимальное.

Знак регулирующего воздействия определяется знаком отклонения регулируемой величины (температуры) от ее заданного значения. Величина регулирующего воздействия постоянна. Все двухпозиционные регуляторы обладают гистерезисной зоной α.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Подготовить стенд к работе (используется левая половина). Открыть краны 1, 4, 7, вентиль 9 (наполовину) и задвижки Y1 (на 60%), Y2.

Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

3.Задать автоматический режим регулирования уровня с помощью насоса М1.

4.Задать коэффициенты регулятора ПИД М1. Задать уставку уровня. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

5.Дать поработать системе и через некоторое время закрыть задвижку Y2.

6.Через некоторое время открыть задвижку Y2.

Ознакомиться с графиком уровня жидкости (рекомендуется использовать инструмент «тренды» SCADA Simp Light).

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического управления.

8.Проанализировать результаты, сделать выводы.

128

Лабораторная работа 13. Определение напорных характеристик насоса при независимой работы каждого из насосов на свой трубопровод

Цель работы: Определение напорной характеристики насоса.

Краткая теория: Насос - это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости.

Работа насоса характеризуется подачей – количеством жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой Q и измеряется в м3/час, л/мин и др. Подача насоса, подключенного к гидравлической сети, определяется рабочей точкой на его характеристике и кроме конструктивных особенностей зависит от гидравлической характеристики сети.

Оптимальная подача насоса достигается при максимальном значении коэффициента полезного действия. Фактическую подачу насоса можно определить по напорно-расходной характеристике зная создаваемый напор.

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой Н и измеряется в метрах водного столба (м).

Полезная мощность Nп - это мощность, затрачиваемая на сообщение жидкости энергии.

Nп = НМ = QρgH=QP; (1)

где Р – создаваемое насосом давление;

Р = (Рнагн − Рвс) + 82 2 ( 14 − 14) ; (2)

2 1

где Рвс , Рнагн – давление во всасывающем и нагнетающем патрубке насоса соответственно;

d1, d2 – внутренние диаметры всасывающего и напорного патрубков; ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

В случае, если диаметры всасывающего и нагнетательного патрубков одинаковы и патрубки находятся на одном уровне, формула (2) упрощается и принимает вид:

Р=Рнагн – Рвс (3)

Основной характеристикой насоса является его напорно-расходная характеристика. Эта характеристика может быть рассчитана с помощью теоретических зависимостей или измерена на специальном испытательном стенде. Характеристики насоса изменяются при изменении частоты вращения приводящего вала, соответственно для каждой частоты вращения существует свое семейство характеристик насоса.

В паспортах насосов, как правило, приводятся напорные характеристики, для соответствующей частоты вращения вала насоса. На рис. 1 приведена напорно-расходная характеристика динамического насоса.

129

Рис. 1. Напорно-расходная характеристика насоса.

Как видно по графику характеристики, чем большее сопротивление динамический насос вынужден преодолевать, тем меньшую подачу он может обеспечить. Максимальный напор насос создает при нулевом расходе.

Напорная характеристика объемного насоса (Рис.2) имеет принципиально иной вид, чем для центробежного.

Рис. 2. Напорная характеристика объёмного насоса.

1 – теоретическая напорная характеристика, 2 – практическая, АВС – характеристика насоса c предохранительным клапаном, pпр.кл.– давление настройки предохранительного клапана 3, H – напор насоса, pн – манометрическое давление на выходе из насоса.

Давление, которое развивает объемный насос, зависит от гидравлической сети, в которую он включен. Если мы начнем прикрывать задвижку на напорной магистрали, давление на выходе из насоса будет увеличиваться, однако двигатель насоса этого "не почувствует", он будет продолжать вращать кривошип с той же скоростью, и поршень будет вытеснять тот же объем жидкости. Теоретическая подача Qт =q×n не зависит от давления на

130