ТСА / Лабораторные работы

Устройство представляет собой компаратор, выполненный на МС D30, на один вход которого подается сигнал с предварительного усилителя, инвертированный и усиленный МС D31, на второй вход – сигнал с резистора установки задания R4 СН (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Схема электрическая принципиальная прибора ДИСК-250

Как только входной сигнал станет меньше заданного значения, на выходе компаратора напряжение скачком устанавливается на уровне 11 – 15 В и открывает транзистор V27. Вследствие этого срабатывает реле К2 усилителя выходных устройств (УВУ) (рис. 3.4), переключая свои контакты, и зажигается светодиод V3 СН (рис. 3.4).

31

Изменение уставки задания происходит следующим образом. В нормальном состоянии все кнопки уставки задания отпущены и сигнал с выхода D31 УКИ через замкнутые контакты кнопок поступает на вход D29 и далее на усилитель небаланса. При нажатии любой из кнопок, например, S3 (рис. 3.4), на вход D29 поступает сигнал не со входа прибора (через D31), а с резистора установки задания R4. Если теперь, не отпуская кнопки, изменять положение движка резистора установки задания, то указатель прибора будет перемещаться по шкале точно так же, как и под воздействием измеряемого входного сигнала.

Таким образом, для установки задания используется та же шкала, что и для считывания показаний о текущем значении измеряемого параметра.

Для приборов с регулирующим устройством выходные устройства ВУ2, ВУ4 собраны на плате УВУ (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 –Схема электрическая принципиальная усилителя выходных устройств прибора ДИСК-250

Устройство сигнализации верхнего предела СВ собрано на базе компаратора D3; трехпозиционное регулирующее устройство выполнено в виде двух двухпозиционных устройств на базе компараторов D1 и D2. Принцип работы этих устройств аналогичен вышеописанному.

32

Выходные каскады регулирующего устройства состоят из управляющих транзисторов V4, V5 и выходных транзисторов V8 и V9. Эти же выходные транзисторы используются для усиления управляющего сигнала по мощности. Для защиты от короткого замыкания нагрузки в схему приборов ДИСК-250 введены транзисторы V6 и V7: при возрастании тока в нагрузках возрастают падения на резисторах R17 и R18, которые открывают защитные транзисторы, а они, в свою очередь, закрывают выходные транзисторы.

С целью исключения аварийных ситуаций, вследствие ошибочных установок задания регулирующего устройства (например, уставка верхнего предела зоны регулирования РВ установлена ошибочно ниже нижнего предела зоны регулирования РН), в схему введены диодно-резистивные цепи R10 – диод между выводами 1,2 сборки D4 и R14 – диод между выводами 2,3 сборки D5.

4. Описание экспериментальной установки Экспериментальная установка представляет собой релейную АСУ

температуры электрической печи. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема экспериментальной установки.

Регулируемой величиной АСУ является температура электрической печи 2, измеряемая термопарой 3 типа ХА совместно с прибором ДИСК-250 4. Внутри прибора 4 встроено релейное устройство с задатчиком температуры.

При уменьшении температуры ниже заданного значения реле прибора замыкает контакт. Когда же температура оказывается выше заданного значения, происходит размыкание контакта. Для регулирования температуры релейным регулятором универсальный переключатель SA2 необходимо перевести в положение А (автоматическое регулирование). В этом случае при замыкании контакта напряжение с лабораторного трансформатора (ЛАТРа) 1 подается на

33

печь 2 через контакт реле. Величина этого напряжения определяется положением движка ЛАТРа. Под действием приложенного регулирующего воздействия температура печи будет увеличиваться. Когда температура печи станет выше заданного значения, реле своим контактом обесточит ЛАТР. При отклонении питающего напряжения температура печи станет падать.

Заданное напряжение регулируемой величины изменяют задатчиком, расположенного внутри прибора 4.

Для определения динамических свойств объекта управления универсальный переключатель SA2 следует привести в положение Р (ручное регулирование). При этом независимо от состояния контакта внутри автоматического прибора 4 к печи 3 будет подано напряжение от ЛАТРа 1.

5. Порядок выполнения работы Для проведения опыта необходимо:

а) При помощи кнопки СН и движка переменного резистора R4 установить предел заданного значения температуры.

б) Установить рукоятку ЛАТРа в положение 60 дел.; универсальный переключатель SA2 перевести в положение А и через каждые 15 с фиксировать значения температуры, занося результаты наблюдений в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Снятие процесса релейного регулирования

в) по истечении 4-5 периодов колебаний температуры, установить рукоятку ЛАТРа в положение 100 делений ( y2 100 делений ЛАТРа) и продолжить фиксацию значений температуры в течении новых 4-5 периодов;

г) установить новое заданное значение температуры (по указанию преподавателя) и снять процессы релейного регулирования при y2 100 делений ЛАТРа (4-5 периодов), при y1 60делений ЛАТРа (4-5 периодов).

Во всех случаях результаты экспериментов необходимо заносить в таблицу

5.1.

По окончании выполнения лабораторной работы выключить экспериментальную установку.

6. Указания по оформлению отчета Отчет по лабораторной работе должен содержать:

а) описание принципа действия и статические характеристики релейных регуляторов;

б) описание экспериментальной установки и ее схема; в) перечень всей аппаратуры с указанием ее характеристик;

г) описание сущности каждого опыта, данные по его проведению и обработке.

34

По данным табл. 5.1 построить графики процессов релейного регулирования и изменения регулирующего воздействия. Определить амплитуды А1 и А2, а также периоды колебаний;

д) сделать выводы по работе.

7.Контрольные вопросы

1.Как работает релейный регулятор? Его статические характеристики.

2.Что представляет собой процесс релейного регулирования? Каковы его качественные показатели?

3.Принцип работы прибора ДИСК-250.

4.Принцип работы релейного регулятора в приборе ДИСК-250.

5.Что представляет собой экспериментальная установка?

6.Какими способами можно определить амплитуду и период колебаний?

7.Какова область применения релейных регуляторов?

35

Лабораторная работа №5

Экспериментальное исследование промышленного регулятора типа ИРТ 5501

1.Цель работы

Вработе необходимо изучить принцип действия, конструкцию и способы формирования законов регулирования регулятора ИРТ 5501; экспериментально определить динамические характеристики регулятора, работающего по П-, ПИ- и ПИД-закону, и на основании экспериментальных данных определить показатели качества переходного процесса.

2.Устройство и работа регулятора ИРТ 5501

Общий вид ИРТ

На рисунке 2.1 представлен общий вид прибора.

Рисунок 2.1 – Общий вид ИРТ 5501/М1 1 – металлический корпус; 2 – винт; 3 – крепежная скоба; 4 – лицевая панель.

Корпус ИРТ предназначен для щитового монтажа. Для установки прибора в щит в комплекте прилагаются крепежные элементы: винт (2 шт.), крепежные кронштейны (2 шт.).

На лицевой панели прибора размещены элементы индикации и управления, на задней панели размещены клеммные колодки с разъемами.

На рисунках 2.2 и 2.3 представлены соответственно передняя и задняя панели ИРТ.

36

• названия параметра конфигурации.

Дополнительный индикатор представляет собой четырехразрядный семисегментный СД-индикатор красного свечения с высотой индицируемых символов 7 мм и предназначен для индикации:

•значения уставки процесса регулирования;

•значения параметра конфигурации.

Блок единичных индикаторов включает в себя:

•индикатор «К1» – единичный СД-индикатор состояния 1-го реле;

•индикатор «К2» – единичный СД-индикатор состояния 2-го реле;

•индикатор «К3» – единичный СД-индикатор состояния 3-го реле;

•индикатор «ПУСК» – единичный СД-индикатор запуска процесса ПИД- ПДД-регулирования;

•индикатор «АВТ» – единичный СД-индикатор запуска процесса автонастройки – автоматического определения коэффициентов регулирования;

•индикатор «РУЧН» – единичный СД-индикатор состояния дискретного входа, управляющего переключением с ПИД-регулирования на ручное регулирование.

Шкальный индикатор красного свечения предназначен для индикации и визуальной оценки текущего уровня выходной мощности при двухпозиционном ПИД-регулировании.

38

* П р и м е ч а н и е – Срабатывание дискретного входа происходит при подаче на него переменного напряжения 220 В частотой (50±1) Гц.

Основные модули ИРТ

ИРТ состоит из следующих основных модулей:

•модуль импульсного блока питания;

•модуль индикации и клавиатуры;

•модуль АЦП с гальванической развязкой;

•модуль ПВИ с гальванической развязкой;

•модуль интерфейсов RS 232/485 с гальванической развязкой;

•блок реле;

•блок дискретных входов с гальванической развязкой;

•микропроцессорный блок управления.

1.Модуль импульсного блока питания преобразует сетевое напряжение 220 В частотой 50 Гц в постоянные стабилизированные напряжения для питания модулей индикации и клавиатуры, АЦП, ПВИ, интерфейсов RS 232/485, блока реле, микропроцессорного блока управления. Кнопка выключения питания не предусмотрена, так как ИРТ предназначен для работы в непрерывном режиме.

2.Модуль индикации и клавиатуры предназначен для:

•управления работой прибора с помощью кнопок, расположенных на лицевой панели;

•визуализации результатов измерений и параметров конфигурации ИРТ;

•вывода цифровой и символьной информации о текущем состоянии прибора. 3. Модуль АЦП предназначен для преобразования входного аналогового

сигнала от различных типов первичных преобразователей в цифровой код и передачи его в микропроцессорный блок управления.

4.Модуль ПВИ предназначен для преобразования цифрового кода, поступающего из микропроцессорного блока управления, в унифицированный сигнал постоянного тока 0...5 мА, 0...20 мА или 4...20 мА. В состав модуля ПВИ входит дополнительный дискретный вход (Д4), который может быть подключен к выходу типа «открытый коллектор» или «сухой контакт».

5.Модуль интерфейсов RS 232/485 предназначен для связи с компьютером и обеспечивает двухсторонний обмен данными с внешними устройствами через стандартные интерфейсы RS 232 или RS 485.

6.Блок реле содержит три исполнительных реле («К1», «К2», «К3») и предназначен для управления внешними исполнительными устройствами, подключенными к прибору.

7.Блок дискретных входов содержит три дискретных входа («~Д1», «~Д2», «~Д3»), срабатывающих при подключении к ним напряжения ~220 В и предназначенных для дистанционного управления прибором при реализации процессов ПИД/ПДД и ручного регулирования.

39

8.Микропроцессорный блок управления содержит микроконтроллер, ПЗУ

спрограммным обеспечением, энергонезависимое запоминающее устройство и выполняет следующие функции:

• преобразование цифрового кода в соответствующее значение измеряемой величины;

• анализ результата текущего измерения в режиме реального времени;

• управление процессами взаимодействия между модулями ИРТ;

• управление состоянием реле по результатам измерений;

• вывод текущего значения измеряемой величины или значений уставок на индикаторы;

• опрос клавиатуры;

• управление модулем интерфейсов RS 232/485;

• реализация процессов ПИД/ПДД/ручного регулирования.

Функциональная схема ИРТ

Функциональная схема прибора приведена на рис. 2.4. Пользователю предоставляется возможность управлять функционированием прибора, устанавливая соответствующие значения параметров в режиме меню

Работа ИРТ происходит в циклическом режиме с периодом 0,5 сек. За один цикл работы ИРТ производит одно измерение сигналов в аналоговом и четырех дискретных входных каналах. Полученные результаты анализируются микропроцессорным блоком управления и в зависимости от внутренних настроек прибора и текущего режима:

•результат выполненного измерения отображается на основном индикаторе прибора;

•для каждого из трех реле может быть сформирована команда на его включение/выключение, которая может быть выполнена сразу, с задержкой на несколько циклов или отменена;

•может быть сформирована команда на запуск/остановку процесса регулирования;

•при запущенном процессе регулирования вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на один или два релейных выхода;

•на выходе ПВИ формируется сигнал, соответствующий текущему значению измеренной величины (или выходной мощности) в одном из диапазонов 0…5 мА, 0…20 мА или 4…20 мА.

1. Преобразование входного сигнала. В начале каждого цикла измерений входной сигнал от первичного преобразователя поступает на универсальный измерительный вход и преобразуется модулем АЦП в цифровой код, который поступает в микропроцессорный блок управления для дальнейшей обработки, определяемой конфигурацией прибора.

2. Обработка цифрового кода. Дальнейшая обработка цифрового кода зависит от значений соответствующих параметров, установленных пользователем, и может включать следующие этапы, выполняемые в приведенной ниже последовательности:

40