МІНІСТЕРСТВО НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Системи програмного регулювання
Інструкція
до лабораторної роботи №4 з курсу
“Автоматизація періодичних технологічних
процесів” для студентів базового напрямку 6.0925
“Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології ”
Затверджено
на засіданні кафедри
автоматизація теплових
і хімічних процесів
Протокол № 1 від 28.09.2000 р.
Львів. Львівська політехніка 2002
Мета роботи: Ознайомлення із схемами та конструкціями програмних задавачів та програмних регуляторів різних типів. Ознайомлення з роботою системи програмного регулювання.
Необхідна підготовка: Знання принципів роботи систем програмного регулюваня.
Основні відомості
Автоматичні системи регулювання (АСР) за характером зміни задаючої дії поділяються на стабілізуючі, слідкуючі та програмні. В стабілізуючих системах задане значення регульованої величини є постійним, в слідкуючих – функцією іншого (ведучого) параметра. В автоматичних системах програмного регулювання (АСПР) задане значення регульованої величини змінюється в часі згідно з наперед заданою програмою.
АСПР широко застосовується при автоматизації технологічних режимів в автоклавах, реакторах, печах термічної обробки, сушарках тощо.
На рис. 1 показана функціональна схема АСПР. На відміну від стабілізуючої АСР система програмного регулювання містить програмний задавач ПЗ, сигнал від якого подається до елементу порівняння (ЕП). ЕП формує різницю між біжучим та заданим значенням регульованої велечини. Вихідний сигнал ЕП подається на вхід регулюючого пристрою РП, який формує за певним законом (П-, ПІ-, ПІД- тощо) сигнал, керуючий виконавчим механізмом (ВМ). Останній через регулюючий орган РО діє на енергетичний або матеріальний потік на вході технологічного об‘єкту керування (ТОК) підтримуючи регульовану величину на заданому значенні.
Рис.1. Функціональна схема автоматичної системи програмного регулювання (АСПР)
ТОК – технологічний об’єкт керування; Д – давач; ПЗ – програмний задавач;
РП – регулюючий пристрій; ВМ – виконавчий механізм; РО – регулюючий
орган; ЕП – елемент порівняння; X1, X2 – вхідні параметри; Z1, Z2 – збурюючі
дії; Y – вихідний параметр.
Існують різні типи програмних здавачів. Відомо зокрема програмні задавачі, в яких програма зміни заданих значень регульованої величини записується на лазерних дисках, магнітних дисках і стрічках, перфострічках і перфокартах. Носієм програми може бути також діаграмна стрічка, на яку програма наноситься графічно. Як програмні задавачі виористовуються релейні командоапарати, що замикають або розмикають свої контакти в задані моменти часу.
Широко використовуються програмні задавачі, в яких зміна заданого значеня здійснюється профільованим диском – лекалом. Профіль лекала виготовляється у відповідності із заданою програмою.
Програмні задавачі і регулюючі пристрої
Програмні задавачі і регулюючі пристрої РУ5-01М і РУ5-02М застосовуютья для регулювання технологічного параметра за наперед визнченою часовою програмою. Пристрої, призначені для сумісної роботи з вимірювальними приладами, які мають вмонтований додатковий реохорд з 100%-ною зоною пропорційності. Пристрої РУ5-01М забезпечують трипозиційне регулювання, а РУ5-02М разом з додатковими регуляторами реалізують різні закони регулювання. Принціп дії пристроїв полягає в постійному автоматичному відслідковуванні чутливого елементу за програмою, нанесеної у вигляді кривої на діаграмній стрічці.
Функціональна схема програмного пристрою наведена на рис.2. Зчитування програми здійснюється фотопристроєм ФП, закріпленим на каретці, що рухається вздовж шкали, і неперервно відслідковує за край кривої. Фотопристрій ФП складається з фоторезистора ФР і освітлювача О, між якіми розміщена діаграмна стрічка ДС. ФР включений в одне з плечей мостової схеми МС1 слідкуючої системи. Мостова схема МС1 знаходиться в стані рівноваги, якщо освітленість фоторезистора ФР вілповідає положенню ФП проти робочого (правого) краю програмної кривої. При переміщенні діаграмної стрічки ДС за допомогою стрічкопротяжного механізму СПМ, який діє від синхронного двигуна, програмна крива зміщується відносно ФП. При цьому змінюється освітленість фоторезистора ФР і, відповід-
но, його опір. Рівновага схеми порушується і в її діагоналі виникає напруга небалансу, яка подається на вхід фазочутливого підсилювача ФЧПС. Вихідний сигнал підсилювача подається в керуючу обмотку реверсивного двигуна РД, якій повертає каретку в ФП на правий край програмної лінії. При цьому МС1 приходить до стану рівноваги і РД зупиняється. Кінематично РД зв‘язаний з ФП, показчиком шкали і повзунком реохорда Рзд. В результаті чого кожному значенню біжучої заданої дії відповідає певне положення повзунка реохорда Rp.
Положення повзунка реостатного давача Rд, розміщеного в вимірювальному приладі відповідає дійсному значенню регульованого параметра. Обидва реохорди (Rзд, Rд) входять в склад другої мостової вимірювальної схеми МС2. Відхилення дійсного значення регульованого параметра від заданого приводить до появи в діагоналі МС2 різниці потенціалів Uн.
Якщо в системі регулювання використовується програмний регулятор РУ5-01М, то різниця потенціалів Uн подається на фазочутливий блок позиційного регулювання БПР. Останній створює синал, що керує роботою виконавчого механізму ВМ системи регулювання. Якщо ж в системі використовується програмний задаючий пристрій РУ5-02М, то сигнал Uн подається на вхід автономного регулюючого пристрою РП.
В програмному регуляторі типу РЗ1М для створення програми використовується лекало, яке через важіль з роликом діє на диференційно-трансформаторний перетворювач. Вихідна напруга перетворювача Uп зісумовується з напругою небалансу моста змінного струму Uн, в одне з плечей якого під‘єднаний термоперетворювач розміщений в регульованому середовищі. Сумарна напруга U=Uп + Uн подається на вхід фазочутливого підсилювача, що керує вихідними тиристорними ключами, які комутують кола виконавчого механізму. Після закінчення заданої програми синхронний двигун приводу лекала автоматично зупиняється. Прилад обладнується сигналізацією проміжного положення програми.
Частота обертання програмного лекала встановлюється в залежності від конкретних умов автоматизації технологічного процесу.
Програмний задавач ПДВ-2, формує уніфікований електричний вихідний сигнал (0…5, 0…20, 4…20) мА. Сигнал змінюється в часі по задані програмі при зміні положення лекала. Частота обертів програмного лекала – 1, 2, 3, 4, 6, 12, 24, 95 обертів за добу, а діапазон зміни радіуса лекала – 20…70 мм.
Для побудови АСПР на базі засобів пневмоавтоматики використовується пневматичний програмний задавач типу П31.23А. Задавач призначений для автоматичної зміни в часі вихідного сигналу Рвих = f() в діапазоні 20…100 кПа.
На рис.3 представлена функціональна схема задавача П31.2ЭА. Програмний диск 1 обертається від синхронного двигуна СД через редуктор Р. Останній дозволяє встановлювати необхідну швидкість руху програмного диску (лекала). Вздовж ребра програмного диску 1 рухається ролик 2, механічно зв‘язаний з важелем 3. Кутові переміщення важеля 3, відповідаючи профілю диска 1, передаються черз пружину 4 на важіль 5 пневмоперетворювача 6.
Якщо вихідний тиск пневмоперетворювача подати на елемент порівняння автоматичного регулятора, то отримуємо систему програмного регулювання відповідно до рис. 1.