Системы управления (курсовой проект) / Задание на курсовое проектирование СУ_2015

1.Подключить блок BI200 к моноблоку МВ100 для измерения и регулировки уровня жидкости в баке дискретным или аналоговым выходом моноблока (в зависимости от того, какой тип регулятора будет использоваться). Использовать выход ХР10 (уровень в баке) и входы ХР1 (дискретный вход управления задвижкой) и ХР5 (аналоговый вход, отвечающий за подачу горячей воды) блока BI200 и выходы 8- 10, 11 (дискретные выходы и аналоговый выход), и вход А1 (аналоговый вход) моноблока МВ100.

2.Подключить модуль РС100 к моноблоку МВ100, используя линию 3 модуля РС100.

3.Подключить персональный компьютер к модулю РС100, используя переходник между интерфейсами USB/RS485.

4.Подключить питание к блоку BI200, моноблоку МВ100 и модулю РС100, проверить наличие подсветки на экране блока, мигание диодов на модулях, проверить изменение показания цифрового прибора («Индикатор бака» на блоке BI200 при ручном вращении задвижки К1), переключатель режимов работы SA1 при этом должен находиться в положении «1».

5.Включить компьютер и запустить программу MWBridge.exe.

6.Сконфигурировать дерево устройств в окне «УСО» программы MWBridge, последовательно добавляя COM-порт, протокол и модули.

7.Включить устройства в опрос. На рисунке 29 представлена структура системы с модулями, включенными в опрос, на которые приходят ответы вовремя и без ошибок, поэтому подсветка модулей зелёная.

Рисунок 28 – Дерево структуры системы модулей в окне «УСО»

8.Войти в настройки моноблока МВ100, перейти на вкладку «Аналоговые», настроить первый аналоговый вход на измерение напряжения.

9.Осуществить привязку к базе значение нормированного значения первого аналогового входа моноблока МВ100, как на рисунке 29.

Рисунок 29 – Осуществление привязки значения переменной к базе

51

10.Закрыть окно «УСО» и наблюдать за изменением параметра через основное окно программы MWBridge, при ручном управлении задвижкой К1. Для облегчения понимания новой переменной в базе можно присвоить имя и описание.

Задание Параметризация значений прибора.

В блоке BI200 эмулируется датчик, измеряющий уровень жидкости в баке, хотя уровень жидкости должен измеряться в сантиметрах, информативным сигналом, снимаемым с датчика, является напряжение, снимаемое в милливольтах. Переход от значения в милливольтах к значению в сантиметрах называется нормировкой сигнала или параметризацией датчика. Цифровой прибор блока BI200 отображает нормированное значение высоты.

1.Снимите несколько значений высоты жидкости в баке, опираясь на показания самого блока и значения, полученные при измерении моноблоком МВ100,

результаты занесите в таблицу 1. Таблица 1 – Значения уровня в баке

Сопоставьте полученные значения, полученные двумя способами, и оцените вид зависимости значение в сантиметрах от значения в милливольтах.

Какой тип калибровки должен использоваться для данной зависимости – кусочнолинейный или по двум точкам?

2.Нормируйте входное значение датчика, переходя от милливольт к сантиметрам, используя возможности настройки моноблока МВ100. На рисунке 30 представлен пример калибровки входной аналоговой величины, поступающей на моноблок. При нормировке следует учесть, что для линейной шкалы или подкоренной зависимости вносятся в поля нормирующей характеристики:

В поле К.Н.Х1 – значение минимума шкалы калиброванной (электрической) величины,

В поле К.Н.Y1 – значение минимума шкалы физической величины,

В поле К.Н.Х2 – значение максимума шкалы калиброванной (электрической) величины,

В поле К.Н.Y2 – значение максимума шкалы физической величины,

52

Рисунок 30 – Значения калиброванной и нормированной величины Замечание: при нормировке значения стоит руководствоваться описанием лабораторной

работы, пункт 2, а не значениям на рисунке 30.

3. Проверьте правильность ваших вычислений, изменяя положение задвижки К1.

Задание 3. Управление уровнем воды в баке регулятором с ШИМ-выходом (для исполнительного механизма интегрирующего типа).

1.Проверить управляемость задвижкой при помощи соединения контактов ХР1 входа блока BI200. При замыкании контакта на открытие со свободным контактом задвижка должна приходить в движение на открытие, при замыкании контакта на закрытие со свободным контактом задвижка должна приходить в движение на закрытие.

2.Проверить правильность физического подключения дискретных выходов модуля МВ100 и ХР1 блока BI200 (контакт на открытие должен подключаться к 8 контакту «1 дискретный вывод» у МВ100, контакт на закрытие должен подключаться к 9 контакту «2 дискретный вывод» у МВ100, свободный контакт должен подключаться к общему контакту моноблока).

3.Определить постоянную объекта регулирования, как в лабораторной №2, часть 2, подпункт 3.

4.Перейти на вкладку «ПИД» в окне настроек моноблока МВ100 в окне «УСО», сконфигурировать ШИМ регулятор (Приёмник выхода – ШИМ, двуполярный

53

регулятор), при условии, что важными для работы регулятора являются следующие параметры:

То – постоянная времени объекта (определить из опыта, при первоначальной настройке задать примерное значение);

К – коэффициент усиления.

5.Задать уставку регулирования и включить регулятор в работу. Пример отконфигурированного окна настройки регулятора, включенного в работу, представлен на рисунке 5.

6.Убедиться в правильности настройки и подключения регулятора – задать несколько различных значений уставки регулирования, пронаблюдать переходной процесс при изменении уставки в окне «Просмотр трендов» из системного окна программы MWBridge, как это показано на рисунке 31. На данном рисунке указан путь по которому открывается окно просмотра трендов. Красными стрелками на рисунке 51 указана последовательность действий для просмотра трендов выбранного параметра БД, для этого нужно выбрать соответствующую вкладку «База» и нужный параметр (куда до этого была осуществлена привязка параметра блока «Уровень в баке»), затем при нажатии кнопки «Показать графики выбранных параметров» графики будут отображены в окне.

7.Подобрать наилучшие значения коэффициентов регулирования, руководствуясь графиками переходных процессов (при изменении уставки или подаче возмущения ручкой SA5 блока).

8.Фиксировать параметры регулятора на определённых значениях и сохранить вид переходного процесса.

9.В процессе просмотра трендов снять воздействие моноблока на блок физически отсоединив провода дискретных выходов моноблока, посмотреть что происходит с поддержанием заданного значения.

10.Отключить регулятор (убрать галочку в строке «Работа») и вернуть до концевика закрыть задвижку (до загорания диода «КЗ» справа от ручки К1 на блоке).

54

Рисунок 31 – Пример конфигурации регулятора Замечание: при настройке регулятора стоит руководствоваться результатами,

полученными в ходе своей работы, а не значениям на рисунке 31.

Рисунок 32 – Окно просмотра трендов

Задание 4. Управление уровнем воды в баке аналоговым регулятором

55

1.Соединить аналоговый вход блока с аналоговым выходом моноблока МВ100, провести параметризацию аналогового выхода моноблока так, как это показано на

рисунке 5 11 разъём моноблока подключается к «нижнему» контакту блока аналогового входа, а 12,

соответственно к верхнему, с надписью «Уп».

Рисунок 33 – Параметризация аналогового выхода моноблока

2.Изменить приёмник выхода регулятора с ШИМ на А.вых.

3.Задать значение уставки регулирования и включить регулятор в работу.

4.Убедиться в правильности настройки и подключения регулятора – задать несколько различных значений уставки регулирования, пронаблюдать переходной процесс при изменении уставки в окне «Просмотр трендов» из системного окна программы MWBridge, как это показано на рисунке 6.

5.Подобрать наилучшие значения коэффициентов регулирования, руководствуясь графиками переходных процессов (при изменении уставки или подаче возмущения ручкой SA5 блока).

6.Фиксировать параметры регулятора на определённых значениях и сохранить вид переходного процесса.

7.В процессе просмотра трендов снять воздействие моноблока на блок физически отсоединив провода аналогового выхода моноблока, посмотреть что происходит с поддержанием заданного значения.

8.Отключить регулятор (убрать галочку в строке «Работа»).

Задание 5. Регулирование уровня в баке с учётом возмущений

1.Подключить регулятор с ШИМ выходом к блоку, как в задании 3 данной лабораторной работы.

2.Подать возмущающее воздействие (максимальное) из блока BI200 с помощью ручки SA5.

3.Перейти к просмотру трендов и зафиксировать вид переходного процесса.

4.Подключить выход блока XP12 «Налив из трубы возмущения» ко второму аналоговому входу моноблока МВ100, провести параметризацию входа, если известно, что величина Y изменяется о 0 до 50%, значение X измерить с помощью моноблока.

5.Перейти на вкладку настройки регулятора и указать источник входа по возмущению (в левом столбце настроек регулятора) – второй аналоговый вход

56

моноблока, указать коэффициент учёта возмущающего воздействия (в правом столбце). Коэффициент должен быть меньше или равен -1.

6.Повторить пункты 2-3, но не изменять настройки регулятора, а проанализировать изменение выброса перерегулирования в процентном соотношении по сравнению с вариантом без учёта возмущающего воздействия.

7.Повторить несколько раз пункты 5-7 с разными коэффициентами учёта возмущающего воздействия.

8.Отключить возмущающее воздействие и отсоединить второй аналоговый вход моноблока от блока.

Форма представления результатов:

Демонстрация полученных результатов преподавателю.

Вопросы:

1.Зачем предусмотрена нормировка сигнала?

2.Как сравнить эффективность двух разных регуляторов?

3.Что называют настройкой регулятора?

4.Как осуществить настройку регулятора при отсутствии начальных условий (характеристики объекта регулирования)?

5.Для чего нужен учёт возмущающего воздействия при регулировании?

6.Как коэффициент учета возмущающего воздействия влияет на процесс регулирования?

После выполнения работы:

7.Почему при управлении уровнем в баке холодной водой при физическом отключении входного сигнала уровень не падает до нуля, как это происходит в случае с горячей водой, а остаётся на последней заданной уставке?

8.На сколько процентов уменьшается выброс при учете возмущающего воздействия?

работа «Влияние запаздывания и порядка передаточной функции на процесс регулирования. Построение многосвязанной системы регулирования»

Цель: изучить влияние инерционности (приборов/физических процессов) на качество регулирования. Настроить одновременное функционирование двух регуляторов: на поддержание заданного уровня жидкости в баке и поддержание заданной температуры в баке.

Введение

Инерционность часто вносит в работу регуляторов неожиданные изменения работы, вплоть до потери устойчивости регулирования.

57

При создании систем автоматического управления редко ограничиваются регулированием одной величины, чаще всего их несколько, поэтому внутри одной системы одновременно функционируют два и более регуляторов.

В данной лабораторной работе помимо регулирования уровня воды в баке будет происходить регулирование температуры жидкости. Температурой «управляет» аналоговый регулятор, так как именно значение аналогового входа блока пропорционально количеству горячей (100˚С) жидкости в баке. Уровень жидкости в баке будет регулироваться сигналами, подаваемыми с дискретных выходов моноблока, влияющими на положение задвижки, которая открывает и закрывает кран подачи холодной воды (0˚С).

Ход работы

Задание 1. Отображение температуры жидкости MWBridge.

1.Соединить выход блока XP4 «Температура датчика слива» со вторым аналоговым входом моноблока, провести его параметризацию, (максимальное значение физической величины – 100 градусов).

2.Подать аналоговое значение и наблюдать изменение температуры на экране блока в режиме работы 3.

3.Осуществить привязку значения температуры жидкости к БД программы MWBridge, значение температуры на экране блока и в программе должны совпадать.

Важное замечание – в отсутствии в баке холодной воды возможны лишь два значения уставки – 0 и 100 градусов, для увеличения количества возможных вариантов следует подать холодную воду – вручную воздействовать на задвижку К1.

Задание Влияние инерционности на качество регулирования.

1.Настроить аналоговый регулятор на контроль температуры в баке (указать правильный источник входа).

2.Проверить работоспособность регулятора – задать уставку и включить в работу, зафиксировать вид переходного процесса.

3.Задать инерционность процесса – вращением ручки SA3 задать инерционность термопары, а вращением ручки SA2 увеличить длину трубы, что добавит инерционности процессу передачи температуры.

4.Сравнить параметры переходных процессов и сделать выводы о влиянии запаздывания на качество регулирования.

5.Подобрать такие коэффициенты регулятора, чтобы вид переходного процесса с запаздыванием максимально точно приблизился к виду переходного процесса без запаздывания.

Задание 3. Одновременная работа двух регуляторов.

1.Перейти на вкладку настройки регулятора и настроить второй регулятор на управление температурой (второй аналоговый вход моноблока). Примерный вид настроенного регулятора представлен на рисунке 53.

2.Включите оба регулятора (регулятор уровня и регулятор температуры) в работу.

58

3.Перейдите к просмотру трендов и проанализируйте одновременную работу двух регуляторов, как они влияют друг на друга.

Рисунок 34 – Регулятор с аналоговым выходом

Задание 4. Уменьшение взаимного влияния регуляторов.

1.Перейти к привязке параметров к базе (как на рисунке 33) и привязать значения уставок регуляторов (ПИД) к параметрам базы.

2.Осуществить привязку значений «ПИД: источник вх. возм.» к тем же параметрам базы, что и уставки, но в обратной последовательности, т.о. что для одного регулятора возмущение задаётся уставкой другого регулятора.

3.Проставить коэффициенты учета возмущающего воздействия.

4.Перейти к просмотру трендов и проанализировать произошедшие изменения. Задание 5. Создание мнемосхемы, работа в графическом редакторе

1.Запустить программу Display.

2.Открыть окно графического редактора. Путь доступа к окну графического редактора представлен на рисунке 35.

Рисунок 35 – Путь доступа к окну графического редактора

3.В появившемся окне выбрать «Новый файл».

4.В появившемся окне нарисовать технологическую схему работы блока (см. рисунок 2).

59

Для импорта объекта из библиотеки следует выбрать в контекстном меню Правка -> Импорт из библиотеки. Пример импорта объекта из библиотеки представлен на рисунке

36.

Рисунок 36 – Пример импорта объекта из библиотеки

5.После завершения работы по созданию подложки закрыть редактор, предварительно сохранив созданный графический файл.

6.Указать созданный графический файл в качестве подложки новой мнемосхеме.

7.Вывести на мнемосхему значения температуры воды на выходе в баке, высоту жидкости в баке, состояния регуляторов (включен/отключен), Сделать поясняющие надписи и указать положение ручек настройки блока.

Приложение 3 – в отдельных файлах.

60