Обробка експериментальних даних
Лабораторна робота. №1
Дослідження первинних вимірювальних перетворювачів
Мета роботи
Ознайомитися з конструкцією і принципом дії первинних вимірювальних перетворювачів температури, деформації, кутового і лінійного переміщення, частоти обертання.
1.2. Експериментальна частина .
1.2.1. Об'єкти дослідження
В лабораторній роботі досліджуються:
- потенціометричний перетворювач кутового переміщення;
- диференційно-трансформаторний перетворювач лінійного переміщення.;
- вимірювальний перетворювач частоти обертання;
- тензометричний перетворювач деформації ;
- термометричний перетворювач температури.
1.2.2. Дослідження потенціометричного перетворювача кутових переміщень
Ознайомитися із схемою, рис. 1.1., дослідної установки
Рис. 1.1. Схема установки для дослідження потенціометричного ПВП
Таблиця 1.1.
| № досліду | |||||||||||
| RH=10МОм | |||||||||||
| Uвих В | |||||||||||
| RH=1 кОм | |||||||||||
| Uвих В |
Ввімкнути вимикачем SA1 живлення потенціометра RP під єднавши вольтметр PW. Поставити перемикач SА2 в положення RH=10МОм. змінюючи положення ковзаючого контакту від "0" до "300" через кожні 30° ( 1 поділка =3°), записати значення кута і вихідної напруги Uвих в таблицю 5.1. Досліди, повторити при навантаженні RH=1 кОм ( поставити вимикач SА2 в положення RH=1 кОм). Після закінчення досліду вимкнути SА1.
1.2.3. Дослідження тахометричного перетворювача частоти обертання
Рис. 1.2. Схема установки для дослідження тахогенератора
Повернути ручку регулювання напруги автотрансформатора Т проти годинникової стрілки до кінця і ввімкнути напругу живлення вимикачем SАЗ. Приєднати вольтметр рV. Змінюючи напругу живлення двигуна Д який обертає тахогенератор, записати значення частоти обертання по приладу Pn і вихідну напругу тахогенератора Uвих. в таблицю 1.2. Дослід провести при збільшенні і зменшенні частоти обертання.
Таблиця 1.2.
| № досліду | |||||||
| При збільшенні n | n, об/хв | ||||||
| Uвих.,В | |||||||
| При зменшенні n | n, об/хв. | ||||||
| Uвих.,В |
Після закінчення досліду вимкнути напругу живлення автотрансформатора Т.
1.2.4. Дослідження диференційно-трансформаторного перетворювача лінійних переміщень.
Ознайомитися із схемою рис 1.3., дослідної установки
Рис. 1.3. Схема установки для дослідження диференційно-трансформаторного ПВП.
Вимикачем SА4 ввімкнути напругу живлення обмотки збудження перетворювача В. Приєднати вольтметр РV. Переміщуючи плунжер від нейтрального положення “0” в напрямку додатних значень +l через 2 
3 мм записати покази вольтметра pV і l в таблицю 1.3.
Таблиця 1.3.
| № досліду | |||||
| +l, мм | |||||
| +Uвих, В | |||||
| -l, мм | |||||
| -Uвих, В |
Аналогічні вимірювання провести в напрямку -l . Після закінчення досліду вимкнути напругу живлення.
1.2.5. Дослідження тензометричного перетворювача деформацій.
Ознайомитися із схемою дослідної установки, рис. 1.4.
Рис. 1.4. Схема установки для дослідження тензометричного ПВП
Перевести перемикач SA6 в положення ВР (в плече мостової вимірювальної схеми вмикається опір тензорезистора R)„ Встановити значення опору Rп суміжного плеча рівним значенню опору тензорезистора R, вказаному на передній панелі дослідної установки. Перемикач SA7 чутливості гальванометра поставити в положення К "контроль", ввімкнути живлення мостової схеми вимикачем SА5, натиснути кнопку SВ і подивитися на відхилення стрілки гальванометра РЕ. Якщо стрілка гальванометра відхиляється, то зміною опору Rп встановити стрілку на "0". Після цього перемикач SА7 перевести в положення В - "вимірювання" і натиснути кнопку SB. Якщо стрілка гальванометра рЕ відхиляється, то зміною Rп встановити її на "0" і значення R = Rп, записати в таблицю 1.4., після цього утримуючи натиснутою кнопку SВ, гвинтом 1 прогинати досліджувану балку 2 настільки, щоб стрілка гальванометра відхилилась на 2-3 поділки від "0". Знову зміною Rп зрівноважити схему і значення опору R записати а таблицю 5.4. Дослід провести для 5 
6 різних навантажень балки 2.
Таблиця 1.4.
| № досліду | |||||||
| Виміряти | R , Ом | ||||||
| Вирахувати | R , Ом | ||||||
| , МПа |
Після закінчення досліду розвантажити балку, поставити вимикач SА7 в положення К і вимкнути SА5.
1.2.6. Дослідження термометричного перетворювача температури.
Ознайомитися із схемою дослідної установки, рис. 1.5.
Рис. 1.5. Схема установки для дослідження термометра опору
Перевести перемикач SA6 в положення ВК- вимірювання опору терморезистора Rт. Встановити значення опору Rп рівним номінальному значенню опору Rт терморезистора ТОМ. Поставити вимикач SА7 в положення "К". ввімкнути напругу живлення вимикачем SА5 і натиснути кнопку SВ. Якщо стрілка гальванометра відхиляється, то зміною Rп зрівноважити мостову схему, перевести перемикач SА7 в положення "В" і остаточно зрівноважити мостову схему.
Значення Rт = Rп і температури Т ( по термометру 1, рис. 1.5.) записати в таблицю 1.5.
Таблиця 1.5.
| № досліду. | |||||||
| Т,°С | |||||||
| Rт, Ом |
Вимикачем SA8 подати напругу живлення на нагрівальний елемент ЕК. При збільшенні температури на 5 6°С провести 5 6 вимірювань опору і дані записати в таблицю 5.5.
Після закінчення досліду вимкнути SA8, SA5, а SA7 перевести в положення “К”.
1.3. Обробка результатів досліджень
Побудувати графіки статичних характеристик:
- для потенціометричного ПВП;
- для диференційно-трансформаторного ПВП;
- для тахометричного ПВП;
- для тензометричного ПВП;
- для термометричного ПВП.
1.4. Зміст звіту
Звіт повинен мати титульну сторінку, схему дослідної установки, таблиці з результатами досліджень і графіки статичних характеристик.
Лабораторна робота №2
Дослідження автоматичних вимірювальних пристроїв
Мета роботи
1. Вивчити основні вимірювальні кола автоматики ;
2. Ознайомитись з будовою і принципом дії автоматичного електронного моста, автоматичного електронного компенсатора і автоматичного приладу з диференційно-трансформаторним датчиком;
3. Провести дослідження роботи моста, компенсатора і приладу з диференційно-трансформаторною схемою.
2.2 Опис лабораторної установки
Лабраторна установка являє собою стенд, на якому змонтовані прилади типу КСМ, КСП і КСД. Для подачі вхідного сигналу на прилади КСМ і КСП використаний універсальний прилад типу УПИП. Для подачі вхідного сигналу на КСД застосовується диференційно-трансформаторний перетворювач, який дозволяє вручну змінювати положення стального осердя.
Зовнішній вид лабораторного стенду показаний на рис. 2.1, де позначено
Рис. 2. 1 - прилад типу КСМ; 2 - прилад типу КСП; 3 - прилад типу КСД; 4 - прилад типу УПИП; 5 -Диференційно-трансформаторний перетворювач.
2.3 Порядок виконання лабораторної роботи
2.3.1. Вивчення і дослідження роботи електронного автоматичного моста типу КСМ.
Попередньо по теоретичній частині методичних вказівок ознайомитись з будовою і принципом дії електронного автоматичного моста типу КСМ. Відкрити прилад і оглянути розташування його основних вузлів.
Перевірити міст. Для цього по формулі 
розрахувати ряд опорів і занести їх в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1.
| t,°С | ||||||||
| Rt, Ом | ||||||||
| tф,°С |
При розрахунках прийняти:
R0 = 46 Ом; = 3,84 . ІО-3.
Включити прилад КСМ.
Встановити послідовно розрахункові значення опорів на універсальному приладі УПИП і зняти покази моста.
Дані вимірювань занести в таблицю 2.1 в графу – tф.
2.3.2. Вивчення електронного автоматичного компенсатора типу КСП і дослідження його роботи.
По теоретичній частині попередньо ознайомитись з будовою і принципом дії електронного автоматичного компенсатора КСП. Відкрити прилад і оглянути розташування його основних вузлів.
Перевірити робочий струм компенсаційного вимірювального кола (див. теоретичну частину).
Перевірити прилад в точці t=100°С. Для цього за допомогою універсального приладу типу УПИП подати на вхід таку напругу, щоб стрілка приладу встановилась на відмітці 100°С.
2.3.3. Вивчення електронного приладу типу КСД з диференційно-трансформаторною схемою і дослідження його роботи
Попередньо вивчити по теоретичній частині будову і принцип дії приладу з диференційно-трансформаторною схемою. Відкрити прилад і оглянути розташування основних його вузлів.
Перевірити прилад. Для цього, ввімкнувши прилад, натиснути на кнопку Кн. Стрілка повинна встановитись на відмітці шкали. Якщо вона не встановлюється, то, повертаючи ручку потенціометра добитись її встановлення в заданій точці шкали. Після цього поступово переміщувати осердя диференційно-трансформаторного перетворювача ДТПІ в сторону збільшення показів приладу КСД. Зняти покази приладу (в % від усієї шкали) і занести їх в таблицю.
Таблиця 2.2.
| l, мм | ||||||||
| , % |
2. Обробка результатів лабораторної роботи
2.1. По результатах вивчення приладів складається табл. 2.3.
Таблиця 2.3
| Тип приладу | |
| Діапазон показів | |
| Діапазон вимірювання | |
| Клас точності | |
| Виконавчий двигун | |
| Тип підсилювача | |
| Швидкість діаграмної стрічки | |
| Тил двигуна для приводу діаграми | |
| Призначення приладу |
2.2. По даним таблиці 2.1 побудувати калібровочну пряму. Для цього по осі абсцис відкласти калібровочні значення температури (перший рядок табл. 2.1). По осі ординат відкласти ці ж значення і по отриманих точках побудувати калібровочну пряму. На цей же графік нанести фактичні покази по осі ординат (третій рядок табл. 2.1). Зробити висновок про справність досліджуваного приладу.
2.3. По даних досліджень роботи компенсатора знайти основну приведену похибку приладу на заданому оцифрованому діапазоні шкали використовуючи формулу:
де 
- напруга, яка відповідає оцифрованому діапазону шкали повіряємого компенсатора (t = ІО0°С і Uш = 4,1 мВ ); Uп - покази УПИП при повірці, мВ; Uпш, Uкш - напруги, які відповідають кінцевій і початковій поділці повіряємого приладу, мВ. Так як початкова поділка шкали 0, а кінцева 300 , то Uкш = 12 мВ.
2.4. Розраховане значення похибки порівняти з класом точності (табл. 2.3) і зробити висновок, чи знаходиться прилад в класі.
2.5. По даних таблиці 2.2 побудувати, статичну характеристику приладу з диференційно-трансформаторною схемою.
Лабораторна робота №3
Дослідження ПІД- регулятора МІК – 21
Мета роботи
Ознайомлення з будовою та призначенням регулятора МІК - 21.
Програма роботи
3.2.1. Вивчити будову та призначення регулятора МІК-21;
3.2.2. Вивчити рівні конфігурування і настроювання регулятора;
3.2.3. Зняти перехідні характеристики регулятора з П, ПІ та ПІД законами керування.
3.3. Будова та призначення регулятора МІК-21
Регулятор МІК-21 призначений:
· для вимірювання контрольованого вхідного фізичного параметра (температура, тиск, витрата, рівень і т.п.), обробки, перетворення і відображення його поточного значення на вбудованому чьотирьохрозрядному цифровому індикаторі;
· регулятор формує вихідний аналоговий або імпульсний сигнал керування зовнішнім виконавчим механізмом, забезпечуючи аналогове, імпульсне або позиційне регулювання вхідного параметра по П, ПІ, ПД або ПІД закону відповідно до заданої користувачем логіки роботи і параметрів регулювання.
Структура регулятора МІК-21 за допомогою конфігурації може бути змінена таким чином, що можуть бути вирішені наступні задачі регулювання:
– Двопозиційного (до чотирьох каналів - при використанні функції вільно - програмованих дискретних виходів приладу) або трипозиційного регулятора;
– ПІД - регулятора з аналоговим виходом, ПІД - регулятора з імпульсним виходом із зовнішнім або внутрішнім зворотним зв'язком по положенню виконавчого механізму, ПІД - ШІМ - регулятора з імпульсним виходом;
– Регулятор з автоматичною корекцією вимірюваного і регульованого параметра по другому аналоговому входу;
– Регулятор з автоматичною корекцією внутрішньої заданої точки (тип корекції - статична, динамічна по зміні заданої точки або по зовнішній дії на дискретний вхід);
– Регулятор, що включає до 2-х заданих величин (внутрішню і/або зовнішню);
– Веденого регулятора в каскадних схемах регулювання, контурів автоматичного регулювання з керуванням від ЕОМ;
– Приладу ручного керування імпульсним виконавчим механізмом, з індикацією задаючого впливу, і індикацією реального значення положення виконавчого механізму;
– Індикатора двох фізичних величин;
– Задатчика функцій.
Внутрішня програмна пам'ять регулятора МІК-21 містить велику кількість стандартних функцій необхідних для керування технологічними процесами більшості інженерних прикладних завдань, наприклад, таких як:
· можливість підключення різних типів датчиків;
· порівняння результату перетворення з уставками мінімум і максимум, а також сигналізацію відхилень (технологічно небезпечних зон), вибір типу технологічної сигналізації - абсолютна або девіаційна;
· програмне калібрування каналів по зовнішньому зразковому джерелу аналогового сигналу;
· цифрова фільтрація;
· довільне масштабування шкал вимірюваних параметрів, лінеаризація вхідних сигналів;
· обчислення квадратного кореня;
· режими статичного і динамічного балансування;
· моніторинг справності датчиків (їхніх ліній зв'язку або вимірювального каналу) із системою безпечного керування виконавчими механізмами;
· ретрансмісія вхідних аналогових параметрів на аналоговий вихід пристрою і багато чого ін.
Регулятор являє собою вільно програмований компактний прилад. Користувач, що не має знань і навичок програмування, може просто викликати і виконувати ці функції шляхом конфігурації регулятора МІК-21. Регулятори МІК-21 дуже гнучкі у використанні і можуть швидко і легко, змінивши конфігурацію, виконувати більшість вимог і завдань керування технологічними процесами.
Регулятори МІК-21 конфігуруються через передню панель приладу або через гальванічно розділений інтерфейс RS-485 (протокол ModBus), що також дозволяє використовувати прилад як віддалений контролер при роботі в сучасних мережах керування і збору інформації.
Параметри конфігурації регулятора МІК-21 зберігаються в енергонезалежній пам'яті і прилад здатний відновити виконання завдань керування після переривання напруги живлення.
Рис. 3.1. Структурна схема регулятора МІК-21
Рис. 3.2.- Функціональна схема блока регулювання регулятора МІК-21
Принцип дії регулятора МІК-21
Регулятор МІК-21, структурна схема якого наведена на рис. 3.1, являє собою пристрій вимірювання значення вхідного параметра, обробки і перетворення вхідного сигналу і видачі керуючих впливів.
Регулятор МІК-21 працює під управлінням сучасного, високо інтегрованого мікроконтролера RISC архітектури, виготовленого по високошвидкісний КМОП технології з низьким енергоспоживанням. У постійному запам'ятовувальному пристрої розташовується велика кількість функцій для вирішення завдань контролю і регулювання. За допомогою конфігурування користувач може самостійно настроювати регулятор на вирішення певних завдань.
Регулятор МІК-21 оснащений аналого-цифровим перетворювачем, вузлами дискретно-цифрового вводу і цифро-дискретного виводу, сторожовими схемами для контролю циклів роботи програми, енергонезалежною пам'яттю EEPROM, NVRAM для збереження параметрів конфігурації і даних.
Внутрішня програма регулятора МІК-21 функціонує з постійним часовим циклом. На початку кожного циклу внутрішньої робочої програми зчитуються значення аналогових і дискретних входів, виконується зчитування і обробка клавіатури, прийом команд і даних з послідовного інтерфейсу. За допомогою цих вхідних сигналів здійснюються, відповідно до запрограмованих функцій і параметрів користувача конфігурації, всі розрахунки. Після цього здійснюється вивід інформації на дискретні виходи, на індикаторні елементи, а також фіксація обчислених величин для режиму передачі послідовного інтерфейсу.
Рівні конфігурацій і настройки
За допомогою цього рівня вводять параметри і константи регулятора, параметри сигналізації відхилень, параметри фільтра, параметри завдання типу входу, типу керування, виду заданої точки, параметри мережевого обміну, параметри калібрування, а також режими дозволу входу в меню конфігурації і запису параметрів.
Параметри розділені по групах, кожна з яких називається "рівень". Кожне задане значення (елемент настроювання) у цих рівнях називається "параметром". Параметри, використовувані в регуляторі МІК-21, згруповані в наступних 19 рівнів і представлені на діаграмі - див. рис. 3.3.
Індикація значення параметрів конфігурації і їхніх номерів зазначені на рис. 3.4.
Рис. 3.3. Діаграма рівнів конфігурації і настроювань
Рис. 3.4. Індикація значення параметрів конфігурації і їхніх номерів
Порядок виконання
3.4.1. Вивчити будову та призначення регулятора МІК-21:
– оглянути прилад та з’ясувати призначення всіх елементів на передній панелі;
– оглянути клемно-блочне з’єднання та задню частину приладу та визначити порядок підключення давачів, ВМ та живлення;
– визначити призначення джемперів на платі регулятора та на платі клемно-блочного з’єднання;
– в процесі вивчення для більш детального розуміння використовувати „Руководство по эксплуатации универсального микропроцессорного регулятора МИК-21-04”.
3.4.2. Вивчити рівні конфігурування і настроювання регулятора:
– візуально оглянути стенд і перевірити справність всіх єлектричних з’єднань, у випадку виявлення будь-яких пошкоджень повідомити про це викладача;
– подати живлення на лабораторний стенд;
– використовуючи „Руководство по эксплуатации универсального микропроцессорного регулятора МИК-21-04” зайти в режим конфігурування та визначити основні параметри настроювання регулятора.
3.4.3. Зняти перехідні характеристики регулятора з П, ПІ та ПІД законами керування:
– відключити живлення від нагрівального елемента;
– подати живлення на лабораторний стенд;
– в режимі конфігурування встановити структуру регулятора - із аналоговим виходом;
– встановити по черзі значення коефіцієнтів Кп, Ті, Тд відповідно:
для П-регулятора – Кп=2, Ті=0, Тд=0
для ПІ-регулятора – Кп=2, Ті=10, Тд=0
для ПІД-регулятора – Кп=1, Ті=10, Тд=10
– перейти в робочий режим;
– встановити вихід регулятора на позначі 50% шкали;
– стрибкоподібно змінити розузгодження регулятора (завдання або регульований параметр) на 10 – 20 %;
– вмикнути секундомір
– зняти перехідну характеристику для П – закону та занести значення в таблицю 3.1.
Таблиця 3.1.
| t, сек | |||||||||
| T, ºС |
– зняти перехідну характеристику для ПІ – закону та занести значення в таблицю 3.2.
Таблиця 3.2.
| t, сек | |||||||||
| T, ºС |
– зняти перехідну характеристику для ПІД – закону та занести значення в таблицю 3.3.
Таблиця 1.3.
| t, сек | |||||||||
| T, ºС |
Використовуючи значення таблиць 3.1, 3.2, 3.3 на міліметровому папері побудувати криві перехідних процесів для кожного закону регулювання.
3.5. Зміст звіту.
Звіт повинний містити наступні матеріали (розділи):
1. Мета роботи.
2. Програму та порядок виконання роботи.
3. Функціональну схему АСР і короткий опис установки.
4. Коротку характеристику регулятора: призначення, число каналів, параметри настроювання.
5. Привести коротку характеристику нормуючого перетворювача БПО-32.
6. Короткий опис роботи в ручному режимі, вказати відмінність ручного режиму від автоматичного.
7. Описти порядок конфігурування регулятора МІК-21 та привести перелік основних рівнів настроювань.
8. Привести графіки перехідних процесів для кожного дослідженого закону та показати на них всі встановлені коефіціенти.
9. Висновок.
Лабораторна робота №4
Дослідження об’єкту автоматизації
Мета роботи
4.1. Вивчити методику експериментального дослідження статичних і динамічних характеристик об’єкту регулювання.
4.2. Навчитись експериментально визначити основні параметри об'єкту.
4.2. Теоретичні відомості
Об’єктами автоматичного регулювання називають машини, апарати, технологічне обладнання або їх - сукупність, яким потрібна спеціально організована зовнішня дія для їх функціонування за заданим алгоритмом. В загальному вигляді об’єкт автоматизації характеризується функціональною залежністю 
між вихідною Хвих і вихідною Хвх фізичними величинами при наявності збурення і завади F.
Рис. 4.1. Схематичне зображення об’єкту автоматичного регулювання
Вихідна величина Хвих характеризує стан регульованого параметру /температура, тиск, рівень, густина, концентрація, вологість і інше/ об'єкту. Вхідна величина Хвх характеризує кількість енергії чи речовини, яка необхідна для забезпечення заданого значення регульованого параметру з врахуванням дії збурення F і завади f , які обумовлюють зміну регульованого параметру - це зміна навантаження об'єкту, втрати енергії, сировини за рахунок порушення герметичності і інше. До завад відносять дію не передбачуваних зовнішніх факторів, наприклад, зміна температури оточуючого середовища, зміни напрямку і швидкості вітру, зміни вологості і таке інше.
Кількісно Хвх формується спеціальними самодіючими засобами керування - регуляторами.
Властивості об’єктів автоматичного регулювання /ОР/ описуються певними рівняннями в статичному /статична характеристика/ динамічному /перехідна характеристика/ режимах. Статична характеристика об'єкту являє собою залежність в усталеному режимі при постійному збуренні. Якщо ця залежність лінійна, то статична характеристика описується лінійним рівнянням
(4.1)
де 
К - коефіцієнт перетворення.
Якщо статична характеристика нелінійна, то при малих відхиленнях вихідної величини може бути лінеаризована, тоді
(4.2)
Перехідна характеристика об'єкту являє собою графік зміни вихідної /регульованої/ величини Хвих в часі, якщо на вхід подається дія одиничної функції Хвх=1(t). Загальний вигляд перехідних характеристик для типових об’єктів наведено на рис. 4.2.
З перехідної характеристики об’єкту визначають важливий параметр – сталу часу Т , яка характеризує інерційні властивості об’єкту. Стала часу Т характеризує час, за який вихідна величина Хвих досягла би нового усталеного значення, якби швидкість зміни була постійною. Практично Т дорівнює часу, який відсікає на осі проекція дотичної до перехідної характеристики між лініями Хвих при t=0 і Хвих при t= в момент зміни /стрибка/ вхідної величини /рис. 4.2а/ або до точки перегину /рис. 4.2 б і в/.
Якщо вхідна величина змінюється стрибком від Хвх=0 до номінального значення Хвх.ном, то таку перехідну характеристику називають кривою розгону /рис. 4.2./. З кривої розгону визначають час розгону об’єкту р, транспортне тр, перехідне п, і повне з запізнення, а також сталу часу Т.
Методику визначення р, тр, п, з і Т показано на рис. 4.2. Перехідний процес вважається закінченим, якщо Хвих = 0,97Хвих.уст.
Динамічні властивості об’єкту описуються диференційними рівняннями, передаточними функціями і частотними характеристиками, які в лабораторній роботі не розглядаються і вивчаються а теоретичному курсі.
Технологічний процес в об’єкті регулювання завжди зв’язаний з притоком, накопиченням, перетворенням і витратою енергії або речовини.
Здатність об’єкту до накопичення енергії чи речовини називають акумулюючою здатністю і її оцінюють коефіцієнтом ємності об’єкту Кс, який дорівнює кількості енергії чи речовини, що вводиться а об’єкт для зміни керованого параметру на одиницю його вимірювання.
Соб – ємність об’єкту;
Хвих.зд - задане значення керованого або регульованого параметру.
Рис. 4.2 Криві розгону об’єктів: а- інерційний об’єкт без запізнення; б- інерційний об’єкт із перехідним запізненням; в- інерційний об’єкт із перехідним і транспортним запізненням.
Експериментальна частина
4.3.1. Ознайомитись з електричною схемою дослідної установки /рис. 4.1./, віднайти усі елементи схеми на передній панелі лабораторної установки /рис. 4.2./.
4.3.2. Перевірити наявність води в бачку 1 по покажчику рівня II /рис. 4.2./ і, якщо рівень менший допустимого /червона риска на покажчику II/, - долити води і її рівень L, записати в таблицю 4.1a.
4.3.3. Дослідити криву розгону /динамічну характеристику /об'єкту. Для цього повернути ручку автотрансформатора Т проти годинникової стрілки до обмеження, встановити пристрій натягу діаграмної стрічки, увімкнути SА, живлення приладу КСМ та приводу діаграмної стрічки, переконатись, що прилад показує і реєструє і в момент переходу пера через лінію відміток часу вимкнути SА, повернути ручку регулювання напруги автотрансформатором за годинниковою стрілкою до обмеження, увімкнути SА Початкове значення температури Тп, величину напруги U і струму І живлення нагрівального елемента, масштаби температури mТ і швидкості mv, діаграмної стрічки записати в таблицю 4.1а.
Після закінчення перехідного процесу значення кінцевої температури Тк записати в таблицю Іа.
4.3.4. Встановити. U=0 , вимкнути SА , відрізати діаграмну стрічку і приступити до обробки даних експерименту.
Рис. 4.1. Принципова електрична схема лабораторної установки:
ОР - об’єкт регулювання, ЕН - електронагрівач, RК - терморезистор, рS - показуючий і реєструючий прилад типу КСМ.
Рис. 4.2. Лицева панель лабораторної установки: 1 – об’єкт регулювання /ОР/; 2 – терморезистор; 3 - електронагрівач; 4 - вимірювальний прилад; 5 – амперметр; 6 – запобіжник; 7 - автотрансформатор; 8 - лампа сигнальна; 9 - вимикач живлення; 10 – вольтметр; 11 - показчик рівня води в бачку.
Таблиця 4.1а
| Виміряти | ||||||
| U, В | I, A | L, см | Тп, ºС | Тк, ºС | mv, м/год | mТ, м/год |
Обробка експериментальних даних.
4.4.1. За даними таблиці 1а побудувати статичну характеристику об’єкту Т=f(p), вважаючи її лінійною і вирахувати коефіцієнт перетворення Коб досліджуваного об’єкту.
4.4.2. За даними діаграмної стрічки побудувати криву розгону об’єкту Т=f(t), з якої визначити сталу часу Т, час розгону об’єкту р, час запізнення з.
4.4.3. Визначити масу веди Wв в бачку, якщо його площа
Sб=
4.4.4. Вирахувати коефіцієнт ємності об’єкту Кс, якщо Хвих.ном =Тк.
4.4.5. Вирахувати кількість електричної енергії Qел витраченої на перехідний процес, якщо 1 кВт/год = 3,6·10 Дж.
4.4.6. Вирахувати величину накопиченої водою енергії Qв= , якщо питома теплоємність води Св = 4.19 Дж/г·К.
4.4.7. Визначити коефіцієнт ефективності, використання електричної енергії
.
4.4.8. Значення Р, Wв, Qел, Qв, Коб, Кс Т, р, з, Кеф записати в таблицю 4.1б.
Таблиця 4.1б
| Вирахувати | |||||||||
| Р, Вт | Wв, г | Qел, Дж | Qв, Дж | Коб 
| Кс 
| Т, с | р, с | з, с | Кеф |
Лабораторна робота №5
Дослідження АСР температури
Мета роботи
Дослідити замкнуту систему автоматичного регулювання температури, вибрати оптимальні параметри настроювання регулятора та дослідити якість перехідного процесу
5.2. Схема дослідження системи регулювання
Досліджувана АСР складається з об'єкта регулювання, датчика температури (термоопору), перетворювача сигналів (БПО-32), регулятора «МІК-21» і виконавчого пристрою (твердотільного реле) (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Функціональна схема АСР
Об'єкт керування – резервуар з нагрівачем.
Регульована величина у – температура.
Керуючий вплив u – тривалість імпульсів напруги, подаваної на нагрівальний елемент паяльника.
Збурюючі впливи f – зміни температури навколишнього середовища і напруги живлення твердотільного реле.
Загальний вигляд схеми дослідження показано на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Зовнішній вигляд лабораторної установки
Значення регульованої величини показується і реєструється на ПЕОМ.
Порядок виконання роботи
5.3.1. Дослідження двопозиційного закону керування
1. Вмикнути установку
2. На регуляторі перейти в режим програмування:
- встановити призначення аналогового входу АІ1 :
тип шкали-лінійна (2.00 0000),
тип входу – 4-20 мА (2.00 0001);
нижня межа розмаху шкали – 0 ºС (2.05 0000);
верхня межа розмаху шкали – 200 ºС (2.06 0200);
- встановити призначення аналогового входу АІ2 – не використовується (10.13 0000)
- встановити зону гістерезису для 2-позиційного регулятора (1.06 000,0 090,0);
- встановити тип регулятора – 2-позиційний (10.03 0005);
3. Вийти з режиму програмування;
4. Стрибкоподібно змінити значення заданої точки (SP=50ºС);
5. Встановити автоматичний режим роботи;
6. Вмикнути секундомір і зняти перехідну характеристику процесу регулювання з 2-позиційним регулятором. Дані вимірювання занести в таблицю 5.1.
Таблиця 5.1.
| t, сек | |||||||||
| T, ºС |
7. На міліметровому папері на основі таблиці 5.1. побудувати криву перехідного процесу;
8. З графіка визначити параметри регулювання:
- зону гістерезису;
- період коливань;
- амплітуду коливань.
5.3.2. Дослідження неперервного ПІД-ШІМ закону керування
1. На регуляторі перейти в режим програмування:
- встановити призначення аналогового входу АІ1 :
тип шкали-лінійна (2.00 0000),
тип входу – 4-20 мА (2.00 0001);
нижня межа розмаху шкали – 0 ºС (2.05 0000);
верхня межа розмаху шкали – 200 ºС (2.06 0200);
- встановити призначення аналогового входу АІ2 – не використовується (10.13 0000)
- встановити параметри регулятора
коефіцієнт підсилення (1.00 0,1 50,0 тех.од.);
час інтегрування (1.01 0 6000 сек.);
час диференціювання (1.02 0 6000 сек.).
- встановити тип регулятора – ПІД-ШІМ (10.03 0002);
2. Вийти з режиму програмування;
3. Стрибкоподібно змінити значення заданої точки (SP=80ºС);
4. Встановити автоматичний режим роботи;
5. Вмикнути секундомір і зняти перехідну характеристику процесу регулювання з ПІД-ШІМ регулятором. Дані вимірювання занести в таблицю 5.2.
Таблиця 5.2.
| t, сек | |||||||||
| T, ºС |
6. На міліметровому папері на основі таблиці 5.2. побудувати криву перехідного процесу;
7. З графіка визначити параметри регулювання:
- запізнення;
- час регулювання;
- сталу часу;
- перерегулювання;
- кількість коливань.
5.4. Зміст звіту.
1. Мета роботи.
2. Програма та порядок виконання роботи.
3. Функціональна схема АСР і короткий опис установки.
4. Структурні схеми найпоширеніших алгоритмів керування.
5. Привести графіки перехідних процесів для кожного дослідженого закону та алгоритму та показати на них показники регулювання.
6. Висновок.
Лабораторна робота №6
Дослідження АСКТП регулювання температури
Мета роботи
Дослідити автоматизовану систему керування технологічним процесом регулювання температури.
6.2. Опис лабораторної установки
Автоматизована система керування технологічним процесом має трьох рівневі структуру (рис 6.1). На першому рівні знаходяться давачі параметрів технологічного процесу та виконавчі пристрої, на другому рівні – керуючі контролери та регулятори, а на третьому – АРМи з людино-машинним інтерфейсом.
Рис. 6.1. Трьох-рівнева структура АСКТП
Людино-машинний інтерфейс даної АСР розроблено в SCADA системі TRACE MODE. Для зв’язку регулятора МІК-21 із даним програмним продуктом використано технологію ОРС (рис 6.2).
Рис. 6.2. Порядок зв’язку регулятора МІК-21 та СКАДА системи
Технологія зв'язування і впровадження об'єктів для систем промислової автоматизації OPC (OLE for Process Control) призначена для забезпечення універсального механізму обміну даними між датчиками, виконавчими механізмами, контролерами, пристроями зв'язку з об'єктом і системами представлення технологічної інформації, оперативного диспетчерського керування, а також системами керування базами даних.
Для конфігурування «сервера» надається окрема програма MOPC.EXE, за допомогою якої користувач має можливість візуально спланувати конфігурацію «сервера», що являє собою двохрівневу структуру
Після конфігурації і настроювання сервера отримано наступну структуру (рис. 6.3)
Рис. 6.3. Конфігурація ОРС сервера
Скада система TRACE MODE
SCADA- системаTrace Mode призначена для розробки великих розподілених АСУ ТП широкої сфери застосування.
Trace Mode – заснована на інноваційних, що не мають аналогів, технологіях. Серед яких: розробка розподіленої АСУТП як єдиного проекту, автопобудова, оригінальні алгоритми обробки сигналів і керування, об'ємна векторна графіка мнемосхем, єдиний мережевий час.
Trace Mode – це перша інтегрована SCADA- і softlogic-система, що підтримує наскрізне програмування операторських станцій і контролерів за допомогою єдиного інструменту.
Проект в Trace Mode розробляється в двох програмах:
-редактор бази каналів;
- редактор представлення даних.
В редакторі бази каналів Trace Mode створюється математична основа системи керування: описується конфігурація всіх робочих станцій, контролерів і пристроїв зв’язку з об’єктами, узгоджуються інформаційні потоки між ними.
В редакторі представлення даних Trace Mode створюється людино-машинний інтерфейс для автоматизованих робочих місць операторів і технологічного персоналу АСУ ТП.
Для реалізації проекту автоматизації створено 1 вузол:
- ARM – автоматизоване робоче місце
Головне вікно бази каналів має наступний вигляд:
Канали для зв'язку з OPC-сервером створюються процедурою автопобудови.
Мнемосхема технологічного процесу регулювання температури розроблена в редакторі представлення даних TRACE MODE має вигляд рис. 6.4.
Рис. 6.4. Екран “мнемосхема”
Екрани з графіками вміщують в собі графіки основних параметрів технологічного процесу. Один з них має вигляд рис. 6.5.
Рис. 6.5. Графіки ходу процесу регулювання температури
Порядок виконання роботи
1. Візуально оглянути лабораторну установку. Вияснити призначення кожного її елемента. Підключити блок БПІ-485 до СОМ порта комп’ютера через відповідний кабель. В разі відсутності видимих ушкоджень за згодою викладача подати живлення на лабораторний стенд ввімкнувши вимикач SA1.
На ПЕОМ запустити на виконання сконфігурований ОРС сервер натиснувши в меню відповідну кнопку (Головне меню\Програми\ \Microl\ModBus OPC Server\Конфігурація сервера). Через меню Файл даної програми виконати команду Зробити активним і у вікні, що відкриється вибрати файл ОРС.ocf.
Крім того необхідно запустити Редактор представлення даних СКАДА системи ТРЕЙС МОУД. В цій програмі відкрити файл проекту ОРС1.сtm. Повинні з’явитися вікна з мнемосхемою та графіками з параметрами технологічного процесу (рис. 6.4, 6.5)
Запустивши команду 
переконатися, що зв’язок з регулятором встановився коректно про що свідчитиме відсутність повідомлень про помилки та правильність відображення значень технологічних параметрів.
2. На основі коефіцієнтів д, К0 та Т об’єкта регулювання використовуючи відповідні формули розрахувати оптимальні параметри настроювання для процесу з 20% перерегулюванням та з мінімальним часом регулювання.
3. Перевести регулятор МІК-21 в автоматичний режим роботи, для чого натиснути на його передній панелі клавішу [Р/А] (індикатор РУ почне мигати) та підтвердити дію натиском клавіші [Ã](індикатор РУ погасне, що свідчить про автоматичний режим роботи).
В графічному вікні ТРЕЙС МОУД „Алгоритми регулювання” вибрати пункт „ПІД-ШІМ”. У вікні настроювання параметрів регулятора встановити коефіцієнти, що відповідають оптимальним.
Переконатися, що система вийшла в усталений режим. після чого стрибкоподібно змінити сигнал завдання регулятора (SP). Зміну сигналу завдання можна проводити як з передньої панелі регулятора так і у вікні СКАДА системи. В СКАДА системі у рядку завдання встановити значення температури на 30 50º більшим від попереднього.
В одному з графічних вікон ТРЕЙС МОУД спостерігати перехідний процес зміни температури в об’єкті керування до виходу його в усталений режим.
4. Розглянути властивість архівування даних в ТРЕЙС МОУД.
6.4. Зміст звіту.
1. Мета роботи.
2. Програма та порядок виконання роботи.
3. Привести склад досліджуваної АСКТП та призначення всіх її складових.
4. Описати призначення кожного графічного вікна.
5. Привести графіки перехідних процесів отримані в графічному вікні „параметри процесу”.
6. Висновок.
Навчально - методична література
1. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №2. “ Дослідження первинних вимірювальних перетворювачів неелектричних величин”, шифр 043-27.
2. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №3. «Дослідження релейних елементів автоматики», шифр 043-26.
3. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №6. “Аналогові показуючи і реєструючи вторинні прилади”, шифр 043-53 та 043-9.
4. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №7. “Дослідження об’єкту регулювання”, шифр 043-57.
5. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №8. “Дослідження релейної АСР температури”, шифр
6. Баховец Б.А. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в гидромелиорации. Лаб. раб. Львов. ВШ. 1985.
7. Универсальный микропрпоцессорный ПИД-регулятор МИК – 21 – 05/ Руководство по эксплуатации ПРМК.421457.103 РЭ.
8. Блок преобразования сигналов датчиков сопротивления БПО-32/ Руководство по эксплуатации ПРМК.426442.004 РЭ.
9. Блок преобразования сигналов интерфейсов БПИ-485/ Руководство по эксплуатации ПРМК.426449.001 РЭ.
10. Типы регуляторов. Методика настройки регуляторов/ Инструкция ПРМК.420000.001 И1 Р. Й. Слободян 18.03.2004 г.
Навчально - методична література
11. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №2. “ Дослідження первинних вимірювальних перетворювачів неелектричних величин”, шифр 043-27.
12. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №3. «Дослідження релейних елементів автоматики», шифр 043-26.
13. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №6. “Аналогові показуючи і реєструючи вторинні прилади”, шифр 043-53 та 043-9.
14. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №7. “Дослідження об’єкту регулювання”, шифр 043-57.
15. Методичні вказівки до виконання лаб. роб. №8. “Дослідження релейної АСР температури”, шифр
16. Баховец Б.А. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в гидромелиорации. Лаб. раб. Львов. ВШ. 1985.
17. Универсальный микропрпоцессорный ПИД-регулятор МИК – 21 – 05/ Руководство по эксплуатации ПРМК.421457.103 РЭ.
18. Блок преобразования сигналов датчиков сопротивления БПО-32/ Руководство по эксплуатации ПРМК.426442.004 РЭ.
19. Блок преобразования сигналов интерфейсов БПИ-485/ Руководство по эксплуатации ПРМК.426449.001 РЭ.
20. Типы регуляторов. Методика настройки регуляторов/ Инструкция ПРМК.420000.001 И1 Р. Й. Слободян 18.03.2004 г.