Описание лабораторной установки. 6.2.1 Конструкция лабораторного стенда

 

6.2.1 Конструкция лабораторного стенда

Состав лабораторной установки для проведения исследований приведен на рисунке 6.3. Объектом регулирования является лабораторная электропечь I, установленная на верхней площадке стенда. Печь получает питание от автотрансформатора 2. Плавное изменение напряжения, снимаемого с автотрансформатора, производится при помощи исполнительного механизма 3 типа ИМ-2/120, Подвижный контакт автотрансформатора связан с выходным валом исполнительного механизма цепной передачей.

Автоматическое регулирование температуры в печи может производиться системой двухпозиционного регулирования или системой ПИД - регулирования. Датчиками обеих систем служат термоэлектрические преобразователи 4.

Система двухпозиционного регулирования собрана на базе микропроцессорного измерителя-регулятора 5 типа ТРМ1, имеющего выходное релейное устройство. Прибор позволяет осуществлять двухпозиционное регулирование с настраиваемой зоной нечувствительности. Кроме того, в состав этой системы входит магнитный пускатель, расположенный внутри стенда.

 

Система ПИД - регулирования собрана на базе импульсного микропроцессорного регулятора 6 типа ТРМ12. Датчиком сис­темы служит термоэлектрический преобразователь 4. Вырабатываемая датчиком термо - ЭДС поступает непосредственно на вход регулятора 6.

Выходной сигнал регулятора 6 приводит в действие исполнительный механизм 3, который изменяет напряжение питания, подаваемое с автотрансформатора 2 на печь 1, и оказывает тем самым регулирующее воздействие на объект регулирования. Положение выходного вала исполнительного механизма контролируется дистанционным указателем положения 7

 


 
 


Рисунок 6.3 - Схема лабораторного стенда для исследования

работы АСР

 

типа ДУП-М. В системе предусмотрена возможность ручного дистанционного управления исполнительным механизмом с помощью ключа 8. Выбор режима управления исполнительным механизмом (ручное - от ключа 8 или автоматическое - от регулятора) производится переключателем 9.

Амперметр 10 и вольтметр 11 контролируют ток и напряжение питания печи 1 как при двухпозиционном, так и при ПИД - регулировании.

В нижнем левом углу стенда находятся общий выключатель 12, предохранитель 13 и сигнальная лампочка 14. Переключатель 15 служит для выбора системы регулирования (двухпозиционная или ПИД) и отключения обеих систем от печи.

 

6.2.2 Система двухпозиционного регулирования

Двухпозиционным регулированием называется такое, при котором выходная величина регулятора (регулирующее воздействие) может принимать лишь два фиксированных уровня, а регулирующий орган - два

предельных положения. Переключения регулирующего воздействия с одного уровня на другой происходит при определённых (заданных) значениях регулируемого параметра в соответствии со статической характеристикой регулятора, изображенной на рисунке 6.4а.

Если с ростом и уменьшением регулируемого параметра переключения происходят при одном и том же значении, т.е. ,то регулятор называется идеальным. Для реальных регуляторов характерно наличие зоны неоднозначности .

Заданные значения параметра и вводятся в регулятор с помощью специального устройства - задатчика.



а)


в)
б)
На рисунке 6.4б изображена функциональная схема двухпозиционной автоматической системы регулирования температуры в лабораторной печи. В объект регулирования с электронагревателем ЕК введен в качестве датчика термоэлектрический преобразователь 1-1. Сигнал от датчика передается на вход показывающего и регулирующего прибора 1-2 (измеритель-регулятор ТРМ1), который через магнитный пускатель КМ производит регулирующее воздействие на электронагреватель ЕК. Ток и напряжение электронагревателя контролируются амперметром 1-3 и вольтметром 1-4. Использованные в схема буквенные обозначения следует объяснить самостоятельно.


Рисунок 6.4 - Характеристика преобразования (а), функциональная (б) и принципиальная (в) схемы системы двухпозиционного регулирования

 

На рисунке 6.4в изображена принципиальная электрическая схема этой же системы, которая даёт полное представление о её работе.

Подача питания на электронагреватель печи ЕК производится силовыми контактами магнитного пускателя КМ. Температура контролируется при помощи термоэлектрического преобразователя ВК в комплекте с

прибором РК (измеритель-регуляторТРМ1). Схема регулирования собрана на контакте SK1 выходного реле прибора ТРМ1. Логика работы выходного реле запрограммирована таким образом, что при повышении температуры выше верхней границы заданного диапазона контакт SK1 размыкается и ЕК отключается. При температуре в печи ниже заданного диапазона контакт SK1 замкнут, обмотка магнитного пускателя КМ получает питание и его контакты включает электронагреватель ЕК.

Технические данные прибора ТРМ1 аналогичны приведенным в таблице 5.1 параметрам прибора ТРМ5 за исключением количества каналов управления (в ТРМ1 каналов управления - 1) Приведенное в п. 5.3.2 описание также соответствует прибору ТРМ1 с корректировкой на число каналов управления.

 

6.2.3 Система пропорционально-интегрально-дифференциального

регулирования

На рисунке 6.5 изображена функциональная схема автоматической системы регулирования, работающей по ПИД - закону. В систему входят: термоэлектрический преобразователь 2-1, микропроцессорный импульсный регулятор 2-2, переключатель SA для выбора режима управления исполнительным механизмом, ключ SB для ручного дистанционного управления исполнительным механизмом, исполнительный механизм 2-3, дистанционный указатель положения вала исполнительного механизма 2-4, автотрансформатор TV, амперметр 2-5 и вольтметр 2-6 для контроля тока и напряжения питания печи. Все буквенные обозначения, имеющиеся на функциональной схеме, необходимо объяснить самостоятельно.

 


 

Рисунок 6.5 - Функциональная схема системы ПИД - регулирования

 

Принципиальная схема системы ПИД - регулирования изображена на рисунке 6.6. Основные приборы, входящие в систему, имеют собственную сложную схему и показаны на рисунке 6.6 в виде прямоугольников с обозначением соединительных клемм.

Термоэлектрический преобразователь ВК подключен к входным клеммам 10 и 11 импульсного регулятора А1 типа ТРМ12. К выходным клеммам регулятора 3 и 6 через переключатель SА присоединен исполнительный механизм А2 типа ИМ-2/120. В зависимости от знака и величины отклонения температуры от заданного значения управляющее напряжение через контакты SK1 или SK2 выходных реле регулятора подается на его клеммы 3 или 6, а с них на клеммы 4 или 6 ИМ-2/120. Под действием этого напряжения ротор двигателя М исполнительного механизма

вращается в ту или другую сторону и через систему передачи перемещает подвижный контакт автотрансформатора ТV, изменяя тем самым подводимую к печи EK мощность. Диапазон поворота выходного вала исполнительного механизма ограничивается конечными выключателями SQI и SQ2.

На выходном валу исполнительного механизма закреплен подвижный контакт реостатного датчика R1, (реостата обратной связи), который в комплекте с дистанционным указателем положе­ния А3 типа ДУП-М служит для дистанционного наблюдения за состоянием исполнительного механизма.

Рисунок 6.6 - Принципиальная схема системы ПИД – регулирования

 

 

Используемый в данной системе микропроцессорный программируемый измеритель-регулятор ТРМ12 является одним из приборов серии ТРМ производственного объединения «ОВЕН». Общая характеристика приборов этой серии и принципы, положенные в основу работы измерительной части, рассмотрены в разделе 5.3 данного пособия.

Прибор ТРМ12 предназначен для регулирования технологических параметров в комплекте с электродвигательными исполнительными механизмами по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону. Измерение регулируемого параметра и формирование регулирующего воздействия выполняется циклически с периодом 4 секунды. Этот интервал называется шагом регулирования. Полученное за этот период среднее значение регулируемого параметра (например, температуры) сравнивается с заданием (уставкой) , после чего производится вычисление длительности управляющего импульса по формуле:

 

(6.9)

 

где - величина рассогласования ;

- величина изменения рассогласования по сравнению с предыдущим

шагом регулирования

K и τ - параметры настройки регулятора, эквивалентные Кр и Тg в формуле 6.8.

Полярность управляющих импульсов определяется по знаку : при выдается импульс на выходное реле с контактом SK2 «больше», при срабатывает реле с контактом SK1 «меньше». Если рассчитанная длительность импульса получилась по модулю меньше 0.05с, то управляющий импульс не выдается (принимается ).

Если в течение шага регулирования температура объекта изменится меньше, чем на , то величина принимается равной нулю. В результате дифференциальная составляющая ПИД - регулятора перестает оказывать влияние на длительность управляющих импульсов:

 

(6.9а)

 

Данного явления можно избежать путем увеличения интервала между вычислениями управляющего воздействия. Этот интервал задается параметром настройки . Например, при вычисление длительности импульсов производится не каждые 4 секунды, а лишь в каждом четвертом шаге регулирования, т.е. цикл составляет 16 с.

Лицевая панель ТРМ12 имеет много общего с изображенной на рисунке 5.6 панелью прибора ТРМ5. Отличие составляют наименования параметров настройки, индицируемые светодиодами 5 и назначение светодиодов 7 (С1 и С2). Светодиод С1 информирует о наличии в приборе устройства для связи с ЭВМ. Светодиод С2 сигнализирует о том, что изменение какого-либо параметра было произведено от ЭВМ.

Просмотр и программирование параметров регулирования (уставки и коэффициентов ) и параметров режима работы выполняются в режиме «Программирование». Все введенные параметры заносятся в электрически-перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство, что обеспечивает их сохранность и неизменность при отключении питания прибора.