Изучение конструкции и исследование работы регулятора Р-27 в системе автоматического регулирования

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ИССЛВДОВА1Щ РАБОТЫ РЕГУЛЯТОРА Р-27 В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ

План выполнения работы

1. Зарисовать схему автоматического регулирования уровня воды в баке со свободным сливом воды.

2. Зарисовать принципиальную электрическую схему блока Р-27, ознакомиться с принципом работы и назначением его модулей

3. Осуществить статическую настройку регулирующего блока Р-27.

4. Осуществить динамическую настройку регулирующего блока Р-27 с учетом динамических свойств объекта регулирования.

5. Включить регулятор в автоматический режим работы и проанализировать процесс регулирования,

Описание экспериментального стенда.

Изучение работы регулятора Р-27 проводится на эксперимен­тальном стенде, схема которого представлена на рис. I. На стенде смонтирована система автома-

тического регулирования (САР), включающая в себя: объект регулирования - бак (I) прямоугольного сечения со свободным сливом воды; регулирующий орган - клапан (2) на подающем трубопроводе; электрический исполнительный механизм МЭ084 (3) с бесконтактным реверсивным пускателем (4) и указателем положения регулирующего органа (5); регулирующий блок F-27 (6) с блоком управления УПII (7) и за­дающим устройством ЗУII (8); измерительное устройство - дифманометр уровнемер типа "Сапфир-22ДД" (9).

РИС.1. Схема экспериментального стенда.

Для наблюдения за переходным процессом в САР объект регулирования оборудован водомерным стеклом (10) и схемой измерения уровня воды с за-писывающим и показывающим прибором А542 (II). Прибор А542 имеет два независимых измерительных канала, что позволяет осуществлять одновременное измерение к запись унифицированных сигналов двух первичных преобразователей (датчиков). Установ­ленный на экспериментальном стенде прибор А542 используется для измерения уровня воды в баке (совместно с дифманометром -

-уровнемером, 9) и расхода воды на притоке (совместно с шариковым расходомером ШИР-1,6, 12). Ротаметр (13) дублирует показания расходомера.

 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ

         Понятие о процессе разгона объекта

   Некоторые простейшие объекты регулирования, например, бак постоянного поперечного сечения со свободным сливом при регулировании в нем уровня, представляют из себя апе­риодическое звено первого порядка.

Уравнение этого звена имеет вид

 (1)

где Т и k — постоянная   времени   и коэффициент   усиления звена,

у — выходная величина, х — входная величина.

   Величины Т и k для реальных объектов могут быть опреде­лены экспериментально. Для этого снимается разгонная или импульсная характеристика объекта. Разгонная характерис­тика звена представляет собой изменение во времени выход­ной величины его после однократного и мгновенного изменения входной. Она может быть получена аналитически в результа­те решения уравнения (1) при х = const и начальном условии

τ=0,   у=0

Разгонная характеристика апериодического   звена имеет вид

Краткое описание экспериментальной установки

Проведение опытов и обработка полученных результатов

Для снятия характеристики регулирующего клапана на притоке 1 выливают воду из бака 4, и открывая кран 9, пода­ют воду в бак постоянного уровня. Затем закрывают клапан 2, открывают клапан 1 и подают воду в бак 4. Измеряют ко­

личество поступившей воды в бак 4 за определенное время при различных положениях регулирующего клапана 1. Положе­ние регулирующего клапана определяется цифровой отметкой на шкале. По данным вычисляется объемный расход и строит­ся характеристика регулирующего клапана, которая представ­ляет собой зависимость объемного расхода среды от положе­ния регулирующего клапана. Примерная характеристика ре­гулирующего клапана представлена на рис. 2.

Перед снятием разгонной характеристики в объекте долж­но быть установлено равновесное состояние при заданном зна­чении уровня. При равновесном состоянии количество воды, подаваемой в бак, равно количеству удаляемой из бака воды. Уровень воды в баке при этом не изменяется. Ориентировоч­ное значение уровня и положение регулирующего клапана на стоке воды из бака задается преподавателем. Изменяя поло­жение регулирующего клапана на притоке добиваются уста­новления в объекте заданного уровня воды. Величина стока воды из бака определяется по характеристике регулирующего клапана на притоке.

Снятие разгонной характеристики объекта регулирования производится в следующем порядке. После нанесения возму­щения на объект, которое осуществляется путем быстрого из­менения положения клапана 1, через постоянные интервалы времени измеряется положение уровня воды в баке по водо­мерному стеклу или измерительному прибору. Величина воз­мущающего воздействия задается преподавателем в делениях шкалы клапана. Возмущающее воздействие может быть по­ложительным или отрицательным в зависимости от того, уве­личивается или уменьшается количество воды, подаваемое в бак 4. Опыт заканчивается после установления постоянного уровня воды в баке. Результаты измерений заносятся в таб­лицу.

Разгонная характеристика строится следующим образом.

  Вычисляются относительные значения регулируемой величины (уровня воды в баке) делением всех измеренных значений на начальное значение уровня. Таким образом, относительное значение регулируемой величины в момент нанесения возму­щения равно единице. При увеличении регулируемой величи­ны (положительное возмущение на притоке) все последующие относительные значения будут больше единицы. При отрица­тельном возмущении на притоке все последующие относитель­ные значения будут меньше единицы. Примерная характерис­тика разгона приведена на рис. 3.

Для определения постоянных Т и k по построенной разгон­ной характеристике определяются

    у = σ — 1;   σ= H/H₀, σк= H_K/H₀

и тангенс угла наклона к разгонной характеристике в момент нанесения возмущения (τ = 0). Последний должен иметь раз­мерность 1/с. Входная величина представляет из себя относи­тельное изменение притока. Она определяется следующим об­разом. Известно начальное значение притока Q₀, которое оп­ределяется из характеристики регулирующего клапана на притоке по положению его в момент нанесения возмущения. Значение Q₁ после нанесения возмущения определяется по новому положению регулирующего клапана из его характе­ристики. Величина

При τ→∞  у = kx.

Отсюда

Общая характеристика регулирующего аналогового блока Р27, его устройство и работа

Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сиг­налом типа Р27 предназначен для применения в схемах автомати­ческого регулирования технологических параметров в различных отраслях промышленности.

Блок выполняет следующие функции:

- суммирование унифицированных входных сигналов постоян­ного тока;

- введение информации о заданном значении регулируемой величины, формирование и усиление сигнала отключения регули­руемой величины от заданного значения;

- формирование выходного импульсного сигнала для воздей­ствия на управляемый процесс в соответствии с одним из следую­щих законов регулирования: пропорциональный (П) совместно с датчиком положения исполнительного механизма; пропорционально-интегральный (ПИ) совместно с исполнительным механизмом; пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) совместно с исполнительным механизмом.

Электрическая принципиальная схема блока Р27 приведена на рис. 2. Блок содержит модуль регулирующий типа P027.I, источник питания КПС01.1 и модуль измерительный ИОО1.1.

Измерительный модуль (ИОО1.1) осуществляет суммирование и масштабирование девяти унифицированных входных сигналов, введение информации о заданном значении регулируемой величины формирование и усиление сигнала отклонения (ε) регулируемой величины от заданного значения.

Модуль содержит следующие функциональные узлы:

Модуляторы I, 2, 3 преобразуют унифицированные сигналы постоянного тока 0 - плюс 5 мА (соответственно сигналы X₁, Х₂, Х₃) в сигналы переменного тока. Сигналы Х₂ и Х₃ при этом умножаются на масштабные коэффициенты α₂ и α₃;

Усилитель модулятор 4 суммирует сигналы постоянного тока X₄₁ (0-плюс 5 мА); Х₄₂(4-20 мА); Х₄₃(0 - 20 мА); Х₄₄ (0 - 10В); х₄₅ (-1 +1 В), преобразует их алгебраическую сумму в сигнал переменного тока и умножает на масштабный коэф­фициент α₄;

Сумматор 5 суммирует сигналы с выходов модуляторов I, 2, 3 и усилителя-модулятора 4, обеспечивает гальваническое разде­ление всех суммируемых сигналов друг от друга и от выходного сигнала;

 

 Демодулятор-усилитель 6 суммирует сигнал сумматора 5 с сигналами узла задатчика (х₅, X₆) формируя выходной сигнал измерительного модуля (сигнал отклонения регулируемой величины от заданного значения ε ). При этом сигнал отклонения демодулируется.- преобразуется в сигнал постоянного тока;

Источник опорного напряжения 10 питает узел корректора в внешнее потенциометрическое задащее устройство;