Стенд №4

1. Ввімкнути кнопку 15 «Вентилятор» (рис.1.4) і регулятором 18 установити мінімальну швидкість обертання крильчатки.

2. Ввімкнути два вимикачі живлення стенду (виконується викладачем).

3. Ввімкнути кнопку 14 «ПІД- регулятор».

4. На верхньому табло (рис.3.6) загориться дійсне значення температури в об’єкті управління, а на нижньому табло з’явиться задане значення.

5. Ввімкнути живлення комп’ютера 8 (рис.1.4.). На робочому столі запустити ярлик програми «Монитор». В вікні, що відкрилося, під зображенням приладу ТЭРА натиснути на кнопку «ПІД-регулювання». На моніторі з’явиться розмітка графіка і значення температури: червоним свіченням для більшої ємності, а зеленим для меншої ємності. На нижньому табло (рис. 2.5) задане значення температури в об’єкті, а на верхньому табло – її поточне значення (температура в приміщені).

6. Натиснути кнопку на панелі регулятора, на нижньому табло висвітиться напис «Su1», а на верхньому висвітиться задане значення.

7. Натиснути кнопку на панелі регулятора, перша цифра на верхньому табло почне мерегтіти.

8. Кнопками і установити завдання регулятору 30⁰С.

9. Натиснути кнопку , поки мерегтіня цифри значення завдання припиниться.

10. Натискати кнопку (кілька разів) поки на панелі регулятора, на нижньому табло висвітиться задане значення, а на верхньому – дійсне значення.

11. Щоб установити чи переглянути настройки ПІД-регулятора. Для цього натиснути разом кнопки і . На вехньому табло з’являться чотири нулі, а на нижньому табло – символ «PSd».

12. Кнопками і набрати код 1431.

13. Натиснути кнопку .

14. На нижньому табло висвітиться напис «P», а на верхньому – значення пропорційної складової.

15. Кнопками і , на верхньому табло установити бажане значення пропорційної складової.

16. Натиснути кнопку . На нижньому табло висвітиться напис «І», а на верхньому – значення інтегральної складової. Кнопками і , на верхньому табло установити бажане значення інтегральної складової.

17. Натиснути кнопку . На нижньому табло висвітиться напис «d», а на верхньому – значення диферинціальної складової. Кнопками і , на верхньому табло установити бажане значення диферинціальної складової.

18. Натиснути кнопки разом і , поки на верхньому табло не з’являться значення температури в об’єкті, а на нижньому табло - значення завдання.

19. Ввімкнути кнопку 16 «Нагрів».

20. Через кожні 20с. визначати температуру в об’єкті по верхньому табло. Результати записати в табл. 3.2.

21. Експеримент завершити при незмінній температурі в об’єкті на протязі 40 с.

22. Вимкнути кнопку 16 «Нагрів».

23. Регулятором 18 установити максимальну швидкість обертання крильчатки вентилятора, тобто збільшити до максимуму навантаження на тепловий об’єкт.

24. Після охолодження об’єкта до кімнатної температури повторити п.19-22 при максимальній швидкості обертання вентилятора.

25. Збільшити завдання регулятору на 10⁰С.

26. Повторити п.19-22 при мінімальній і максимальній швидкості обертання вентилятора.

27. Одержати графіки перехідного процесу регулювання температури за нового заданого значення завдання регулятору, а дані досліджень занести у табл.3.3.

28. Побудувати графіки перехідних процесів регулювання та визначити показники якості регулювання.

29. Зробити висновки на підставі одержаних результатів.

Рис. 3.5. Передня панель приладу типу РТ фірми ТЭРА

Прилад виконаний в пластмасовому корпусі, призначеному для застосування в складі електричних щитів. На лицьовій панелі приладу (рис. 5.2) розташовані два семисегментних чотирьох розрядних індикатора, призначених для відображення символьно-цифрової інформації, три одиничних світлодіодних індикатора і чотири кнопки управління:

- перегляд результатів вимірювання або встановлених параметрів;

і - зміна значень параметрів приладу;

- збереження встановлених параметрів.

Табл. 3.1.

Результати перехідного процесу при авто настройці за заданого значення

t₃=30 ⁰C з інтервалом у 20 с.

Табл. 3.2.

Результати перехідного процесу ПІД-регулювання температури за заданого значення t₃=30 ⁰C з інтервалом у 20 с.

Табл. 3.3.

Результати перехідного процесу ПІД-регулювання температури за заданого значення t₃=40 ⁰C з інтервалом у 20 с.

Контрольні запитання

1. Поясніть структурну схему автоматичної системи регулювання (АСР), побудованої за принципом роботи за відхиленням.

2. Якими показниками характеризується якість перехідного процесу регулювання?

3. Поясніть структурну схему АСР з ПІД-регулятором?

4. Що таке закон регулювання і які настроювання має ПІД-регулятор?

5. Поясніть методику одержання перехідного процесу ПІД-регулювання?

Лабораторна робота № 4

ВИВЧЕННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ РЕГУЛЮЮЧИХ ОРГАНІВ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

Стенд №6

Мета роботи – вивчити і дослідити роботу регулюючих органів, оволодіти методикою одержання їх статичних характеристик.

4.1. Загальні положення

Регулюючим органом АСР називається пристрій, який з метою підтримання заданого значення регулювального параметра безпосередньо діє на об’єкт управління для зміни вхідного або вихідного матеріального потоку.

Регулюючі органи за принципом дії на об’єкт поділяються на дві групи: дозуючі та дроселюючи.

Дозуючі регулюючі органи – живильники, регулювальні насоси та вентилятори, дозатори, реостати, автотрансформатори тощо. Відзначаються кращими експлуатаційними показниками, але мають низку суттєвих недоліків, основними з яких є відносна складність конструкцій та висока вартість.

Тому більшого поширення набули регулюючі органи дроселюючого типу (клапани, заслінки, шибери тощо), якімають такі характеристики: конструктивну, витратну та коефіцієнт пропускної здатності.

Конструктивна характеристика являє собою функціональну залежність зміни відносного перерізу прохідного отвору регулюючого органу S від ступеня відкриття l цього регулюючого органу; S=f(l) або S=f(a), де S= – відношення площі перерізу отвору регулюючого органу S_ро і площі перерізу вхідного патрубка S_n ; l = = - ступінь відкриття регулюючого органу; l_ро , a_ро – відповідно величина ходу і кута обертання рухомої частини регулюючого органу; l_max , a_max – відповідно максимальна величина ходу або кута обертання цієї рухомої частини.

Як правило, дроселюючі регулюючі органи випускаються з лінійними конструктивними характеристиками, але за спеціальним замовленням можуть мати параболічну, логарифмічну та інші характеристики.

Конструктивна характеристика додається заводом-виготовлювачем до паспорта регулюючого органу, але вона не дає можливості судити про роботу регулюючого органу в АСР, оскільки реальна витрата речовини через клапан залежить від багатьох чинників, а сама характеристика є нелінійною.Тому, щоб правильно вибрати і розрахувати дроселюючий регулюючий орган, необхідно знати його витратну характеристику, яка виражає залежність між зміною відносної витрати речовини через регулюючий орган F від ступеня його відкриття l: F=f(l) або F=f(a), де F= = - відносна витрата; F_ро та G_ро - поточні значення відповідно об’ємної та вагової витрати;

F_max та G_max - максимальні значення відповідно об’ємної та вагової витрати.

Вигляд витратної характеристики багато в чому залежить від перепаду тиску на регулюючому органі, густини робочої речовини, властивостей об’єкта управління тощо. У зв’язку з цим регулюючі органи, які мають однакові або подібні конструктивні характеристики, за різних умов експлуатації даватимуть різні показники між відкриттям регулювалюючого органу і фактичною витратою.

У довідковій літературі для регулюючих органів вказуються значення коефіцієнта пропускної здатності K_{v ,} який являє собою витрату води густиною r=1000кг/м³ відкритим клапаном при перепаді тиску на ньому 0, 1МПа (1, 0 кгс/см²). Індекс при К показує ступінь відкриття клапану в процентах ходу плунжера. За величиною K_v, використовуючи таблиці, визначають діаметр умовного проходу Д_у по фланцю.

Пневматичні регулюючі клапани виконуються двох типів: ПЗ- «повітря закриває» (з підвищенням тиску повітря на мембрану виконавчого механізму клапан закривається) і ПВ- «повітря відкриває» (з підвищенням тиску повітря клапан відкривається).

Всякий регулюючий дроселюючий орган є змінним гідравлічним опором контуру АСР. Загальна витрата тиску дорівнює арифметичній сумі витрат на кожному послідовно включеному регулюючому органу за умови, що ці опори розділені між собою прямими ділянками довжиною не менше 5Д, де Д - внутрішні діаметр трубопроводу.

Залежність між швидкістю рідини у зазорі клапана V_po і перепадом тиску на ньому Dр записується рівнянням:

V_po = ,

де a - коефіцієнт витрати, величина довідникова і залежність від геометричної форми прохідного отвору клапана, а також від фізичних властивостей робочого потоку;

g- вільне прискорення земного тяжіння;

r- густина вимірюваного середовища.

Об’ємна F та масова G витрати визначаються рівняннями:

F= K_{v ;} G= K_{v ,}

де K_v – коефіцієнт пропускної здатності.

Для розрахунку дроселюючого органу необхідні такі дані:

1. Регулювальне середовище і його властивості (r).

2. Максимальна витрата.

3. Перепад тиску на регулюючому органі.

4. Діаметр трубопроводу.

5. Вид регулюючого органу.

4.2. Прилади та опис лабораторної установки

Лабораторна установка виконується на стенді №5, схема якого показана на рис.4.1.

Рис.4.1 Загальний вигляд лабораторної установки

1 – напірний бак;

2 – шарові крани;

3 – насос GRUNDFOS;

4 – виконавчий механізм EVA1M PCB, живлення ≈ 24В, вхідний

сигнал 4-20 мА;

5 – регулюючий орган (клапан) GV1 Globe Control Valves;

6 – виконавчий механізм BELIMO SM230ASR, живлення = 24В,

вхідний сигнал 0-10В;

7 – регулюючий орган (заслонка) BELIMO D6..N;

8 – задатчик технологічний одноканальний ТЕРАБ-ЗТ-АВ-И;

9 – ПІД-регулятор ОВЕН ТРМ101;

10 – витратомір KOBOLD DPL – L343;

11 – лічильник.

Вода надходить з водонапірного бака 1 через лічильник 11 та датчик 10 витратоміра 9. Відкриваючи той чи інший кульовий кран 2, можна спрямувати потік води або через клапан 5 або через заслінку 7.