Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

---------------------------------

Воронежская государственная технологическая академия

---------------------------------

Кафедра информационных и управляющих систем

Методические указания для выполнения лабораторной работы

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ

РАСХОДА ВОДЫ

ВОРОНЕЖ

Цель работы: Ознакомиться с ACР расхода вода в трубопроводе, принципом действия и устройством пневматического изодромного регулирующего устройства, провести анализ качества АСР по осциллограммам.

Описание установки и методика

проведения работы

Схема лабораторной установки приведена на рис, 1. Непосредст­венно под прибором II типа КСД-3 монтируется блок манометров. Давление воздуха питания регулятора фиксируется по манометру 10, давление воздуха на исполнительном механизме показывает манометр 9.

Вода по общему трубопроводу 1 подается через ротаметр 13 типа РЭД ротаметр 8 типа PC и исполнительный механизм типа МИМ в емкость 3.

Включение регулятора в работу

Предварительно ручку настройки времени изодрома устанавливают на отметке 0,5, а предел пропорциональности на 100%. Стрелка задания должна быть на объекте заданное значение параметра поддерживают некоторое время в крайнее правое положение. Перед включением регулятора в вручную (при закрытом вентиле 6). При этом определяет регулируют отведена работу процесс вручную. К регулятору подают сжатый воздух питания. Далее посредст­вом временного смещения стрелки задания относительно ориентировочно величину открытия клапана исполнительного механизма 5. Затем перекрывают вентили 4 и 7 и открывают вентиль 6, с помощью которого записывающего пера прибора давление на выходе изменяют так, чтобы подучить ранее отмеченное положение регулирующего органа. Об атом можно судить по показаниям манометра "Выход" регулятора.

При установившемся давлении на выходе регулятор находится на контрольной точке (положение пера совпадает со стрелкой). если контрольная точка на всех поверяемых отметках смещена в одну сторону, то необходимо, ослабив крепежные винты, совместить указатель задания с пером и закрепить его в нужном положении.

Далее ручку настройка времени изодрома устанавливай в положение полного запирания дросселя (отметка), которое соответствует отклонению изодромного устройства и превращает регулятор в пропорциональный, предел пропорциональности устанавливается произвольно на одном на делений.

После этого регулятор можно включить в процесс автоматического регулирования. Для этого необходимо открывать вентили 4 и 7, закрывая одновременно вентиль 6. Регулятор будет полностью включен в работу, когда баланс будет закрыт.

Анализ качества АСР расхода воды в трубопроводе

При различных значениях параметров регуляторов (коэффициента усиления К_р и времени изодрома Т_и) будут возникать различные переходные процессы АСР расхода воды.

Существует насколько методов определения оптимальной настройки регуляторов. В настоящей лабораторной работе изучается экспериментальный метод подбора настроечных параметров, считая, что нагрузка объекта постоянна.

Настройка регулятора на процесс производится путем тщательного наблюдения и анализа записи прибора КСД-3 при изменении величины Т_и

Настройка коэффициента усиления регулятора

На рис. 4 показаны кривые переходных процессов АСР расхода воды в трубопроводе при различной настройке коэффициента усиления регулятора, перестроенные из полярных координат диаграммы вторичного прибора типа КСД-3.

Кривая 1 соответствует переходному процессу при слишком большом коэффициенте усиления К_р (малом ). Предел пропорциональности должен быть увеличен.

Кривая 2 соответствует очень большому его следует уменьшить. Остаточная ошибка при малом К_р велика. Необходимо отметить, что при настройке регулятора на оптимальное значение Кр может случаться, что процесс протекает ровно, возмущений не наблюдается и выявить характеристику работы регулятора трудно, так как кривая записи не будет иметь отклонений. Тогда создают возмущения путем, смещения стрелки задания с контрольной точки вверх и вниз по диаграмме на максимально возможное в данном объекте регулируемого параметра. Затем добиваются такой величины при которой наступают

незатухающие колебания с минимально возможной для данного объекта амплитудой и предельным периодом T_ПР. Эта величина, называется критической (кривая 3).

При такой настройке регулятор выдерживают приблизительно в течения десяти циклов колебаний (n=10) переменной X, после чего определяют предел колебаний

Известно, что наилучшим образом регулятор работает при Установив оптимальный предел пропорциональности , заканчивают настройку коэффициента усилия. Кривая 4 соответствует переходному процессу при оптимальном значении

Настройка времени изодрома

Время изодрома Т_и определяется по формуле

На рис. 5представлены кривые переходных процессов АСР расхода

воды в трубопроводе при различных настройках коэффициента усиления и времени изодрома Т_И регулятора, построенные из полярных координат диаграмм вторичного прибора типа КСД-3.

Кривая 1 соответствует переходному процессу при слишком большом времени изодрома Т_И Процесс происходит медленно, вследствии этого получается большая динамическая ошибка и регулируемая величина медленно возвращается к заданному значении. Переходной процесс апериодический.

При слишком малом Т_И отклонения регулируемого параметра будут меньшими (кривая 2),но время затухания колебательного процесса увеличивается. Кривая 3 соответствует оптимальному переходному процессу. Регулируемый параметр после возмущения совершит 1-2затухания колебаний с малой амплитудой и установится на заданном значении.

Выбрав и установив Т_{И ОПТ} и _0ПТ, считают пневматический изодромный регулятор настроенным на оптимально процесс регулирования.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с функциональной и структурной схемами АСР расхода воды в трубопроводе, принципом действия и устройством пневматического изодромного регулятора.

2. Подать в регулятор сжатый воздух давлением 0,14 МПа.

3. Увеличивая расход воды в трубопроводе вентилями 4 и 7 (см.рис.1), закрывая вентиль 6, включить регулятор в работу.

4. Установив ручку настройки времени изодрома на отметку произвести настройку регулятора на оптимальный процесс регулирования изменением величины предела пропорциональности. Осциллограммы наблюдения занести в табл. 2.

Таблица 2

Численное значение по шкале предела пропорциональности, %	Коэффициент усиления,	Осциллограммы в декартовых координатах

5. Установив произвести настройку регулятора на оптимальный процесс регулирования путем изменения времени изодрома Т_И Осциллограммы наблюдения занести в табл. 3.

Таблица 3

Численные значения шкалы времени изодрома ТИ	Осциллограммы в декартовых координатах

6. Нанести системе возмущение f(t)=[1] и записать переходный процесс.

7. Сделать заключение о качестве АСР расхода воды в трубопроводе при оптимальной настройке пневматического изодромного регулятора.

1.Составить отчет о проделанной работе.

Описание системы

автоматического регулирования

расхода воды в трубопроводе

Объектом регулирования (рис. 6), является трубопровод. Датчик АСР расхода воды (ротаметр типа РЭД), соединенный с измерительной частью вторичного прибора типа КСД-3, вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значении регулируемого параметра ХЗаданое значение регулируемой величины Х_зад. устанавливается ручкой «установка задания", расположенной на лицевой стороне вторичного прибора типа КСД-3.

В суммирующем элементе СЭ (суммирующее коромысло регулирующего БР-2 регулятора} происходит сравнение заданного и текущего параметра, в пневматическом реле регулятора сигнал рассогласования подвергается усилению. Регулирующее воздействие регулятора (давление сжатого воздуха на выходе) Z * поступает на исполнительный механизм ИМ (типа МИМ), который регулирующим органом РО (шток с золотником) воздействует на подачу воды в трубопроводе.

На рис.7 представлена структурная схема АСР расхода воды в трубопроводе.

Пневматические изодромные регулирующие устройства встраиваются в измерительные приборы комплекса КСЗ (КСПЗ, КСДЗ и др.) и конструктивно связываются с чувствительными элементами этих приборов.

В настоящей лабораторной работе Пневматический изодромный регулятор встроен в электронный дифференциально-трансформаторный прибор типа КСД-3. Регулятор отрабатывает пропорционально-интегральный закон регулирования.

Регулятор (рис. 8) включает в себя регулирующий блок БР-2-1, интегральный блок БИ-2-П, пневматическое реле - Ш.

Регулирующий блок служит для восприятия рассогласования между текущим и заданным значением параметра, преобразуя его (совместно с реле Ш) в выходной сигнал давления сжатого воздуха. Интегральный блок, предназначенный для отработки интегральной составляющей управлявшего пневматического сигнала, состоит из цепочки RC и выключающего реле. Пневматическое реле служит для усиления мощности пневматического управляющего сигнала.

Текущее значение расхода воды регистрируется пером 2 следующим образом: при включении реверсивного двигателя РД и шестерня Ш₁ находящаяся на валу реверсивного двигателя. Через редуктор вращение двигателя передается зубчатому сектору ЗС, который находится на оси 0₁ пера 2. На оси 0₁ закреплен также рычаг Р₁, который посредством рычажной системы и коромысла 4 соединен с тягой Т.

Заданное значение параметра устанавливается вручную. При изменении положения ручки "Установка задания" вращаются сидящая на одной оси с ней шестерня Ш₃, сцепленная с ней шестерня ίШ₂ и трубка, соединенная с сектором I С, закрепленным на оси 0₄. Рычаг P₂, зaкрепленный на оси 0₄, перемещает через шарнир 0₂ коромысло 4 и указатель задания 3.

Рис.6. Функциональная схема АСР расхода воды в трубопроводе

.

Рис.7. Структурная схема АСР расхода воды в трубопроводе

Соединение суммирующего коромысла 4 с механизмами записывающего пера 2 и указателя задания 3 выполнено так, что перемещение пера 2 вызывает перемещение правого конца коромысла 4 и тяги Т, что в свою очередь вызывает перемещение левого конца коромысла 4 и тяги Т, при этом коромысло 4 не передает движения механизму пера 2.

Если положение пера и указателя задания совпадают, то тяга Т остается неподвижной, на вход регулирующего блока сигнал не поступает. Заслонка 27 остается в неизменном положении.

Регулятор может работать как пропорциональный или пропорционально-интегральный в зависимости от того, закрыта или открыта линия, соединяющая выход пневмореле Ш с сильфоном положительной обратной связи 14.

Рассмотрим работу пневматического регулятора в пропорциональном режиме (дроссель 20 закрыт). Отклонение положения пера от указателя задания изменяет положение средней точки коромысла 4, что вызывает перемещение тяги Т, и через рычаг P₃ и ось O₅ угловой рычаг 32 поворачивается.

Штифт 33 отходит от заслонки 27 (при вращении рычага 32 по часовой стрелке), и под действием пружины 31 заслонка приближается к соплу 26. В результате повышения давления в камере В пневматического реле Ш.

Воздух для питания регулятора, предварительно очищенный фильтром, давлением, сниженным редуктором до 0,14 МПа, подводится к выпускному клапану 22 пневматического реле. Пройдя клапан 22, воздух попадает на выход и в камеру А, а также через дроссель 21 в камеру В системы сопла 26.

Рисунок 8 Схема пневматического регулятора

При повышении давления в камере В нарушается равновесие сил,

действующих на мембраны. Верхняя мембрана 24 закрывает шариковый клапан 25 сброса воздуха в атмосферу, а нижняя мембрана 23 открывает впускной клапан 22. Это способствует быстрому подъему давления в выходной линии и верхней камере А до тех пор, пока не восстановится равновесие сил на мембранах. Таким образом, на выходе и в камере А устанавливается давление, соответствующее давлению в камере В.

С выхода пневмореле давление передается в сильфон отрицательной обратной связи 12, в результате чего перегородка 13 перемещается влево, В перегородку впрессован штифт 2, который скользя вдоль рабочей поверхности рычага 10, позволяет поворачиваться ему под действием пружины 7 (при установке указателя 6 на соответствующую отметку шкалы 5). Шкала 5 пpoгpaдyиpoвaнa oт 0 дo250% пpeдeлa пpoпорциональности регулятора.

При повороте рычага 10 штифт В отходит от рабочей поверхности который под действием пружины9 поворачивается по часовой стрелке и перемещает угловой рычаг 32 против часовой стрелки. Штифт 33 приближается к заслонке 27 и отводит ее от сопла на некоторое расстояние, соответствующее имеющемуся в данный момент давлению на выхода (в сильфоне обратной отрицательной связи).

Регулятор в этом случае работает с жесткой обратной отрицательной связью и отрабатывает пропорциональный закон регулирования (II регулятор):

.

Коэффициент Кр зависит от передаточного отношения рычажной системы.10-34-32 и от отношения эффективной площади сильфонов к суммарной жесткости упругих элементов сильфонного блока.

Передаточное отношение рычажной системы можно изменить поворотом рычага 6 (в конической цапфе) вокруг оси, проходящей через штифты 11 и8.

На основание рычага 6 и плату нанесены риски, совмещение которых соответствует установке рычага на значение предела пропор-июнажьнооти100%.

Предварительно настраивается соосность штифтов 11 и 8 путем Поворота платы на небольшой угол специальным винтом и эксцентриком. На контрольной точке штифты 11, 8 и коническая цапфа соосны и поэтому перемещение рычага 6 не вызовет смещения рычага 34.

Мы рассмотрели “прямую” работу регулятора увеличение расхода воды в трубопроводе вызывает увеличение расхода воды в трубопроводе взывает увеличение давления на выходе регулятора.

При "обратной" работе регулятора переставляют тягу 30 с рыча­га 29 на рычаг 38, в результате чего угловой рычаг 32 будет при увеличении параметра перемещаться в противоположном направлении.

Работа регулятора в пропорционально-интегральном режиме (ПИ-регулятор). При полностью открытом дросселе 20 (отметка 0,1) дав­ление с выхода пневмореле будет поступать в оба сильфона 12 и 14 одинаково, и отрицательная обратная связь полностью снимется, и ре­гулятор будет работать в режиме, близком к релейному. При ПИ-алгоритме управления ввиду наличия RC цепочки (дроссель 20 и пневмо-емкость 19) и при изменении давления на выходе реле Ш давление в сильфоне положительной обратной связи 14 изменяется со скоростью, которая определяется величиной закрытия дросселя 20 и свободным объемом линии положительной обратной связи.

В этом случае с выхода пневмореле давление сжатого воздуха подается в сильфон отрицательной обратной связи 12 и через открытое пружиной сопло 18 - в камеру А выключающего реле 15.

Проходя через дроссель 20 и пневмоемкость 19, сигнал поступает в сильфон 14 положительной связи. Дроссель 20 проградуирован в единицах времени изодрома.

Таким образом, открытием дросселя 20 дополнительно вводится в действие положительная гибкая обратная связь, и регулятор отрабатывает ПИ-закон регулирования:

Содержание отчета

1.Функциональная и структурная схемы АСР расхода воды в трубопроводе.

2.Принципиальная схема пневматического изодромного регулятора.

3.Таблицы и осциллограммы изменения расхода воды по времени при различных настроечных параметрах регулятора.

Контрольные вопросы

1. Как устанавливается задание пневматического изодромного регулятора?

2.В каком случае регулятор работает как статический?

3.Как включить регулятор в работу?

4.Как производится настройка регулятора на оптимальный процесс регулирований?

5. Чем характеризуется качество АСР?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Анноимов И.В. Основы автоматического управления технологическими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. - М: Химия, 1967, гл. 1, с. 67-67.

Вотач Е.Я. Расчет застройка промышленных систем регулирования, - И.: Госэнергоиздат, 1961. с. 7-12 гл.3, с. 108-118. 120-125 гл., 4, с. 161-178.

Ануфриев В.В., Демидов К.Я., Сарбулов Ю.С. Автоматика иавтоматизация производственных процессов пищевой промышленности. - Во­ронеж: Изд-во ВГУ. 1963. о. 100-108.

Дата добавления: 2015-07-14