§14. Електрична уніфікована система приладів автоматичного регулювання під назвою "Каскад".

Призначена для побудови складних систем автоматичного регулювання з використанням переважно уніфікованих сигналів: 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА, 0-10В.

Функції, що реалізовані системою "Каскад":

1. Автоматичне регулювання за ПІ та ПІД-законами,

2. Дистанційне управління (ручне управління),

3. Алгебраїчні операції (додавання…),

4. Динамічні нелінійні і логічні перетворення,

5. Індикація вхідних та вихідних сигналів.

Використовується для побудови нижнього рівня АСУ ТП в тепловій та атомній енергетиці та в інших, де постійні часу об’єкта знаходяться в межах Т_О=0,2÷2000с.

Можлива побудова наступних АСР:

1. Одноконтурних локальних АСР,

2. Багатоконтурних систем АСР:

а) багатоконтурні з введенням корегуючих пристроїв і перехресних зв’язків.

3. Каскадне регулювання АСР.

4. Системи із введенням логічних і корегуючих впливів від промислових комп’ютерів в АСУ ТП.

5. Складні багато мережні АСР.

6. Системи змінної структури.

Відмінні риси:

1. Система "Каскад" є транзисторною уніфікованою системою. Система "Каскад-2" виконана на аналогових інтегральних мікросхемах.

2. Використання переважно уніфікованих сигналів.

3. Суміщення багатьох функцій в кожному приладі.

4. Підвищена точність виконання операцій.

5. Підвищена стабільність статичних та динамічних характеристик.

6. Висока надійність.

Склад системи "Каскад":

10 груп функціональних приладів.

1. Регулюючи блоки, їх позначення починається з букви "Р", входить до складу 5-ти приладів:

Р₂₁ – релейно-імпульсний регулюючий аналоговий прилад з імпульсним виходом,

Р₂₃ – те ж саме, що і Р₂₁, тільки з трьохступінчатою перестройкою параметрів настройки ( є 3 реле),

Р₁₂ – це аналоговий регулюючий прилад з аналоговим виходом, формує ПІД-закон,

Р₁₃ – те ж саме, що і Р₁₂ з трьохступінчатою дистанційною перебудовою параметрів настройки.

Р_13.2 – це аналог Р₁₂, але вхідний сигнал не уніфікований ( сигнал від термопари).

2. Алгебраїчні блоки ("A"):

А₀₄,

А₃₁ – блок перемноження або одержання квадрату сигналу,

А₃₂ – блок ділення,

А₃₃ – блок одержання квадратного кореня.

2. Вимірювальні блоки ("И"):

И₀₄,

2. Блоки динамічного перетворення ("Д"):

Д₀₁ – блок диференціювання,

Д₀₅ – блок інтегрування.

2. Блоки нелінійних перетворювань("Н"):

Н₀₁ – блок лінійно-кусочної апроксимації. Основу цих блоків Н_0,1 складають діодно-функціональні перетворювачі – це діод, що закритий опорною напругою. Поки вхідна напруга менше опорної – діод закритий. Як тільки напруга більше опорної – діод відкривається і додає до вихідного сигналу свою долю.

2. Блоки логічних перетворювань ("Л"):

Л₀₅ – дозволяє виділити найбільший або найменший сигнал із кількох вхідних, або виконати перемикання схеми при заданих співвідношеннях між сигналами.

2. Допоміжні пристрої (задатчики)

Потенціометричний задатчик ЗУ-11,

Струмовий задатчик ЗУ-0,5

2. Блоки управління ("БУ"), мають номер, що відповідає регулюючому приладу, наприклад: БУ₂₁ у комплекті з Р₂₁, БУ₁₂ у комплекті з Р₁₂ .

3. Допоміжний пристрій ("В"):

В₁₂ – індикатор, має дві шкали (розгалуження)

U= -25% ÷ +25% від ε_мах = 2,5 В

=-0,625В ÷ + 0,625 В

=0-100% - положення РО = 0-5 мА – датчик положення.

Цей прилад називається індикатором тому, що його клас точності = 4%

Склад апаратури системи "Каскад -2":

І. Прилади регулювання:

Р₁₇ – більш сучасний варіант Р₁₂

Р₂₇

Р₂₈

Функції (відмінності) Р₁₇:

1. Регулювання за ПІД-законом,

2. Підсилювання до 4 вхідних сигналів, тобто в нього вмонтовано вимірювальний модуль И₀₄,

3. Виконує гальванічне розділення всіх сигналів,

4. Вихідний сигнал – аналоговий з двостороннім обмеженням цього сигналу.

Р₂₇ – формує ПІД-закон регулювання, має імпульсний вихідний сигнал для управління ВМ постійної швидкості і підсумовує і гальванічно-розділяє 4 вхідних сигнали.

Р₂₈ – виконує ті ж самі функції, що і блок Р₂₇, і додатково має дистанційне автопідстроювання параметрів настройки.

ІІ. Перетворювачі сигналів:

Складаються із статичних(миттєве перетворення) і динамічних перетворювачів(відтворення якоїсь функції часу).

Статичні перетворювачі:

А₀₅

Функції:

1. підсумовування і масштабування 4 вхідних сигналів,

2. гальванічне розділення,

3. стилізований графік – обмеження вихідного токового сигналу.

А₀₆

Призначений для:

1. розмножує вхідний сигнал,

2. гальванічне розділення,

3. обмеження всіх сигналів.

А₃₅

Двоканальний алгебраїчний блок для виконання операцій:

1. множення,

2. ділення двох вхідних сигналів,

3. здобуття квадратного кореня,

4. возведення в квадрат,

5. підсумовування двох сигналів.

Н₀₅ – нелінійний блок для формування функції методом кускової апроксимації.

Л₀₅ – логічний блок для аналого-релейного перетворення, тобто при підвищені вхідного сигналу заданого значення, формується сигнал логічної одиниці, який може використовуватися для позиційного регулювання. Другий параметр настройки – це зона нечутливості.

Тому двопозиційне регулювання має наступний вигляд:

Для Н₀₅ і Л₀₃ додаткові функції:

1. додавання двох сигналів,

2. гальванічне розділення.

Блоки динамічного перетворення:

Д₀₅ Д₀₆

Ці блоки виконують 4 види перетворень:

1. аперіодичне перетворення (тобто моделює інерційну ланку І-го порядку),

2. інтегральне перетворення (тобто моделює інтегральну ланку),

3. реальна диференціююча ланка,

4. пропорційний закон перетворення.

Відміни: Д₀₅ – двоканальний прилад (два незв’язані прилади), Д₀₆ – одноканальний прилад з дистанційним автопідстроюванням змінних К, Т, що входять в рівняння. Вибір одного з 4 законів перетворення виконується вручну (перемикачем).

Загальне: додавання вхідних сигналів і гальванічне розділення.

Д₀₇ – інтегратор з енергонезалежною пам’яттю і двостороннім обмеженням вихідного сигналу.

Прилади системи “Каскад” розташовані у трьох основних місцях (зонах):

1. прилади панелі регулювання – це всі основні блоки, що були вказані вище (регулювальні блоки).Розташовані в приміщені з обмеженим доступом, обслуговуються лише оперативним персоналом і наладчиком. Для зменшення небезпеки від несанкціонованої зміни настроєм, органи настроєм сховані в середині корпуса.

2. прилади блочного щита і пульта керування. До них відносяться допоміжні пристрої, а саме: 1) ручні задатчики, 2) блоки управління, що перемикають режим роботи системи, 3) індикатори положення РО і сигналу розлагодження.

3. блоки зборки управління ВМ розташовані по всьому устаткуванню об'єкта управління. До них відносяться: пускові пристрої ВМ, РО. Ці прилади в систему "Каскад" не входять, але мають діапазон сигналів управління такий самий, як і сигнали блоків системи "Каскад".

Розрахунок і вибір ВМ і РО виконується для кожного конкретного випадку їх використання.

В деяких випадках вони не заказуються, якщо вони є комплектуючими приладами для обладнання, наприклад: головна парова засувка турбіни (ГПЗ) поставляється разом з турбіною, але сприймає сигнали від системи "Каскад".

Принципи побудови приладів системи "Каскад".

Оскільки система "Каскад" є аналоговою, то всі обчислення і перетворення сигналів виконуються аналоговим процессором або схемним шляхом (апаратним). Наприклад аперіодичний закон перетворення виконується RC ланцюгом.

Ці ланки використовуються в ланцюгах ЗЗ для формування закону регулювання.

Аналоговий процессор виконанний на операційних підсилювачах високої якості і охопленний негативним ЗЗ. Т.ч. при побудові приладів "Каскад" використовуються властивості граничної системи.

Вид ланки ЗЗ визначає закон регулювання.

Ця структура є універсальною для всіх аналогових приладів.

- це рівняння виконує сам аналоговий процесор.

При К₁>10000 можна вважати, що виконується ідеальний закон регулювання без баластної ланки.

Особливість:

1. Оскільки операційні підсилювачі мають 2 входи: прямий та інверсний, то є два види ЗЗ, які мають, відповідно, різні передаточні функції, тобто використовуються послідовні і паралельні ЗЗ.

2. використання уніфікованних струмових сигналів, в той час, як операційний підсилювач оперує лише з напругами.

Схема з паралельним ЗЗ:

1. Спосіб реалізації аналогового процесора з використанням паралельного ЗЗ.

В цьому разі використовується лише інвертуючий вхід 1, тобто полярність вихідного сигналу протилежна полярності вхідного.

Вхідний сигнал перетворюється у вхідну напругу на резисторі R_ВХ , вхідним комплексним опором Z_ВХ і комплексним опором ЗЗ можуть бути:

1) резистор R,

2) конденсатор С,

3) індуктивность L.

Реалізується комплексний коєфіцієнт передачі у вигляді відношення: Z_ОС/Z_ВХ.

До виходу підсилювача приєднаний перетворювач напруги у струм.

R_Н – опір вхідного каскаду приєднанного наступного приладу, якщо R_ЗЗ і R_Н різні, то це додатково враховуєтьсяч, як їх відношення.

Відомо, що якщо на вході – С , на виході – R, то формується Д-закон, а якщо поміняти місцями C і R – І-закон.

R_ОС

Назва "паралельний ЗЗ" виникла внаслідок появи двох напрямків передачі сигналів, в прямому – через операційний підсилювач, в зворотньому – через Z_ЗЗ.

Схема з послідовним ЗЗ:

Ми зобразили структурну схему побудови приладів системи "Каскад" з використанням послідовного ЗЗ.

Вхідний сигнал надходить на прямий вхід 2, проходить на вихід підсилювача і через комплексний опір Z_ЗЗ надходить на інвертуючий вхід 1, і далі знов іде на вихід.

Т.ч. назву така схема одержала від послідовного проходження сигналом двох входів одного і того ж підсилювача.

Використовується ця схема у випадках:

1) коли знаки вхідного і вихідного сигналів повинні бути однаковими.

2) коли потрібно мати вхідний опір підсилювача більше 100 МОм-10 ГОм, тому що це вхідний опір між двома входами високоякісного підсилювача.