Metodichka_Raskhod
.pdfРис. 2.5. Блок автоматической системы регулирования расхода (тыльная сторона).
Разъемы, обозначение, наименование и их назначение представлены в
табл. 2.2.
|
|
|
Таблица 2.2. |
|
|
|
|
Разъемы и их назначение |
|
|
|
|
|
|
Обозначение |
Наименование |
Назначение |
|
|
|
|
|
|
|
X1 |
«Питание» |
СНП-3ВП |
Подключение кабеля электропитания от сети |
|
|
|
|
~220-230В, 50Гц |
|
|
|
|
|
|
Х2 |
«Задвижка» |
DB9F |
Подача сигнала управления на задвижку |
|
|
|
|
|
|
Х3 |
«US-800» |
DB9F |
Подключение ультразвукового расходомера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.2 |
|
|
|
|
Х4, Х5 «Насос» |
DB9F, СНП- |
Подача силового напряжения и сигнала |
|
|
|
3РП |
управления на насос |
|
|
|
|
X6 |
«Modbus» |
USB |
Разъем для подключения преобразователя |
|
|
|
интерфейсов (Modbus/USB) RS485 – USB к |
|
|
|
персональному компьютеру |
|
|
|
|
X7 |
«Монитор» |
USB |
Разъем для подключения к ПК сенсорной па- |
|
|
|
нели оператора |
|
|
|
|
X8 |
|
DB9F |
Подключение вихреакустического расходоме- |
|
|
|
ра |
|
|
|
|
2.2. Лабораторные работы
2.2.1 Работа №1. Определение статических характеристик промышленных расходомеров
Цель работы
Экспериментально определить статические характеристики промышленных расходомеров (датчиков расхода) различного принципа действия: вихреакустического МЕТРАН-300ПР, ультразвукового US-800.
Порядок выполнения работы
1.Изучить необходимый теоретический материал
2.Ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда «Система автоматического регулирования расхода».
3.Подготовить стенд к проведению лабораторной работы.
4.Экспериментально определить статические характеристики промышленных расходомеров.
5.Оформить отчет по выполненной работе.
Ход выполнения работы
В состав лабораторного стенда входит два промышленных расходомера, основанных на разных принципах измерения расхода: вихреакустический Метран-300ПР и ультразвуковой расходомер Ultrasonic US-800.
В данной лабораторной работе требуется снять статические характеристики расходомеров, то есть зависимость их выходных сигналов от величины действительного расхода жидкости.
Перед проведением лабораторной работы необходимо установить все элементы стенда в исходное состояние (установить начальные условия).
После установки начальных условий необходимо подготовить к работе персональный компьютер и обеспечить его связь со стендом:
●включить персональный компьютер и дождаться загрузки операционной системы Windows;
●подать напряжение на стенд включением автоматического выключателя QF1«Сеть»;
●подать напряжение на программируемый логический контроллер и расходомеры включением клавишного переключателя, переведя его в положение «1», дождаться загрузки ПЛК (см. Приложение 5);
●на рабочем столе Windows ПК найти проект «ПДР-СК» Scadaсистемы Trace Mode (см. Приложение 8);
Основной экран программы «ПДР-СК» представлен на рис. 2.6.
Примечание. В командной строке необходимо нажать на кнопку
«пуск/остановка» (бегущий красный человечек).
Программа перейдет в режим опроса ПЛК.
Рис. 2.6. Стартовое окно проекта «ПДР-СК» Trace Mode
● Нажатием «мыши» на стартовое окно проекта «ПДР-СК» Trace Mode
(на изображение датчиков расхода) – откроется окно, показанное на рис. 2.7;
Рис.2.7. Окно проекта «ПДР-СК» Scada-системы Trace Mode
●в появившемся окне появляется возможность отслеживать выходные сигналы промышленных расходомеров: вихреакустического Метран-300ПР
иультразвукового US800;
●на сенсорной панели оператора нажать кнопку «Статические харак-
теристики» (рис.2.8,а.), после чего откроется окно с показаниями расходоме-
ров в цифровом коде, а также с сигналами управления насосом и задвижкой
(рис.2.8,б.). Нажимая кнопки (в цифровом коде от 0 до 2000), можно изме-
нять сигналы управления насосом и задвижкой.
Примечание. Для задвижки «0» – закрыто, «2000» – открыто. Же-
лательно задавать для задвижки цифровой код в интервале 200…1200,
придерживаясь шага, равного 200.
|
|
а |
б |
Рис. 2.8. Окно выбора режима работы (а); окно статических характеристик (б)
Показания расходомеров фиксировать на мониторе ПК, на сенсорной панели оператора, а также, пользуясь индикаторами расходомеров.
Примечание. Подробное описание промышленных расходомеров представлено в Приложениях 2, 3.
Статические характеристики представляют собой зависимость выход-
ных сигналов расходомеров от величины действительного расхода жидко-
сти, как упоминалось выше. Сложность при исследовании статических ха-
рактеристик промышленных расходомеров состоит в том, что расходомеры
используют разные принципы измерения расхода, а образцовый расходомер,
измеряющий действительный расход жидкости, в данной комплектации
лабораторного стенда не предусмотрен.
Поэтому вместо образцового расходомера для получения действительных значений расхода жидкости используем объѐмный способ.
Задания и оформление работы
Оценить погрешность измерения расхода промышленными расхо-
домерами: вихреакустическим МЕТРАН-300ПР, ультразвуковым US-
800.
Лабораторный стенд снабжен двумя баками: питательным и мерным.
Объем питательного (ПБ) и мерного (МБ) баков около 20 литров каждый.
Мерный бак оснащен измерительной линейкой, с помощью которой появля-
ется возможность измерить изменение объѐма жидкости в нѐм.
Для этого:
●полностью открыть кран К1, соединяющий питательный и мерный баки, чтобы жидкость из мерного бака перетекла в питательный бак (опо-
рожнить мерный бак не удастся из-за конструкции гидравлической систе-
мы);
●в поле сигнала управления насосом – «задание для насоса» – на сен-
сорной панели оператора задать небольшое значение сигнала задания на производительность насоса (например, 50 в цифровом коде) и обеспечить непрерывную работу насоса в течение времени эксперимента.
Примечание. Возможно запустить насос, используя его индикатор-
ную панель управления, нажатием на верхнюю стрелочку и удерживая еѐ
3..4 секунды, пока на индикаторной панели не появится деление со значени-
ем «max».
● тумблер блока «Управления насосом и задвижкой» находится в по-
ложении «Руч».
●записать первое значение уровня жидкости в мерном баке;
●изменяя положение ручки «задвижки» в блоке «Управление насосом
изадвижкой», установить положение задвижки в трубопроводе в интервале цифрового кода, указанном выше (например, 200 в цифровом коде – см.
сенсорную панель оператора в поле «управление задвижкой», что соответст-
вует 10 % от максимального открытия проходного сечения трубопровода за-
движкой); ● подождать, пока уровень жидкости в мерном баке пересечет оцифро-
ванную отметку измерительной линейки (например, 160 мм) заметить время до прохождения жидкостью следующей оцифрованной отметки измеритель-
ной линейки (например, 220 мм). Зная площадь поперечного сечения мерно-
го бака (замерить линейкой), рассчитать начальный объем Vо (м3) и конечный
объем Vк (м3). Рассчитать изменение объѐма жидкости, прокаченной через гидравлическую систему;
●рассчитать действительный расход жидкости (Fd), зная время измене-
ния объѐма жидкости в мерном баке;
● одновременно записывать показания расходомеров, включая и вы-
ходные аналоговые сигналы постоянного тока (I), на мониторе ПК (Fпк), на панели управления оператора и на индикаторах расходомеров (Fi).
● полностью открыть кран К1, соединяющий питательный и мерный баки, что позволяет слить накопленную жидкость из мерного бака в пита-
тельный бак; ●затем зафиксировать второй уровень жидкости в мерном баке (на ус-
мотрение экспериментаторов) и остановить секундомер; ● повторить эксперимент при других значениях положения задвижки
(400, 600, 800, 1000 в цифровом коде – прямой ход и обратный ход 1000, 800,
600, 400, 200) в трубопроводе, определить статические характеристики
(восходящую и нисходящую ветви) исследуемых расходомеров;
● занести все полученные экспериментальные данные в табл. 2.3, 2.4.
Объем в |
мерном |
баке |
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.3 |
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальные данные |
|
||
|
Параметр |
|
Экспериментальные данные |
|
||||
|
|
|
||||||
|
Положение за- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
движки (в |
|
|
|
|
|
|
|
|
цифр. коде) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Начальный |
|
|
|
|
|
|
|
|
объем, Vо, м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Конечный |
объ- |
|
|
|
|
|
|
|
ем, Vк, м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Изменение |
|
|
|
|
|
|
|
|
объема в |
мер- |
|
|
|
|
|
|
|
ном баке, м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.3
Расчетные данные и показания расходомеров
Параметр |
|
Экспериментальные данные |
|||
|
|
|
|
|
|
Время η, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительный |
|
|
|
|
|
расход, Fd, м3/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход 300ПР, |
|
|
|
|
|
м3/ч |
|
|
|
|
|
Расход US-800, |
|
|
|
|
|
м3/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. При полностью закрытой задвижке не допускайте длительной работы насоса, поскольку увеличивается нагрузка на электро-
двигатель насоса, что может вывести его из строя. Следите также, что-
бы питательный бак полностью не опустошался, в противном случае в гид-
равлической системе может появиться воздух, что отразится на измере-
нии расхода жидкости. Если в питательном баке мало жидкости, полно-
стью откройте кран К1.
●после проведения эксперимента остановить насос, в поле «задание для насоса» поставить «0», либо на индикаторной панели управления насо-
сом нажать нижнюю стрелочку и удерживать еѐ 3..4 с;
●на рабочем столе Windows закрыть проект ПДР-СК;
●для закрытия рабочего экрана необходимо в командной строке нажать на кнопку «пуск/остановка» (бегущий красный человечек);
●клавишный переключатель питания контроллера «Питание стенда» установить в положение «0» – выключить;
●автоматический выключатель QF1 «Сеть» выключить.
Задания:
● рассчитайте абсолютную и относительную погрешности промыш-
ленных расходомеров; ● определите, какой из промышленных расходомеров обладает наи-
меньшей погрешностью при измерении расхода;
●составьте функциональные структурные схемы измерительного кана-
ла ультразвукового и вихреакустического расходомеров;
●постройте статические характеристики испытанных расходомеров.
Таблица 2.4 Статические характеристики промышленных расходомеров
Восходящая ветвь
Fd
US-800
300-ПР
Нисходящая ветвь
Fd
US-800
300-ПР
Обработка результатов эксперимента
При обработке экспериментальных данных необходимо объяснить различия в показаниях расходомеров, возникающие при экспериментальном определении статических характеристик, выполнить необходимые расчеты вариации (см. [1,с.316–317]) и сделать выводы о выполненном эксперименте.
Каков ход статической характеристики расходомера? Какой желателен?
При оформлении отчета привести статические характеристики про-
мышленных расходомеров.
Контрольные вопросы
Какие знаете статические погрешности средства измерения?
Дайте определение статической характеристики преобразователя расхода.
Что такое вариация измерительного преобразователя и средства измерения и чем она обусловлена?
Каков принцип действия расходомеров переменного и постоянного перепада давления?
Объясните принцип действия вихреакустического преобразователя расхода.
Объясните принцип действия ультразвукового преобразователя расхода.
Сравните различные способы измерения расхода.
Какой расходомер: вихреакустический или ультразвуковой обладает наименьшей погрешностью при измерении расхода?
Можно ли измерить расход газожидкостного потока (например, в жидкость попал воздух) вихреакустическим и ультразвуковым преобразователями расхода?
Какова структура интеллектуального преобразователя расхода?
2.2.2. Работа № 2. Исследование системы автоматического регулирования расхода с применением промышленных расходомеров различного типа
Цель работы
Экспериментально настроить систему автоматического регулирования расхода с применением ПИД-регулятора, реализованного на ПЛК Delta, и с использованием промышленных расходомеров различного принципа действия, определить еѐ статические и динамические характеристики.
Порядок выполнения работы
1.Изучить теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторной работы (см. раздел «Теоретическая часть» настоящего практикума).
2.Ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда «Система автоматического регулирования расхода».
3.Подготовить стенд к проведению лабораторной работы.
4.Настроить ПИД-регулятор, реализованного на ПЛК Delta, системы автоматического регулирования расхода.
5.Определить статические характеристики системы регулирования расхода.
6.Определить динамические характеристики системы регулирования расхода.
7.Оформить отчет по проделанной работе.