- •Лабораторная работа №1 приборы и средства автоматизации
- •Лабораторная работа №2 Тиристорный регулятор напряжения
- •Основные теоретические положения
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3
- •Лабораторная работа №4 Изучение микропроцессорного измерителя-регулятора трм 10
- •Основные сведения о приборе трм 10
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа №5 Изучение системы стабилизации температуры
- •Общие теоретические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 Изучение программного регулятора трм 151-04
- •Основные практические положения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа№7 Преобразователь частоты.
- •1,Основные теоретические положения,
- •3.Порядок выполнения работы.
- •4.Содержание отчета.
- •5.Контрольные вопросы.
Порядок выполнения работы
Изучить радел 1 настоящих методических указаний. Ознакомиться с лицевой панелью прибора ТРМ – 10 и с лабораторной установкой системы регулирования температуры.
Подать на прибор напряжение питания включением автоматического выключателя, установленного на лабораторном стенде. Перевести прибор в режим «автонастройка».
Получив у преподавателя значение заданной температуры и других параметров настройки прибора, установить эти параметры.
Перевести прибор в состояние «работа». Записывать через каждую минуту значения температуры, отображаемой на цифровом индикаторе до окончания переходного процесса, после чего отключить напряжение питания.
Содержание отчета
Назначение и основные возможности прибора.
Функциональная схема прибора.
Схема программирования параметров.
Таблица и график изменения температуры при работе регулятора.
Результаты обработки графика температуры: время выхода на заданную температуру, величина перерегулирования
4. Контрольные вопросы.
Каково назначение прибора ТРМ – 10?
Объясните назначение устройства по функциональной схеме прибора.
Для каких видов датчиков выпускают модификации ТРМ – 10?
Какие выходные устройства могут быть установлены на ТРМ – 10?
Что представляет собой цифровая фильтрация входного сигнала, каковы ее назначение и влияние на быстродействие процесса регулирования?
Как формируется выходной сигнал регулятора?
Опишите типы логики устройства сравнения.
В каких режимах может работать прибор ТРМ – 10?
Как осуществить самонастройку прибора? Как в этом режиме работает прибор?
Опишите с использованием схем порядок программирования параметров прибора.
Как прибор функционирует в режиме «работа»?
Можно ли прибор ТРМ – 10 использовать как релейный двухпозиционный регулятор?
Лабораторная работа №5 Изучение системы стабилизации температуры
Цель работы:
– изучение замкнутой системы автоматического регулирования температуры;
– ознакомление с функциональными возможностями микропроцессорного измерителя-регулятора ТРМ-10 и методами настройки его рабочих параметров;
– изучение схем подключения входных и выходных устройств к регулятору ТРМ10А-Щ1.ТС.СЗ.
Общие теоретические положения
Управление многими технологическими процессами требует стабилизации температуры с достаточно большой точностью. В этих случаях используют замкнутые системы регулирования. Обобщенная структурная схема такой системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Обобщенная структурная схема САР
Объектами управления могут быть: муфельная печь, автоклав, камеры для тепловой обработки продуктов и т.д.
Регулируемая температура с помощью датчика преобразуется к виду, удобному для подачи на вход регулятора. Чаще всего такими датчиками являются либо термометр сопротивления, преобразующий температуру в электрическое сопротивление медного или платинового резистора, либо термопара, преобразующая температуру в термо-ЭДС. С датчика сигнал Θ' измеренной температуры вместе с сигналом заданной температуры Θз поступает на устройство сравнения, с выхода которого сигнал рассогласования Е = Θз – Θ' поступает на вход регулятора. В данной лабораторной работе используется пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, формирующий сигнал управления по закону:
,
где Yp – электрический сигнал на выходе регулятора;
Δtизм = 1,5с – время между двумя соседними измерениями температуры;
ΔЕi – разность между двумя соседними сигналами рассогласования температуры;
Хр – полоса пропорциональности;
τи – постоянная времени интегрирования;
τд – постоянная времени дифференцирования;
ΣЕi – накопленная сумма рассогласований.
Отношение Еi/Хр называется пропорциональной составляющей выходного сигнала. При скачкообразном возникновении Е на входе регулятора Yp в первый момент времени изменится на Е/Хр (рисунок 2). В дальнейшем, если Е остается постоянным, Yp меняется по линейному закону за счет интегральной составляющей . За времяt = τи Yp увеличится на величину начального скачка и станет равным . В связи с этим постоянную времени интегрирования τи называют также временем удвоения.
τи
Е, Yp
Δt
Yp нач
Рисунок 2. Изменение выходного сигнала ПИД-регулятора при постоянном рассогласовании
Дифференциальная составляющая при скачкообразном изменении Е в течение времени Δt будет равна Еτд/ΔtХр, в дальнейшем она будет равна нулю, так как рассогласование остается постоянным.
Выходной сигнал Yp имеет небольшую мощность, поэтому для воздействия на объект управления необходим усилитель. В лабораторной работе в качестве усилителя используется симистор, через который напряжение подается на нагревательный элемент.
Если регулируемая температура Θ ниже Θз, то рассогласование Е положительно, сигнал Yp растет, Θ также растет, приближаясь к заданному значению. При правильной настройке регулятора (параметры Хр, τи и τд) система приходит в состояние равновесия, как только Е станет равным нулю. При заниженных значениях Хр и τи процесс регулирования будет протекать слишком быстро и в системе возникнет колебательный процесс, который при уменьшении указанных параметров будет сначала затухающим, а затем – расходящимся.
Слишком большие значения Хр и τи также нежелательны, так как при этом процесс регулирования будет протекать слишком «вяло», то есть заданное значение температуры будет устанавливаться слишком долго.
Дифференциальная составляющая Yp, пропорциональная скорости изменения рассогласования ΔЕi/Δt, позволяет уменьшить время регулирования при резком изменении температуры, возникшем, например, в результате внешнего возмущающего воздействия. Таким воздействием может быть изменение количества тепла, отбираемого в объекте регулирования, а также изменение напряжения сети, питающей нагревательный элемент.
Прибор ТРМ-10 имеет режим «Автонастройка», при котором параметры Хр, τи и τд устанавливаются автоматически. Более точно эти параметры определяют расчетным путем в зависимости от динамических параметров объекта регулирования.
На входе прибора ТРМ-10 предусмотрена возможность цифровой фильтрации измерений, которая предназначена для сглаживания кратковременных случайных изменений температуры, либо помех в линии, соединяющей датчик с прибором, на которые регулятор не должен реагировать.
В процессе работы прибора текущее значение регулируемой температуры отображается на четырехразрядном светодиодном цифровом индикаторе. Этот же индикатор используют для настройки рабочих параметров прибора.
Схема подключения входных и выходных устройств измерителя-регулятора ТРМ-10 представлена на рисунке 3.
Термометр сопротивления Rt подключен к измерительной системе прибора ТРМ-10 трехпроводной линией связи. Третий провод предназначен для компенсации погрешности, возникающей из-за температурных изменений сопротивления линии связи. Все три провода должны быть выполнены из одного материала (обычно это медь), иметь одинаковое сопротивление и должны находиться в одном кабеле или пучке.
Сопротивление медного термометра с достаточной степенью точности описывается выражением:
,
где - сопротивление датчика при 0°С;
Θ – температура, °С;
α - температурный коэффициент сопротивления, 1/°С.
Выходным устройством прибора ТРМ10А-Щ1.ТС.СЗ являются три одинаковые симисторные оптпары, позволяющие управлять потоком энергии, поступающей к трехфазному приемнику. На лабораторной установке нагреватель однофазный, поэтому используется одна оптпара. Сигнал управления с оптсимистора поступает через токоограничивающий резистор R1 на управляющий электрод мощного симистора VS1, через который напряжение поступает на нагреватель НЭ, установленный на объекте управления, которым является емкость с жидкостью.
~
Рисунок 3. Структурная схема ТРМ-10 и схема подключения внешних устройств