В.А. Старовойтов Одноконтурная автоматическая система регулирования расхода жидкости

20

дается перу или стрелке 7 измерительного устройства. Рычаг 5 будет перемещаться до тех пор, пока момент силы пружины, кинематически связанный с рычагом силового элемента, не скомпенсирует момент силы, развиваемой чувствительным элементом. Урав-

нение равновесия системы определяется выражением
уF = Kcz,	(6)
где у – входное измеряемое давление; F – эффективная	площадь

сильфона; K – передаточное отношение рычажного механизма; z – перемещение пружины; с – жесткость пружины.

Рис. 12. Принципиальная схема измерительного устройства вторичного прибора: 1 – сильфон; 2 – сопло; 3 – заслонка; 4 – пружина; 5 – рычаг; 6 – силовой элемент; 7 – указатель; 8 – нить

В зависимости от назначения, вторичный прибор может иметь одну или несколько измерительных систем, подобных описанной выше.

Используемый в рассмотренной АСР вторичный прибор ПВ10.17 имеет три измерительных системы и встроенную станцию управления (рис.13).

		21
	текущее задание
	управляемой величины	задание
	(расхода)	выходной сигнал на ИУ
	переменная

Р А АП Вкл Отк

ручное дист управление

Промежуточное положение при переходе от Р к А

Автоматическое управление

Переход от автоматического на ручное управление

а	задатчик	б

Рис.13. Внешний вид пневматического вторичного прибора со станцией управления (а) и положение кнопок переключателя при различных режимах работы АСР (б)

Три вертикальные шкалы и обеспечивают показания (по левой шкале) или запись на диаграммной ленте текущего значения регулируемой величины, указание сигнала задания (по средней шкале) и выходного сигнала (по правой шкале). СтУ предназначена для обеспечения работы АСР в трех режимах (ручного дистанционного управления Р, автоматического регулирования А и программного регулирования АП) и для плавного перехода с одного режима на другой. Органами управления СтУ являются пятикнопочный переключатель и ручной задатчик. При ручном управлении регулирующий сигнал Рх формируется задатчиком, а при автоматическом и программном регулировании - автоматическим регулятором.

Сигнал задания Ри при автоматическом режиме устанавливается задатчиком, а при программном регулировании - программным задатчиком. Кнопки переключателя расположены слева направо в следующем порядке: Р (ручное управление), А (автоматическое регулирование), АП (программное регулирование), „Вкл” (включение регулятора) и „Откл” (отключение регулятора). Одновременно могут быть включены только две кнопки: одна из кнопок Р, А, АП и одна из кнопок „Вкл” или „Откл”.

22

Рассмотрим последовательность действий при переходе с одного режима работы на другой. На рис. 13, б приведено положение кнопок переключателя при разных режимах. Нажатые кнопки заштрихованы. Для установки режима ручного управления кнопкой „Откл” подают командное давление Рк в камеру А выключающего реле АР (см. рис. 8), отключают выход АР от ИУ и, нажав кнопку Р, подают на ИУ сигнал от задатчика, определяя его величину по правой шкале ВП. По левой шкале ВП определяют текущее значение технологической переменной. При переходе с ручного режима на автоматическое регулирование кнопкой А отсекают выход задатчика от ИУ и сообщают его со шкалой задатчика прибора и АР; задатчиком, следя по средней и левой шкалам ВП, устанавливают сигнал задания Рu, равным Рy, для избежания удара в линии ИУ и, нажимая кнопку Вкл, соединяют выход АР и ИУ с левой шкалой ВП.

5.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Стенд	выполнен в виде вертикальной металлической стойки,
на каждой	размещены гидравлический насосно-циркуляционный

контур и технические средства автоматизации (рис. 14), описанные выше.

АСР расхода реализована в соответствии со схемой, представленной на рис. 14. В качестве объекта регулирования выступает участок трубопровода 2 (здесь и далее по рис. 14). Цель регулирования - стабилизация расхода жидкости (воды), протекающей через него на уровне, соответствующем заданному значению. Для побуждения движения жидкости используется центробежный электронасос 16, питаемый водой из напорного резервуара 14, куда сливается циркулирующая по контуру жидкость. Измерительная часть АСР представлена сужающим устройством 1, преобразователем перепада давлений 18, сигнал (информация о текущем значении регулируемого параметра) от которого поступает на вход регулирующего устройства 10 и измерительный прибор 9. Питание пневматических устройств осуществляется от централизованной системы подачи сжатого воздуха через переменный дроссель (редуктор) 12 и контролируется манометром 11. Для контроля производимых измерений расхода в контур включены два ротаметра 5. Непосредствен-

23

ное воздействие на поток жидкости производит регулирующий клапан 17.

Рис. 14. Общий вид стенда:
1 – сужающее	устройство		(диафрагма); 2 – трубопровод;				3 –
лампа сигнальная; 4 – панель			стенда;	5 – ротаметр;		6 – манометр
электроконтактный;	7 – тумблер		“Насос”; 8 – тумблер			“Сеть”;	9 –
вторичный записывающий		прибор ПВ 10.1Э;			10 – регулирующее
пневматическое устройство		ПР 3. 31-1М; 11 – манометр; 12 – редук-
тор; 13 – нагнетательный		резиновый		шланг;	14 – резервуар		(ём-
кость); 15 – шланг	всасывающий;16 – электронасос центробежный;
17 – исполнительное	устройство с МИМ (регулирующий клапан);
18 – преобразователь	перепада давлений с пневматическим выход-
ным сигналом

24

Электроэнергия на стенде используется для питания ламп сигнализации 3 и привода диаграммной ленты измерительного прибора 9. Световая сигнализация с помощью лампочек 3 и электроконтактного манометра позволяет следить за величиной давления в нагнетательном трубопроводе 13.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После изучения настоящих указаний и знакомства с оборудованием стенда, получив разрешение преподавателя, можно приступать к проведению работы.

В соответствии с рис. 14 включить электропитание стенда, установив переключатель 8 (Сеть) в положение “Вкл.”. Убедиться, что в резервуаре 14 имеется вода, достигающая уровень, равный примерно 0,75 высоты, при необходимости долить воду.

Подать питание сжатым воздухом пневмоприборов стенда, для чего необходимо вращать барабан редуктора 12 по часовой стрелке, ориентируясь на показания манометра 11. Давление питания должно быть равным 0,14 МПа (1,4 кгс/см2).

Убедиться, что регулирующий клапан (исполнительное устройство) 17 закрыт, о чём свидетельствует нижнее положение стрелки (указателя) на правой шкале прибора 7 и выведенное (крайнее против часовой стрелки) положение барашка задатчика.

Исследование системы регулирования проводится в двух режимах: ручного дистанционного управления и автоматического. Режим программного управления не рассматривается.

6.1. Режим ручного дистанционного регулирования (Р)

Включить циркуляционный насос, переведя тумблер 7 “Насос” в положение “Вкл”. Нажать кнопки “Откл” и Р измерительного прибора, как указано на рис. 13,б. Т.к. вся правая шкала прибора имеет деления в диапазоне давлений от 0 до 1 кгс/см2, что соответствует диапазону изменения командных сигналов для ИУ, следует, вращая барабанчик задатчика по часовой стрелке и останавливаясь на значениях 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 и 100 кгс/см2, фиксировать по левой шкале прибора значения расхода жидкости в процентах. Одновременно следует отмечать соответст-

25

вующие им значения расхода, измеряемые ротаметрами 5. Все полученные данные заносить в таблицу.

	Величина командного сигнала для ИУ по правой
Показания				шкале прибора в кгс/см2
	5	10	15	20	30	40	50	60	70		80	90	100
Левая шкала при-
бора, %
Ротаметр, %
Ротаметр (расчет),
кг/с

При проведении данного режима желательно наблюдать за положением ИУ, определяемым с помощью флажка, установленному на штоке. Окончив снятие показаний на отметке 100 кгс/см2, установить задатчиком величину командного сигнала на отметке 40 кгс/см2 и подготовиться к проведению автоматического режима.

6.2. Промежуточное положение (Р - А)

Это положение имеет место при переходе от ручного управления на автоматическое. Сначала, до включения регулятора, нажимают кнопку А, что вызывает возвращение кнопки Р в исходное положение и отклонение задатчика от ИУ. При этом давление от задатчика передаётся на шкалу задания (среднюю) прибора и в регулятор. При отключённом регуляторе (т.е. кнопка “Откл” нажата) нужно, следуя по шкалам задания и переменной (левая), установить давление задания (задатчика), равное переменной, т.е. текущему значению расхода. Таким образом, регулятор будет подготовлен к переходу на автоматическое регулирование.

6.3. Автоматическое регулирование

Включить протяжку диаграммной ленты тумблером, находящимся справа от задатчика. Кроме кнопки А, включенной ранее, следует включить регулятор, нажав кнопку “Вкл”. При этом выход регулятора соединяется с ИУ и его шкалой на приборе. Задание

26

от ручного задатчика поступает на регулятор и шкалу задания прибора.

Поскольку задание регулятору уже установлено ранее (см. п.6.1), то собственно процесс регулирования можно наблюдать по следу пера на диаграммной ленте.

Как и во всех реально действующих АСР, имеют место возмущения. Под их влиянием регулируемая величина (у нас расход) отклоняется от заданного значения или при изменении задания не успевает следить за его изменением, т.е. в АСР возникает переходный процесс, появляется ошибка регулирования - рассогласование между текущим значением регулируемой величины и её заданным значением во времени. Именно такой процесс следует получить на диаграммной ленте прибора при ступенчатом изменении задания.

Для этого, спустя 3 - 5 минут после включения автоматического режима, следует задатчиком резко перевести стрелку (указатель) на шкале задания из положения 40 % в положение 60 % и наблюдать процесс изменения расхода в течение 3 – 5 минут.

Поскольку ступенчатые возмущения по каналу задания могут иметь место не только при возрастании сигнала задания, но и при его понижении, то следующий этап исследования АСР производится опять же с помощью задатчика (вращение против часовой стрелки). Процесс отслеживается по движению пера на диаграмме прибора (3 – 5 минут).

После окончания исследований необходимо перейти на режим ручного управления для чего сначала выключается регулятор (нажать кнопку “Откл.”), затем по шкале задания задатчиком устанавливается давление, равное давлению на шкале ИУ. Нажать кнопку Р, что соответствует режиму ручного управления. Отключить насос тумблером 7 (положение “Откл”) и задатчиком закрыть ИУ, переведя указатель прибора в крайне нижнее положение.

Редуктором 12 перекрыть питание приборов сжатым воздухом, сведя показание манометра 11 к нулевому значению. Отключить электропитание стенда, переведя тумблер 8 “Сеть” в положение

“Откл”.

Приступить к обработке результатов исследования, составлению отчёта и его защите.

27

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Опорными величинами для определения действительных значений расходов являются показания ротаметров (расходомеров обтекания), установленных на стенде. Расходомеры имеют маркировку РСО 1600Ж УЗ, что означает их тарировку (градуировку) по воде, соответствующую 1600 дм/ч. Для наших условий следует считать, что расход находится в линейной зависимости от числа делений (или процентов) и при этом отметка “0” соответствует нулевому расходу, а отметка “100” - расходу 1600 дм/ч (1600 кг/ч или 1600 л/ч). Естественно, показания двух ротаметров необходимо суммировать и проставлять действительные значения расходов в соответствующие графы таблицы.

Эти данные служат основой построения квадратичной шкалы значений расходов для измерительного прибора в соответствии с

рис.		15.
0			10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % - шкала (левая) действительных
														расходов в %

0 300 480 700 810 950 1120 1380 1500 1600 кг/ч -шкала действительных расходов в кг/ч

(пример)

Рис. 15. Пример тарировки шкалы прибора в действительных значениях расхода (кг/ч)

Для оценки показателей качества переходных процессов используются графики процессов, изображённых на диаграмме. При этом следует определить: динамическую ошибку регулирования, время регулирования и перерегулирования [1, с. 250].

28

8.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какой комплект технических средств используется для измерения расхода жидкости методом переменного перепада давлений, и какие преобразования в них осуществляются?

2.В чём принцип работы АСР по отклонению?

3. Каковы функции устройства регулирующего, используемого

внастоящей работе?

4.Опишите принцип действия исполнительного устройства с мембранным исполнительным механизмом обратного типа.

5.Какие возможности предоставляет командная станция (стан-

ция управления) измерительного прибора ПВ 10.1Э ?

6.Напишите закон регулирования (ПИ - регулятор) и укажите параметры настройки.

7.Представьте измерительную схему вторичного пневматического прибора. Какой смысл в наличии трёх измерительных систем в приборе ПВ 10.1Э?

8.Представьте график переходной характеристики ПИ – регу-

лятор и объясните способ её получения.

9.Перечислите достоинства и недостатки пневматических средств измерения и автоматизации.

10.Изобразите график переходного процесса при ступенчатом изменении задания и объясните, какие прямые показатели качества его характеризуют.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Лапшенков Г.И. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Технические средства и лабораторные работы / Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий.– М.:Химия, 1988. –288 с.

2.Кулаков М.В. Технологические изменения и приборы для химических производств. - М.: Машиностроение,1983. – 424 с.

3.Полоцкий Л.М. Автоматизация химических производств. Теория, расчёт и проектирование систем автоматизации / Л.М. Полоцкий, Г.И. Лапшенков.– М.: Химия, 1982.- 296 с.

29

Составители

ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ СТАРОВОЙТОВ НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА ШАУЛЕВА

ОДНОКОНТУРНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Методические указания к лабораторной работе по курсам «Управление техническими системами» и «Технические средства автоматизации»

для студентов специальностей 170500, 170100 всех форм обучения

Редактор З.М. Савина

ИД № 06536 от 16.01.02.

Подписано в печать 27.04.01. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 1,5 . Тираж 50 экз. Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.