Общие теоретические положения

Изучение системы стабилизации температуры

Лабораторная работа №5

Порядок выполнения работы

1. Изучить радел 1 настоящих методических указаний. Ознакомиться с лицевой панелью прибора ТРМ – 10 и с лабораторной установкой системы регулирования температуры.

2. Подать на прибор напряжение питания включением автоматического выключателя, установленного на лабораторном стенде. Перевести прибор в режим «автонастройка».

3. Получив у преподавателя значение заданной температуры и других параметров настройки прибора, установить эти параметры.

4. Перевести прибор в состояние «работа». Записывать через каждую минуту значения температуры, отображаемой на цифровом индикаторе до окончания переходного процесса, после чего отключить напряжение питания.

3. Содержание отчета

1. Назначение и основные возможности прибора.

2. Функциональная схема прибора.

3. Схема программирования параметров.

4. Таблица и график изменения температуры при работе регулятора.

5. Результаты обработки графика температуры: время выхода на заданную температуру, величина перерегулирования

4. Контрольные вопросы.

1. Каково назначение прибора ТРМ – 10?

2. Объясните назначение устройства по функциональной схеме прибора.

3. Для каких видов датчиков выпускают модификации ТРМ – 10?

4. Какие выходные устройства могут быть установлены на ТРМ – 10?

5. Что представляет собой цифровая фильтрация входного сигнала, каковы ее назначение и влияние на быстродействие процесса регулирования?

6. Как формируется выходной сигнал регулятора?

7. Опишите типы логики устройства сравнения.

8. В каких режимах может работать прибор ТРМ – 10?

9. Как осуществить самонастройку прибора? Как в этом режиме работает прибор?

10. Опишите с использованием схем порядок программирования параметров прибора.

11. Как прибор функционирует в режиме «работа»?

12. Можно ли прибор ТРМ – 10 использовать как релейный двухпозиционный регулятор?

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.

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 Θ_з поступает на устройство сравнения, с выхода которого сигнал рассогласования Е = Θ_з – Θ' поступает на вход регулятора. В данной лабораторной работе используется пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, формирующий сигнал управления по закону:

,

где Y_p – электрический сигнал на выходе регулятора;

Δt_изм = 1,5с – время между двумя соседними измерениями температуры;

ΔЕ_i – разность между двумя соседними сигналами рассогласования температуры;

Х_р – полоса пропорциональности;

τ_и – постоянная времени интегрирования;

τ_д – постоянная времени дифференцирования;

ΣЕ_i – накопленная сумма рассогласований.

Отношение Е_i/Х_р называется пропорциональной составляющей выходного сигнала. При скачкообразном возникновении Е на входе регулятора Y_p в первый момент времени изменится на Е/Х_р (рисунок 2). В дальнейшем, если Е остается постоянным, Y_p меняется по линейному закону за счет интегральной составляющей . За время t = τ_и Y_p увеличится на величину начального скачка и станет равным . В связи с этим постоянную времени интегрирования τ_и называют также временем удвоения.

τ_и

Δt

Е, Y_p

Y_{p нач}

Рисунок 2. Изменение выходного сигнала ПИД-регулятора при постоянном рассогласовании

Дифференциальная составляющая при скачкообразном изменении Е в течение времени Δt будет равна Еτ_д/ΔtХ_р, в дальнейшем она будет равна нулю, так как рассогласование остается постоянным.

Выходной сигнал Y_p 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 Θ_з, то рассогласование Е положительно, сигнал Y_p растет, Θ также растет, приближаясь к заданному значению. При правильной настройке регулятора (параметры Х_р, τ_и и τ_д) система приходит в состояние равновесия, как только Е станет равным нулю. При заниженных значениях Х_р и τ_и 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 Х_р и τ_и также нежелательны, так как при этом процесс регулирования будет протекать слишком «вяло», то есть заданное значение температуры будет устанавливаться слишком долго.

Дифференциальная составляющая Y_p, пропорциональная скорости изменения рассогласования ΔЕ_i/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 Х_р, τ_и и τ_д 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 R_t 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

Дата добавления: 2015-04-29