84611

Модернизация системы автоматического регулирования температуры в термокамере машины ТО-180

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Стабилизацией называю. процесс придания камвольным тканям - тканям из смеси шерсти с синтетическими волокнами устойчивых фиксированных размеров и рисунков ткацкого переплетения, а также способности противостоять образованию необратимых деформаций в процессах последующей обработки и эксплуатации.

Русский

2015-03-20

14.69 MB

15 чел.

PAGE  1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г.Разумовского

(Первый казачий университет)

Кафедра «УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ИННОВАЦИОННЫХ НАУКОЁМКИХ ПРОИЗВОДСТВ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

«СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ В ОТРАСЛИ»

Подготовил

Студент 6 курса ИСАиИ

Шитов Павел

№ 209045

Спец. 220301.65

Проверил

Доц. Щёголев А.А.

Москва – 2014

Тема проекта: «Модернизация системы автоматического регулирования температуры в термокамере машины ТО-180»

СОДЕРЖАНИЕ

  1.  Краткое описание технологического процесса стабилизации камвольных тканей и устройства машины ТО-180.
  2.  Описание и анализ АСР  температуры в термокамере машины как объекта регулирования.
  3.  Структурно-функциональная схема предлагаемой АСР температуры и описание её работы.
  4.  Выбор и краткое описание ТСА для АСР температуры.
    1.  Выбор и описание датчика температуры воздуха
      1.  Общий вид термопреобразователя сопротивления ДТС065-50П
    2.  Выбор и описание блока управления тиристорами
      1.  Функциональные возможности БУСТ2
      2.  Технические характеристики БУСТ 2
      3.  Устройство и принцип действия БУСТ2
      4.  Устройство обработки сигналов БУСТ2
      5.  Формирователь импульсов БУСТ2
    3.  Выбор терморегулятора.
      1.  Подключение термометров сопротивления
      2.  ПИД-регулятор терморегулятора ТРМ-10
      3.  Параметры настройки регулятора
      4.  Типы выходных устройств терморегулятора ТРМ-10
  5.  Определение параметров передаточных функций ТСА.
  6.  Структурно-математическая схема АСР температуры. Выбор предварительных настроек регулятора температуры.
  7.  Разработка и анализ компьютерной модели АСР температуры. Уточнение настроек регулятора.
  8.  Выводы по работе.

  1.  Краткое описание технологического процесса стабилизации камвольных тканей и устройства машины ТО-180 для термической обработки тканей

Стабилизацией называю. процесс придания камвольным тканям - тканям из смеси шерсти с синтетическими волокнами устойчивых фиксированных размеров и рисунков ткацкого переплетения, а также способности противостоять образованию необратимых деформаций в процессах последующей обработки и эксплуатации. В процессе стабилизации под действием высокой температуры ткань, в силу своей пластичности, принимает заданную форму и сохраняет её после охлаждения.

Стабилизацию камвольных тканей проводят сначала путем нагрева ткани до температуры, вызывающей размягчение полимера, а затем – быстрого охлаждения.

Чем выше температура тепловой обработки ткани, тем короче должна быть длительность воздействия. Однако, чем выше температура, тем больше опасность повреждения шерсти, поэтому для практики является существенным выбор правильного температурного режима и продолжительности тепловой обработки.

Верхняя граница температуры обработки тканей определяется точкой плавления полимеров, которая для полиэфирных волокон находится в интервале температур 235 – 255 0С, а для полиамидных 196 – 216 0С. Во избежание расплавления, температуру стабилизации снижают на 30 – 40 0С.

Одной из машин для стабилизации тканей из смеси шерсти и лавсана, является машина для термической обработки ТО-180 (см. рис. 1).

Сухая ткань поступает в машину из тележки 10. Проходя через заправочное устройство, состоящее из натяжного устройства 9 и тканенаправителя 8, ткань через  направляющий ролик 7 поступает в камеру для термической обработки 1, разделенную на две секции.

В каждой секции ткань перемещается вертикальными петлями между направляющими роликами, установленными в четыре горизонтальных ряда. Такой способ заправки ткани, называется «петля в петле». Он позволяет уменьшить размеры машины.

Тепловентиляционный блок 3, расположенный между секциями термической камеры обеспечивает подогрев и подачу горячего воздуха на движущуюся ткань.

Тепловентиляционный блок включает электрические калориферы и вентилятор.

Воздух нагревается в калориферах и подается на ткань снизу. Перемещаясь параллельно ткани снизу вверх, воздух нагревает полотно ткани.

Из верхней части каждой секции воздух при помощи центробежного вентилятора тепловентиляционного блока опять подается на калориферы.

Для удаления из термокамеры отработанного воздуха служит вытяжной вентилятор 4.

После термической обработки ткань поступает в охладительную камеру 5, где она обдувается холодным воздухом, забираемым из помещения.

Стабилизированная ткань укладывается в тележку при помощи тканеукладчика 6 и поступает на дальнейшую обработку.

Длина ткани, заправленной в машину, составляет 145 метров. Скорость движения ткани изменяется в диапазоне 1:5 от 12,6 до 63 м/мин.

При средней скорости 30 м/мин, продолжительность обработки ткани составляет около 5 минут. Максимальная температура воздуха в термокамере машины составляет 190 0С.

В машине предусмотрены автоматическое регулирование и контроль скорости обработки ткани и температуры воздуха в термической камере.

1 – секции термокамеры.  2 – роликовые компенсаторы.  3 – тепловентиляционный блок.

4 – вытяжной вентилятор.  5 – охладительная камера.  6 – тканеукладчик.  7 – направляющий ролик.

8 – тканенаправитель.  9 – натяжное устройство.  10 – тележка с необработанной тканью.

Рис. 1. Машина для термообработки тканей ТО-180.  Схема технологическая

Основные технические параметры машины ТО-180 приведены в таблице 1.

        

         Таблица 1

ПАРАМЕТР

ЗНАЧЕНИЕ

Номинальная ширина ткани, мм

1800

Длина ткани, заправленной в машину, м

145

Линейная скорость обработки ткани, м/мин

12,6 – 63

Регулирование скорости

плавное

Способ нагрева воздуха в термокамере

электрические нагреватели

Максимальная температура воздуха в термокамере, 0С

170

Точность поддержания температуры, 0С

5

Установленная мощность нагревательных элементов, кВт

56

Число приводных

электродвигателей

постоянного тока

3

переменного тока

3

Установленная мощность приводных двигателей

20,7

  1.  Описание и анализ АСР температуры воздуха в термокамере ТО-180

Принципиальная электрическая схема базовой системы автоматического регулирования температуры воздуха в термокамере машины ТО-180 показана на рис. 2.

Напряжение в схему подается через рубильник QS. При включении QS загорается сигнальная лампа HL1 «сеть».

Цепи управления и сигнализации получают питание от трансформатора TV1. Защита цепей управления и сигнализации осуществляется плавкими предохранителями FU1 и автоматическим выключателем SF7. При включении SF7 загорается сигнальная лампа HL2, свидетельствующая о наличии напряжения в цепях управления.

Двигатели М4, М5 и М6 привода вытяжного и циркуляционных вентиляторов охладительной камеры и термокамеры То-180 подключаются к сети автоматическим выключателем QF3.

Управление двигателями М4, М5 и М6 привода вентиляторов осуществляется кнопками SB1, SB2, SB3 и SB4. При включении вентиляторов загораются сигнальные лампы HL3 и HL4.

Электрические нагревательные элементы тепловентиляционного блока разделены на две секции: 1 секция - 12 нагревательных элементов и 2 секция - 9 нагревательных элементов. Нагревательные элементы обоих секций соединены звездой. Напряжение питания подается на секции нагревателей через автоматические выключатели QF1 и QF2, обеспечивающие защиту нагревателей.

Первая секция нагревателей является базовой. При работе машины нагревательные элементы первой секции всегда включены.

Вторая секция нагревателей является регулирующей, подключение этой секции осуществляется регулятором температуры автоматически в зависимости от соотношения заданного и фактического значений температуры воздуха в термокамере машины.

Включение секций нагревателей осуществляется контактами магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Включение нагревателей секций возможно, если выполняются следующие условия:

1. Закрыты двери машины. При этом будут замкнуты контакты путевых выключателей SQ2, …, SQ5;

2. Машина заправлена тканью. При этом будет замкнут контакт датчика наличия ткани SQ6.  (Поскольку для нагрева воздуха в машине требуется определенное время, то на период нагрева термокамеры в машину заправляют специальную ткань - “чехол”);

3. Включены двигатели М5 и М6 циркуляционных вентиляторов. При этом будет замкнут контакт магнитного пускателя КМ5.

При включении секций нагревателей загораются сигнальные лампы HL5 и HL7 соответственно.

Подключение к сети нагревательных элементов ЕК1 – ЕК12 первой секции позволяет получить температуру воздуха в термокамере около 120 0С. Увеличение температуры воздуха до максимального значения Т0MAX = 170 0С осуществляется при помощи нагревательных элементов ЕК13 – ЕК21 второй секции.

Регулирование температуры воздуха в диапазоне от 120 до 170 0С осуществляется при помощи двухпозиционного регулятора РТ. В качестве регулятора температуры используется автоматический потенциометр с регулирующей приставкой. Регулятор температуры подключается к источнику питания выключателем SA1.

Контроль температуры воздуха в термокамере осуществляется термоэлектрическим термометром ВК, установленным во второй, по ходу движения ткани, секции термокамеры. Поскольку время пребывания ткани в термокамере машины ТО-180 достаточно велико, то предполагается, что температура ткани соответствует температуре воздуха в термокамере. 

Регулятор температуры обеспечивает включение и отключение нагревателей регулирующей секции при отклонении температуры воздуха от заданного значения, а также включение звуковой НА1 и световой НL6 сигнализации при нагреве воздуха свыше допустимой температуры.

Регулирующая приставка потенциометра имеет два нормально - замкнутых контакта РТ1 и РТ2, размыкающихся при превышении температурой воздуха в термокамере тех значений, на которые настроены контакты.

Контакт РТ1 через реле КV1 управляет нагревателями регулирующей секции. Этот контакт настраивается на необходимую для технологического режима температуру.

Если температура воздуха в термокамере меньше заданного значения, то контакт РТ1 в цепи реле KV1 замкнут, реле KV1 включено и его контакт в цепи обмотки пускателя КМ2 замкнут. При этом контакты пускателя КМ2 замкнуты и нагреватели регулирующей секции подключены к сети. Как только температура воздуха достигает заданного значения, контакт РТ1 в цепи реле KV1 размыкается и отключает реле КV1. При этом отключается пускатель КМ2 и своими контактами отключает нагреватели ЕК13 – ЕК21 регулирующей секции от сети.

Контакт РТ2 через реле КV2 включает цепи сигнализации при перегреве воздуха.

Этот контакт настраивается на температуру T0ОТКЛ на 10 0С превышающую заданную температуру воздуха. Пока температура воздуха не достигла значения T0ОТКЛ, контакт РТ2 в цепи реле KV2 замкнут, а контакт KV2 в цепи питания сигнальной лампы HL6 и звонка HA1 разомкнут.

Рис. 2. АСР температуры воздуха в термокамере ТО-180.

Схема электрическая принципиальная

Если по какой-либо причине температура воздуха после отключения нагревателей второй секции достигнет значения T0ОТКЛ, контакт РТ2 в цепи реле КV2 размыкается. Реле KV2 отключается и своим нормально замкнутым контактом включает сигнализацию о перегреве воздуха и, соответственно, ткани.

Достоинством базовой системы регулирования температуры является её простота и надежность в эксплуатации. В тоже время, используемая схема регулирования температуры имеет существенный недостаток, которым является применение двухпозиционного регулятора температуры, исключающего возможность плавного регулирования температуры воздуха внутри заданного диапазона.

Сделаем ориентировочный расчёт кривой изменения температуры воздуха в термокамере при использовании двухпозиционного регулятора. Для выполнения расчёта используем заданные параметры передаточной функции объекта регулирования и программы расчёта переходной характеристики АСР температуры с двухпозиционным регулятором, имеющуюся на кафедре.

Задано, что объект регулирования описывается передаточной функцией апериодического звена первого порядка с запаздыванием. Постоянная времени и запаздывания объекта при нагревании имеют значения:

T0=9 мин, 0=2 мин.

Коэффициент передачи объекта при нагревании вычисляется по формуле:

K0=(Q1-Q0)/100

Где: Q1=190 0С – установившееся значение температуры объекта при включенном нагревателе.

Q0=20 0С – установившееся значение температуры объекта при отключенном нагревателе.

Для выполнения расчёта необходимы так же значения постоянной времени и запаздывания объекта при охлаждении. Поскольку они не заданны, для выполнения расчёта зададимся их соотношением с соответствующими значениями при нагревании:

Т1=5Т0=45 мин, 1=50=10 мин.

Расчёт кривой изменения температуры воздуха в термокамере ТО-180 при двухпозиционном регулировании

Исходные данные

K0= 0.80      T0=  9.0      T1= 45.0      I0=  2.0      I1= 10.0

Начальное значение температуры     Q0= 110

Заданное значение температуры      Q3= 150

Зона нечувствительности регулятора  H= 1

Результаты рaсчетa:

Максимальная температура объекта     Q4= 176.9969

Минимальная температура объекта      Q2= 147.7829

Амплитуда колебаний температуры объекта  A= 14.60699

Период колебаний температуры объекта    T5= 36.37426

Участок начального разогрева объекта

1        T=   0         Q=110.0

2        T=   2         Q=110.0

3        T=   4         Q=125.9

4        T=   6         Q=138.7

5        T=   8         Q=148.9

6        T=  10         Q=157.1

7        T=  12         Q=163.7

8        T=  14         Q=168.9

9        T=  16         Q=173.1

10        T=  18         Q=176.5

Время первого разогрева объекта  T2= 18.35153  мин.

Расчет участка охлаждения объекта

11       T=  18        Q=177.0

12       T=  20        Q=174.1

13       T=  22        Q=171.3

14       T=  24        Q=168.6

15       T=  26        Q=166.1

16       T=  28        Q=163.6

17       T=  30        Q=161.3

18       T=  32        Q=159.1

19       T=  34        Q=157.0

20       T=  36        Q=154.9

21       T=  38        Q=153.0

22       T=  40        Q=151.1

23       T=  42        Q=149.3

Время охлаждения объекта   T3= 25.77554  мин.

Расчет участка нагревания объекта

24       T=  44        Q=147.8

25       T=  46        Q=156.2

26       T=  48        Q=162.9

27       T=  50        Q=168.3

28       T=  52        Q=172.6

29       T=  54        Q=176.1

Время нагревания объекта  T4= 10.59872  мин.

График изменения температуры воздуха в термокамере показан на рис. 3

Рис.3

Из результатов расчёта следует, что при заданной температуре 150 0С, максимальная температура объекта   составляет  176.9  0С, а минимальная температура объекта равна 147.7 0С. Амплитуда колебаний температуры объекта  A= 14.6 0С, что превышает допустимое значение 5 0С. Период колебаний температуры объекта 36.3 мин.

Таким образом, при использовании двухпозиционного регулятора температурный режим процесса стабилизации ткани в термокамере ТО-180 отклоняется от регламента, что может привести к снижению качества готовой ткани и снижению её сортности.

Для поддержания требуемого технологического режима стабилизации необходимо заменить двухпозиционный регулятор регулятором, способным поддерживать температуру воздуха в термокамере без статической погрешности. Учитывая, что в рабочем режиме температура воздуха изменяется в диапазоне от 130 0С до 170 0С, в предлагаемой АСР температуры мы подключим нагревательные элементы ЕК1 - ЕК12 первой секции к питающей сети постоянно, а нагревательные элементы второй секции - ЕК13 -ЕК21 подключим к выходу тиристорного преобразователя напряжения. Это позволит плавно изменять напряжение на нагревательных элементах второй секции, что даст возможность плавно регулировать и поддерживать температуру воздуха в термокамере с требуемой точностью.

  1.  Структурно-функциональная схема предлагаемой АСР температуры воздуха в термокамере ТО-180

Структурно-функциональная схема предлагаемой АСР температуры воздуха в термокамере показана на рисунке 4.

Структурно-функциональная схема предлагаемой АСР температуры воздуха в термокамере работает следующим образом.

Заданное значение температуры воздуха оператор устанавливает цифровым задатчиком температуры. Код Хз(t) поступает на элемент сравнения регулятора температуры, где сравнивается с кодом Хф(t), соответствующим фактической температуре воздуха в термокамере. Сигнал Хф(t) формируется датчиком температуры, установленным в термокамере, преобразователем номинальной статической характеристики датчика и аналого-цифровым преобразователем. Элемент сравнения формирует код сигнала рассогласования ∆(t), поступающий на блок формирования ПИД-алгоритма регулятора, где обрабатывается в соответствии с заданным алгоритмом регулирования.

Выходной сигнал блока формирования ПИД-алгоритма U(t) преобразуется ЦАП регулятора в аналоговый выходной сигнал Uупр(t), изменяющийся в диапазоне 0-10 В.

Напряжение Uупр(t) поступает на вход блока управления тиристорами-симисторами БУСТ 2 и определяет фазу угла α(t) управления тиристорами VD1-VD6 блока тиристоров. При изменении α(t) изменяется напряжение Uвых(t) на выходе тиристорного преобразователя напряжения и соответственно количество тепла, выделяемого нагревательными элементами второй секции.

Если температура воздуха в термокамере будет равна заданному значению, коды сигналов Хз(t) и Хф(t) будут одинаковы, а код сигнала рассогласования будет иметь нулевое значение. При этом напряжение Uвых(t) будет неизменным.

Для реализации предложенной схемы АСР температуры необходимо выбрать совместимые между собой ТСА:

Датчик температуры;

Регулятор температуры;

Блок управления тиристорами.

Рис. 4. Структурно-функциональная схема предлагаемой АСР температуры воздуха

  1.  ВЫБОР И КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТСА ДЛЯ АСР ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ТЕРМОКАМЕРЕ ТО-180

4.1. Выбор и описание датчика температуры воздуха

Для измерения температуры воздуха, максимальное значение которой может составлять 190 0С применим платиновый термометр сопротивления. В качестве такого термометра можно использовать например термопреобразователь сопротивления ДТС065-50П, выпускаемый ПО ОВЕН, г. Москва.

Термопреобразователи сопротивления ДТС065-50П предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (например, пара, газа, воды, сыпучих материалов, химических реагентов и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой. Возможно также их изготовление с трубной резьбой по спец. заказу.

Основные параметры термопреобразователя сопротивления ДТС065-50П приведены в таблице 2.

Таблица 2

Диаметр датчика

8 мм

Резьба на присоединения

М20х1,5

Длины датчиков

60, 80, 100, 120,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 мм

Номинальная статическая характеристика

50П

Рабочий диапазон измеряемых температур

-50...+500 °С

Класс допуска

А; В; С

Группа климатического исполнения

Д2, Р2

Условное давление

10 МПа

Величина рабочего тока, не более

5 мА

Показатель тепловой инерции, не более

10...30 с

Схема соединения внутренних проводников

2-х, 3-х, 4-х проводная

Степень защиты датчика по ГОСТ 14254

IP54

Материал защитной арматуры

сталь 12Х18Н10Т 

Для АСР температуры воздуха применим термопреобразователь сопротивления ДТС065-50П класса допуска В с длинной монтажной части 1600 мм. (ширина ткани 1800 мм.). В этом случае максимальная погрешность измерения температуры воздуха при его температуре 170 0С составит:

∆мах = (0,3+0,005*t) =  (0,3+0,005*170) = 1,15 0С

Полученное значение значительно меньше допустимой погрешности 5 0С.

4.1.1. Общий вид термопреобразователя сопротивления ДТС065-50П

Общий вид термопреобразователя сопротивления ДТС065-50П показан на рис. 5.

Рис. 5. Общий вид термопреобразователя сопротивления ДТС065-50П

Работа датчиков основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчик физически выполнен в виде катушки из тонкой платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу.

Термометры сопротивления характеризуются двумя параметрами: R0 – сопротивлением датчика при 0 0С и α – отношением разницы сопротивлений датчика, измеренных при температуре 100 и 0 0С, к его сопротивлению, измеренному при 0 0С (R0), деленным на 100 0С.

4.2. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

Для АСР температуры воздуха в которой используется трёхфазный регулятор переменного напряжения с шестью тиристорами, установленными по два в каждой фазе, при соединённых в звезду нагревательных элементах второй секции можно применить блок управления симисторами и тиристорами БУСТ 2, выпускаемый ПО ОВЕН, г. Москва.

БУСТ2 предназначен для управления тиристорами и симисторами в составе регуляторов переменного напряжения, функционирующих на частоте питающей сети 220/380В и используемых для регулирования напряжения питания резистивно-индуктивных нагрузок, подключенных по схемам соединения: «звезда с нейтралью», «звезда без нейтрали», «разомкнутый треугольник», «замкнутый треугольник», включая неполнофазные варианты. Основная функция, выполняемая блоком, — преобразование входного управляющего сигнала в длительность открытого состояния тиристора.

В качестве управляющих сигналов применим стандартный сигнал 0…10 В.

Именно эти параметры блока БУСТ 2 делают возможным его использование в АСР температуры воздуха.

4.2.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ БУСТ 2

С помощью сигналов управления 0(4)…20мА, 0…5мА, 0…10В, 0…1В, поступающих от регулятора, происходит автоматическое регулирование мощности активной нагрузки.

Блок позволяет управлять нагрузкой, включенной «звездой» или «треугольником», что соответствует схеме соединения нагревательных элементов регулирующей секции.

В зависимости от инерционности нагрузки и уровня помех в сети возможны два метода управления симисторами или тиристорами - фазовый или по числу полупериодов напряжения сети.

Блок обеспечивает защиту тиристоров или симисторов при возникновении аварийных ситуаций: короткого замыкания или превышения номинального тока в нагрузке (с использованием внешних трансформаторов тока), светодиодную индикацию уровня мощности (10 уровней от 0 до 100 %), возможность внешней блокировки управления нагрузкой, работу с  одно-, двух- и трехфазной нагрузкой.

Блок обеспечивает плавный выход на заданный уровень мощности для предотвращения резких перегрузок питающей сети или защиты нагревателей, а также мгновенный выход на заданный уровень мощности для управления низко-инерционными нагрузками.

4.2.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУСТ 2

Основные технические характеристики блока управления БУСТ 2 приведены в таблице 3

Таблица 3

Наименование

Значение

Напряжение питания, В

220

Частота, Гц

50

Допустимое отклонение напряжения питания от номинала, %

—15…+10

Потребляемая мощность, ВА, не более

4

Входы управления/входное сопротивление

0…1 В/47кОм
0…10 В/47кОм
0…20 мА/50 Ом
4…20 мА/50 Ом

Напряжение низкого уровня на входе «Блокировка», В

0…0,4

Напряжение высокого уровня на входе «Блокировка», В

2,4…5

Выходы

Импульсный ток управления, А, не менее

0,5 либо 1,5 в зависимости от настроек блока

Метод управления тиристорами или симисторами

фазовый или по числу полупериодов

Число используемых фаз

1…3

Схемы включения нагрузки

звезда с нейтралью
звезда без нейтрали
замкнутый треугольник
разомкнутый треугольник

Допустимые характеристики нагрузки

резистивная
резистивно*индуктивная

(cos Φ>0,4)

4.2.3. Устройство и принцип действия БУСТ2

Блок конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для монтажа на DIN-рейку или вертикальную стену. Внешний вид блока представлен на рисунке 6.

Рис. 6. Внешний вид блока.

На передней панели блока размещены:

  •  светодиоды, предназначенные для индикации уровня управляющего сигнала в десятках процентов, а также аварийной сигнализации;
  •  8-разрядный DIP-переключатель, служащий для задания режима работы;
  •  ручки регуляторов «Защита» и «Управление», задающих порог срабатывания защиты нагрузки и уровень управляющего сигнала при ручном управлении;
  •  кнопка ПУСК/СТОП, служащая для запуска/остановки работы блока;
  •  светодиоды, сигнализирующие о:
  •  нахождении блока в состоянии «Работа» (подробнее о состояниях блока см. п. 3.5);
  •  изменении положения DIP-переключателя в состоянии «Работа». Следует отметить, что фактического изменения режима не происходит до момента перезапуска блока, т.е. для того, чтобы произведенные изменения вступили в силу, необходимо остановить блок при помощи кнопки «Пуск/Стоп», а затем снова запустить его;
  •  нахождении блока в состоянии «Блокировка».

Функциональная схема блока приведена на рисунке 7. Блок имеет три идентичных канала управления тиристорами.

Рис. 7. Функциональная схема блока БУСТ 2

Каждый канал управления состоит из устройства контроля перехода напряжения фазы через ноль, устройства контроля состояния тиристора, устройства контроля тока фазы, устройства обработки сигнала, формирователя импульсов однополярного тока управления.

Функциональная схема канала управления блока БУСТ 2 представлена на рисунке 8.

Рис. 8. Функциональная схема управления БУСТ 2.

Устройство контроля перехода через ноль формирует импульс в начале каждого полупериода соответствующей фазы (рисунок 9).

Рис. 9. Импульс в начале каждого полупериода соответствующей фазы.

Устройство контроля состояния тиристора анализирует состояние проводимости тиристоров на протяжении всей работы блока (рисунок 10). Устройство контроля перехода через ноль и устройство контроля состояния тиристора синхронизируют работу устройства обработки сигналов.

Рис. 10. Анализ состояния проводимости тиристоров устройством контроля состояния тиристора.

4.2.4. Устройство обработки сигналов БУСТ2

Устройство обработки сигналов анализирует положение «ON» или «OFF» разрядов DIP-переключателя, которыми задаются режимы работы, определяет момент открытия тиристора в зависимости от величины сигнала управления и запускает формирователь импульсов. Назначение разрядов DIP-переключателя:

Положение разряда 1 DIP-переключателя определяет способ управления работой блока. При способе управления «Местное» регулирование осуществляется вращением ручки регулятора на лицевой панели блока, а при способе «Удаленное»  от внешнего источника постоянного напряжения или тока.

Положение разряда 2 DIP-переключателя определяет метод управления мощностью в нагрузке. В Положении «OFF» – «Целочисленный» (по числу полупериодов), в «ON» – «Фазовый».

Положение разряда 3 DIP-переключателя определяет максимальную скорость изменения выходной величины. В состоянии «ON» – «1000...1200% от шкалы выходного сигнала в 1 сек», в «OFF» – «20...25% от шкалы выходного сигнала в 1 сек».

Положение разряда 4 DIP-переключателя определяет функционирование при различных схемах включения нагрузки. В Положении «ON» – для схем типа 1 («звезда с нейтралью» и «разомкнутый треугольник»), в «OFF» – для схем типа 2 («звезда без нейтрали» и «замкнутый треугольник).

Положение разряда 5 DIP-переключателя определяет выбор диапазона (шкалы) вторичного сигнала от датчиков тока. В положении «ON» — «0...1 В», в «OFF» — «0...20 мА».

Положение разряда 6 DIP-переключателя определяет амплитуду тока управления тиристорами. В Положении «ON» — «1,5А», в «OFF» — «0,5А».

Положение разряда 7 DIP-переключателя определяет выбор вида входного сигнала управления. В Положении «ON» — «Напряжение», в «OFF» — «Ток».

Положение разряда 8 DIP-переключателя определяет выбор диапазона (шкалы) для входного сигнала управления. В Положении «ON» — «0...1 В» («0...20 мА»), в «OFF» — «0...10 В» («4...20 мА»).

4.2.5. Формирователь импульсов БУСТ2

Формирователь импульсов имеет два изолированных выхода, что позволяет подключать к каждому каналу блока либо симистор, либо два тиристора (рисунок 11). Каждый выход при работе выдает от 1 до 4 пачек однополярных импульсов тока для открытия тиристора амплитудой 0,5А или 1,5А, в зависимости от положения разряда 6 DIP-переключателя.

Рис. 11. Способы подключения к каждому каналу блока симисторов, либо двух тиристоров

Сигнал «блокировка» запрещает запуск формирователя импульсов. При его снятии произойдет плавный выход на заданный уровень мощности со скоростью, задаваемой положением переключателя DIP3. В качестве источника сигнала «блокировка» могут применяться электронные устройства, имеющие на выходе сигнал TTL-уровня, транзистор n–p–n-типа с открытым коллекторным выходом или контакты кнопки, тумблера, геркона или реле (рисунок 12). Активный уровень сигнала «блокировка» – низкий. Всего в блоке два входа блокировки. Блок переходит в состояние «блокировка» при наличии активного сигнала хотя бы на одном из них.

Рис. 12. Контакты кнопки, тумблера, геркона или реле.

Устройство контроля тока предназначено для защитного отключения нагрузки при превышении установленной при помощи регулятора «Защита» величины. Ко входу устройства контроля тока подключается выход датчика тока нагрузки соответствующей фазы.

Сигнал на потенциальных входах защиты по току должен находиться в диапазоне 0...1 В постоянного или переменного тока. На токовых входах защиты по току сигнал должен находиться в диапазоне 0(4)...20 мА постоянного или переменного тока. При превышении порога защиты, задаваемого регулятором «Защита», блок переходит в режим «Авария».

Блок совместно с подключаемыми к нему тиристорами осуществляет регулирование напряжения в одно-, двух- или трехфазной нагрузке под воздействием управляющего сигнала одним из двух методов (фазовым или целочисленным), задаваемых пользователем.

При методе фазового управления осуществляется регулирование длительности открытого состояния тиристора в зависимости от уровня управляющего сигнала (рисунок 13). Регулирование осуществляется по линейному закону. Число градаций регулирования равно 256 на один полупериод.

Рис. 13. Регулирование длительности открытого состояния тиристора в зависимости от уровня управляющего сигнала.

Метод, при котором управляющий сигнал определяет число пропускаемых в нагрузку целых полупериодов, от  0 до 256 (рисунок 14). При этом методе уровень радиопомех, создаваемый при регулировании, минимален.

Рис. 14. Метод, при котором управляющий сигнал определяет число пропускаемых в нагрузку целых полупериодов, от  0 до 256.

Блок обеспечивает плавный выход на заданный уровень напряжения при включении питания или скачкообразном изменении управляющего сигнала, что позволяет избежать резких перегрузок питающей сети при значительных мощностях нагрузки. Время выхода на максимальный уровень зависит от положения разряда 3 DIP-переключателя и составляет: в Положении «ON» – не более 0,1 сек, в Положении «OFF» – не более 4 сек.

Для управления блоком может быть применен унифицированный токовый сигнал 0(4)...20 мА, унифицированное напряжение 0...10 В, унифицированное напряжение 0...1 В или ручная регулировка при помощи регулятора на передней панели (рисунок 15). Выбор вида входного сигнала управления и диапазона (шкалы) для него определяют состояния разрядов 7 и8 DIP-переключателя, соответственно.

Рис. 15. Унифицированный токовый сигнал 0(4)...20 мА, унифицированное напряжение 0...10 В, унифицированное напряжение 0...1 В или ручная регулировка при помощи регулятора на передней панели для управления блоком.

Схема переключения состояний блока приведена на рисунке 16.

Рис. 16. Схема переключения состояний БУСТ 2.

Блок при функционировании может находиться в следующих состояниях:

  •  Выключен. Состояние, в котором блок находится при отсутствии питания.
  •  Стоп. Блок переходит в это состояние после появления питания или после нажатия кнопки «ПУСК/СТОП» при нахождении в любом другом состоянии. В этом состоянии происходит попеременная индикация подключенных фаз (горят индикаторы L1, L2 и L3, соответствующие подключенным фазам) и уровня управляющего сигнала (горят индикаторы, соответствующие уровню управляющего сигнала в %).
  •  Работа. Блок переходит в это состояние из состояния «Стоп» после нажатия кнопки «ПУСК/СТОП» или после снятия сигнала блокировки из состояния Блокировка. В этом состоянии выдаются импульсы на тиристоры, индицируется уровень управляющего сигнала. Происходит непрерывная проверка на предмет возникновения аварийной ситуации (потеря или восстановление фазы сети). Если в состоянии «Работа» произойдёт пропадание питания, то при возникновении питания блок самостоятельно перейдет в режим «Работа», минуя режим «Стоп»;
  •  Блокировка. Блок переходит в это состояние из состояния Работа при подаче сигнала блокировки (рисунок 12). Это состояние длится до тех пор, пока сигнал не будет снят, светодиод «БЛОК» сигнализирует о наличии сигнала блокировки и нахождении блока в состоянии «Блокировка»;
  •  Аварийное отключение. Блок переходит в это состояние из состояния «Работа» при возникновении признаков аварийной ситуации:
  •  появление неподключенной фазы или пропадание подключенной фазы;
  •  превышение сигналом от датчиков тока порога защиты.

В состоянии «Аварийное отключение» мигает светодиод, соответствующий появившейся или пропавшей фазе, а также срабатыванию защиты по току, и раздается прерывистый звуковой сигнал вплоть до выхода из этого состояния. На рисунке 17 приведен пример индикации аварийной ситуации в фазе, подключенной к линии L2.

Рис. 17. Индикация аварийной ситуации в фазе, подключенной к линии L2.

Мигание светодиодов «20», «30», «60», «70», «100» и «РАБ.» (см. рисунок 18) при переходе в рабочий режим сигнализирует о том, что подготовительные расчеты не были завершены. Это может означать наличие проблемы с сетью, например, если в момент нажатия кнопки «ПУСК/СТОП» не была подключена ни одна фаза, либо частота подключенной фазы (подключенных фаз) лежит за пределами допустимых значений.

Рис. 18. Мигание светодиодов «20», «30», «60», «70», «100» и «РАБОТА».

Блок обладает возможностью смены прошивки через интерфейс RS-232. Для этого необходимо подключить блок к компьютеру по схеме, приведенной на рисунке 19.

Рис. 19. Подключение БУСТ2 к компьютеру для смены прошивки.

Для смены прошивки необходимо скачать с сайта производителя программу для прошивки (исполняемый файл), запустить ее и следовать инструкциям, появляющимся в окне программы.

Рекомендуется перед началом прошивки отсоединить все рабочие порты блока.

В процессе прошивки должен непрерывно светиться светодиод «DIP».

  1.  ВЫБОР И ОПИСАНИЕ РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ

Для модернизированной системы автоматического регулирования температуры в термокамере машины ТО-180 необходим цифровой регулятор температуры, позволяющий плавно регулировать напряжение на нагревательных элементах регулирующей секции ЕК13 – ЕК21. Регулятор должен обеспечить возможность совместной работы с датчиком температуры, в качестве которого нами выбран термопреобразователь сопротивления типа ДТС065-50П, и формировать аналоговый сигнал управления блоком БУСТ2, изменяющийся в диапазоне 0 – 10 В.

Одним из регуляторов, соответствующих этим требованиям, является регулятор типа ТРМ-10, выпускаемый ПО «ОВЕН».

Измеритель ПИД-регулятор микропроцессорный одноканальный ТРМ10 совместно предназначен для измерения и регулирования температуры и других физических параметров, значение которых внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения.

Прибор может использоваться для измерения и регулирования технологических параметров в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства.

Прибор может быть применен на промышленных объектах, подконтрольных РосТехНадзору.

Прибор позволяет осуществлять следующие функции:

  •  измерение температуры или других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) в одной точке с помощью стандартного датчика, подключаемого к универсальному входу прибора;
  •  регулирование измеряемой величины по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону;
  •  отображение текущего измерения на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;
  •  автоматическое определение коэффициентов ПИД-регулятора (автонастройка);
  •  формирование управляющего воздействия на Выходе 1 с помощью выходного аналогового сигнала (при использовании в качестве выходного устройства цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)) или широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (при использовании дискретного выходного устройства);
  •  формирование на Выходе 2 дополнительного сигнала управления по двухпозиционному закону или сигнала «Авария».

Общий вид терморегулятора ТРМ-10 показан на рисунке 20.

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового или настенного крепления.

Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды.

В приборах настенного и щитового конструктивных исполнений силовая и измерительная части, а также присоединительный клеммник. расположены на задней панели. Клеммник для подсоединения внешних связей (датчиков и цепей питания) у приборов щитового крепления находится на задней стенке. В приборах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой. В отверстиях подвода внешних связей установлены резиновые уплотнители. В приборах крепления корпуса на DIN-рейку силовая и измерительная части, а также присоединительные клеммники расположены на боковых сторонах прибора.

Для установки прибора в щит в комплекте поставки прилагаются крепежные элементы, для установки прибора на DIN-рейку в комплекте поставки прилагается специальная защелка.

Рис. 20. Общий вид терморегулятора ТРМ-10

На рисунке 21 приведен внешний вид лицевой панели прибора для корпусов различных креплений.

Рис. 21. Лицевая панель терморегулятора ТРМ-10 для корпусов:

а) настенного Н и щитового крепления Щ1;

б)щитового Щ2;  в)DIN-реечного Д.

На лицевой панели расположены элементы управления и индикации. Четырехразрядный цифровой индикатор, предназначенный для отображения значений измеряемых величин и функциональных параметров прибора. Восемь светодиодов красного свечения сигнализируют о различных режимах работы:

  •  светодиоды «К1» и «К2» сигнализируют о включении выходных устройств ПИД-регулятора (только для выхода дискретного типа) и устройства сравнения, соответственно;
  •  светодиоды «Т», «τИ», «τД», «ХР», «С1» и «С2» засвечиваются в режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ и сигнализируют о том, какой параметр выбран для редактирования.

Кнопка предназначена для входа в режим ПРОГРАММИРОВАНИЕ, а также для записи новых установленных значений в энергонезависимую память прибора.

Кнопка предназначена для выбора программируемого параметра и увеличения его значения. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.

Кнопка предназначена для выбора программируемого параметра и уменьшения его значения. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.

  1.  Подключение термометров сопротивления

В приборах используется трехпроводная схема подключения термометров сопротивления (рис. 22). Такая схема позволяет скомпенсировать сопротивление соединительных проводов. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Рис. 22. Трехпроводная схема подключения термометров сопротивления к терморегулятору ТРМ-10.

  1.  ПИД-регулятор терморегулятора ТРМ-10

ПИД-регулирование является наиболее точным и эффективным методом поддержания контролируемой величины на заданном уровне. На рисунке 23 приведена функциональная схема ПИД-регулятора. Основное назначение регулятора – формирование управляющего сигнала Y, задающего выходную мощность исполнительного механизма (ИМ) и направленного на уменьшение рассогласования Е или отклонения текущего значения регулируемой величины Т от величины уставки Туст. В операторной форме формула ПИД-регулятора выглядит следующим образом:

Рис. 23. Функциональная схема ПИД-регулятора терморегулятора ТРМ-10.

Как следует из формулы, ПИД-регулятор состоит из трех основных частей: пропорциональной КП интегральной 1/TИР и дифференциальной рТД.

  1.  Параметры настройки регулятора

Для эффективной работы необходимо для конкретного объекта управления подобрать настройки ПИД-регулятора: Хр, τи и τд. Это возможно сделать вручную или использовать автонастройку.

Для формирования корректного управляющего сигнала ПИД-регулятора необходимо задать тип исполнительного устройства: нагреватель или холодильник (параметр А1-4). Нагревателем условно называют устройство, при включении которого увеличивается значение измеряемого параметра.

Холодильником называют устройство, при включении которого уменьшается значение измеряемого параметра. Вид управляющего сигнала на выходе прибора зависит от типа выходного устройства. Прибор выдает либо управляющий сигнал в виде постоянного тока или напряжения (для аналоговых ВУ), либо в виде ШИМ-сигнала (для дискретных ВУ).

В случае технологической необходимости ограничить максимальную мощность исполнительного механизма в приборе имеется возможность ограничения выходного управляющего воздействия. Например, если необходимо, чтобы мощность ИМ не превышала 80 %, то необходимо выставить соответствующее значение в параметре А1-3 (рис. 24).

Рис. 24. Выставление соответствующего значения в параметре А1-3.

Если после автоматической или ручной настройки переходная характеристика объекта отличается от идеальной, необходимо откорректировать параметры настройки регулятора.

  1.  Типы выходных устройств терморегулятора ТРМ-10

Выходные устройства предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы.

ВУ могут быть двух типов: дискретные и аналоговые.

Дискретное ВУ – электромагнитное реле, транзисторная оптопара, оптосимистор – используется для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, либо через более мощные управляющие элементы, такие как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы.

Электромагнитное реле (выход Р) предназначено для коммутации силовых цепей напряжением не более 250 В и рабочим током не более 4 А.

Транзисторная оптопара (выход К) применяется, как правило, для управления низковольтным реле (не более 60 В при токе не более 400 мА). Во избежание выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке внешнего реле необходимо устанавливать диод VD1.

Транзисторный ключ (выход Т) предназначен для прямого подключения к прибору в качестве нагрузки твердотельного реле (выходное напряжение 4...6 В, постоянный ток не более 25 мА).

Оптосимистор (выход С) имеет внутреннюю схему перехода через ноль и включается в цепь управления мощного симистора или пары встречно-параллельно включенных тиристоров через ограничивающий резистор R1.  Величина сопротивления резистора определяет ток управления симистора. Нагрузочная способность выхода – ток не более 50 мА при переменном напряжении не более 250 В.

Для предотвращения пробоя тиристоров из-за высоковольтных скачков напряжения в сети к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC цепочку (R2C1).

Три оптосимистора (выход С3) по рабочим параметрам аналогичны выходу С и предназначены для управления трехфазной нагрузкой.

Аналоговое ВУ представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, позволяющий формировать аналоговый сигнал постоянного тока или напряжения.

Формирователь токового сигнала (выход И) преобразует выходное значение ПИД-регулятора в токовый сигнал 4...20 мА.

Формирователь сигнала постоянного напряжения (выход У) преобразует значение на выходе ПИД-регулятора в сигнал напряжения 0...10 В. Сопротивление нагрузки Rн, подключаемой к ЦАП, должно быть в диапазоне от 2 до 10 кОм.

Для питания выхода возможно использование встроенного источника питания 24 В.

В предлагаемой нами схеме используется аналоговый выходной сигнал напряжения 0...10 В.

Структурно-функциональная схема ТРМ-10 приведена на рис. 25.

Рис. 25. Структурно-функциональная схема регулятора ТРМ-10

Прибор содержит канал универсального входа для подключения первичного преобразователя (датчика), блок обработки данных, четырехразрядный светодиодный цифровой индикатор и выходные устройства (ВУ), предназначенные для управления внешним оборудованием.

Блок обработки данных включает в себя цифровой фильтр, вычислитель квадратного корня, ПИД-регулятор, устройство сравнения. ПИД-регулирование осуществляется посредством ВУ1. При необходимости дополнительного двухпозиционного регулирования или для организации аварийной сигнализации следует использовать устройство сравнения и связанное с ним ВУ2. В зависимости от модификации прибора ВУ1 может быть дискретного или аналогового типа, ВУ2 – только дискретного типа.

Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 4.1-4.2.

Таблица 4.1

Таким образом, регулятор температуры типа ТРМ-10 обеспечивает выполнение всех требований, предъявляемых к регулятору для АСР температуры в термокамере машины ТО-180: обеспечивает возможность совместной работы с датчиком температуры, в качестве которого нами выбран термопреобразователь сопротивления типа ДТС065-50П, формирует аналоговый сигнал управления блоком БУСТ2, изменяющийся в диапазоне 0 – 10 В, обеспечивает возможность использования ПИД-алгоритма регулирования температуры. Поэтому применение регулятора температуры ТРМ-10 для модернизированной АСР температуры является обоснованным и позволит получить требуемые показатели качества регулирования.

Таблица 4.2

Используемые первичные измерительные преобразователи

  1.  Структурно-математическая схема АСР температуры. Определение параметров передаточных функций ТСА

Структурно-математическая схема АСР температуры включает передаточные функции всех элементов АСР – объекта регулирования, датчика температуры, регулирующего органа – тиристорного преобразователя напряжения и регулятора температуры. Структурно-математическая схема АСР температуры показана на рис. 26.

Рис. 26.  Структурно-математическая схема АСР температуры

Передаточная функция объекта регулирования температуры.

Объектом регулирования является термокамера машины ТО-180. Регулирующим органом являются нагревательные элементы ЕК13 – ЕК21 второй регулирующей секции.

 Выходным параметром объекта является температура воздуха в термокамере, управляющим воздействием – изменение напряжения на нагревательных элементах ЕК13 – ЕК21 второй регулирующей секции.

При определении коэффициента передачи объекта предполагается, что температура в секции термокамеры может изменяться от 110 0С до 190 0С пропорционально значению питающего напряжения на нагревательных элементах регулирующей секции, фазное значение которого изменяется от 0 В до 220 В.

Начальное значение температуры 110 0С обеспечивается нагревательными элементами ЕК1 – ЕК12 первой секции.

В задании на курсовой проект указано, что объект регулирования совместно с регулирующим органом можно описать передаточной функцией апериодического звена 1 порядка с запаздыванием. Значение постоянной времени и запаздывания объекта заданы и составляют соответственно ТО = 9 мин.. = 2 мин.

Предполагая, что в указанном диапазоне изменения температуры зависимость температуры воздуха от напряжения на нагревательных элементах ЕК13 – ЕК21 второй регулирующей секции можно считать линейной, значение коэффициента передачи объекта регулирования совместно с регулирующим органом определим по формуле:

 

Датчиком температуры является термопреобразователь сопротивления ДТС065-50П.

 Выходным параметром датчика является изменение его активного сопротивления. Входным воздействием – изменение температуры воздуха в термокамере.

Датчик температуры можно описать передаточной функцией апериодического звена 1 порядка.

Значение постоянной времени датчика указано в его описании и составляет соответственно ТДТ = 0,5 мин.

При определении коэффициента передачи датчика предполагается, что зависимость его сопротивления от температуры воздуха в секции термокамеры в диапазоне температур от 130 0С до 170 0С линейна.

Из НСХ датчика определим его сопротивление при температурах 130 0С и 170 0С. R170 = 1.6579*50 = 82.9 Ом; R130 =1.5061*50=15.3 Ом.

Вычислим значения коэффициента передачи КТС:

Тиристорный преобразователь напряжения включает в себя блок управления симисторами и тиристорами БУСТ2 и блок силовых тиристоров..

 Выходным параметром преобразователя является изменение его выходного напряжения UВЫХ(P), поступающего на нагревательные элементы ЕК13 – ЕК21 регулирующей секции Входным воздействием – изменение напряжения UУПР(P), поступающего с выхода регулятора температуры ТРМ-10.

Тиристорный преобразователь напряжения можно описать передаточной функцией пропорционального звена, т.к. его постоянная времени пренебрежительно мала по сравнению с постоянной объекта.

Напряжение UВЫХ(P) на нагревательных элементах изменяется от 0 до 220 В. Напряжение UУПР(P) изменяется от 0 до 10 В.

Тогда  коэффициент передачи КРО определим по формуле:

 

С учетом численных значений параметров передаточных функций структурно-математическая схема АСР температуры примет вид (рис. 27):

Рис. 27.  Структурно-математическая схема АСР температуры

Определим передаточную функцию обобщенного объекта регулирования, включающего объект регулирования, датчик температуры и регулирующий орган – тиристорный преобразователь напряжения.

Передаточная функция обобщенного регулятора:

Где: КОО – коэффициент передачи обобщённого объекта регулирования

ТО = 9 мин. – постоянная времени объекта;

ТДТ = 0,5 мин. - постоянная времени датчика температуры;

-= 2 мин. – запаздывание объекта регулирования.

Поскольку постоянная времени объекта значительно больше постоянной датчика, для компенсации этой большой постоянной времени применим ПИ-регулятор с передаточной функцией:

KРТ – коэффициент передачи регулятора температуры;

TИЗ – постоянная времени изодрома

Рассчитаем предварительные параметры настройки ПИ-регулятора.

Для компенсации влияния большой постоянной времени обобщенного объекта выберем величину Tиз равно большой постоянной времени обобщенного объекта ТО.

TИЗ = TО = 9 мин.

Величина KР в этом случае будет равна:

Где: -сумма «малых» постоянных времени и времени запаздывания обобщенного объекта:

= ТДТ + = 2,5 мин.

Величина KР будет равна:

             

РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ АСР ТЕМПЕРАТУРЫ. УТОЧНЕНИЕ НАСТРОЕК РЕГУЛЯТОРА.

Для разработки и анализа компьютерной модели АСР температуры воспользуемся программой VisSim. Компьютерная модель АСР температуры включает модели всех динамических блоков АСР, а также модели генераторов и приборов, необходимых для анализа модели.

Структурно-математическая схема АСР температуры приведена на рис. 27.

Средствами VisSim составим и исследуем модель АСР температуры, соответствующую структурно-математической схеме рис. 27.

Для АСР температуры нами выбран ПИ - регулятор. Предварительные настройки ПИ-регулятора определены и имеют значения:

ТИЗ = 9 мин.    и       КРТ = 1,2.

В модели коэффициент передачи пропорциональной части ПИ - регулятора будет равен:

КР = КРТ = 1,2;

В модели коэффициент передачи интегрирующей части регулятора определится как:

КI = KРТ/TИЗ = 1,2/9,0 = 0,13.

Модель и переходная характеристика АСР температуры при исходной настройке регулятора показаны на рис. 28.

Для удобства анализа переходной характеристики в модель добавлены два генератора с выходными сигналами КБ1 = 1,05 и КБ2 = 0,95. С их помощью на экране осциллографа обозначаются границы коридора допустимого 5% отклонения выходного сигнала датчика температуры от заданного значения UЗТ = 1.

Как следует из графика переходной характеристики (рис. 28), при исходных настройках регулятора температуры перерегулирование ΔHMAX(t) = 3,5%. Время переходного процесса (время устойчивого вхождения выходной переменной в 5% интервал от установившегося значения) tПП = 8,5 мин.

Полученные результаты соответствуют требованиям, предъявляемым к АСР температуры, поскольку перерегулирование ΔHMAX(t) = 3,5% меньше допустимого значения ΔHДОП(t) = 5%.

Однако, если увеличить перерегулирование до допустимого значения 5%, можно сократить время переходного процесса. Для увеличения перерегулирования нужно увеличить коэффициент передачи регулятора.

Увеличим коэффициент передачи регулятора с величины КРТ = 1,2 до значения КРТ = 1,22. При этом изменится величина КI:

КI = KРТ/TИЗ = 1,22/9,0 = 0,135

Настроим регулятор в модели на уточненные значения КРТ и КI и повторно снимем переходную характеристику.

Модель АСР температуры и переходная характеристика при КРТ = 1,22 и  ТИЗ = 9,0 мин.  показана на рис. 29.

При уточненных настройках регулятора перерегулирование возросло до допустимого значения ΔHMAX(t) = 4,7% < 5%, а время переходного процесса сократилось до tПП = 8,2 мин.

8. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В ходе выполнения курсового проекта приведено краткое описание технологического процесса стабилизации камвольных тканей и устройства машины ТО-180.

Описана и проанализирована работа АСР  температуры в термокамере машины ТО-180. Сделан расчёт переходной характеристики АСР температуры с двухпозиционным регулятором, позволивший определить показатели качества регулирования температуры и сделать вывод о необходимости её модернизации.

Предложена структурно-функциональная схема модернизированной АСР температуры и рассмотрена её работа. Выбраны ТСА, необходимые для реализации предложенной АСР температуры. Приведено их описание.

Определены параметры передаточных функций ТСА, составлена структурно-математическая схема АСР температуры.

Выбраны предварительные настройки регулятора температуры.

Для их уточнения разработана компьютерная модель АСР температуры и проведено её исследование.

Полученные в результате моделирования показатели качества регулирования удовлетворяют требованиям, предъявляемым к АСР температуры. Следовательно, настройки регулятора температуры определены правильно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27552. Функции теории государства и права 25 KB
  В юридической литературе в числе функций теории государства и права называются: онтологическая; методологическая; идеологическая; вводная; обобщающая. С онтологической точки зрения теория государства и права призвана констатировать что и как происходит в сфере государства и права а затем объяснять почему это происходит. 2 Методологическая функция заключается в следующем: права понятия и выводы являются предпосылкой отправным моментом для последующей научной деятельности например понятия €œнорма права€ €œправоотношение€ и т.
27553. Цивилизационные подходы к типологии государства 27 KB
  Тойнби пишет что €œкультурный элемент представляет собой душу кровь лимфу сущность цивилизации; в сравнении с ним экономический и тем более политический план кажется искусственным несущественным заурядным созданием природы и €œдвижущих сил цивилизации€. Понятие цивилизации им сформулировано как относительно замкнутое и локальное состояние социума отличающееся общностью религиозных психологических культурных географических и иных признаков два из которых остаются неизменными: религия и формы ее организации а также степень...
27554. Что такое пробелы в праве и как они устраняются в практике применения правовых норм 39.5 KB
  Точное определение этих границ сфер позволяет обнаружить: 1 отношения урегулированные правом; 2 отношения нуждающиеся в правовом опосредовании; 3 нормативные предписания подлежащие реализации; 4 пробелы и иные недостатки в праве; 5 пределы деятельности правоприменительных органов по осуществлению права. В зависимости от отрасти права в которой они установлены различают пробелы в конституционном государственном гражданском уголовном семейном и других отраслях права. Пробелы различают по форме права в которой они обнаружены.
27555. Экономика и право 27 KB
  Право – это система общеобязательных формально – определенных норм исходящих от государства им охраняемых и регулирующих общественные отношения Социальные последствия соотношения экономики и права: 1 позитивные право способствует развитию экономики тогда когда оно соответствует естественноисторическому ходу развития общества объективным экономическим законам; 2 негативные – право тормозит развитие экономики тогда когда оно противоречит объективным экономическим законам развития общества. Пределы государственноправового...
27556. Юридическая ответственность государства 30.5 KB
  Государство как субъект ответственности. Всякий раз когда государство становится участником какоголибо правоотношения оно может быть привлечено к ответственности за нарушение прав и охраняемых законом интересов другого участника этих отношений и наоборот. Это общее правило касающееся юридической ответственности. Однако говоря о государстве как субъекте ответственности нужно вести речь об ином об особых случаях внедоговорной ответственности государства за вред причиненный в определенных ситуациях.
27557. Юридическая техника. Понятие и основные приемы 31 KB
  Способы закрепления приёмов ЮТ: 1 НПА; 2 правовые обычаи; 3 научнометодические разработки. Юридическая технология – это боле широкое понятие – это основанная на определенных принципах планах прогнозах протекающих в определенно установленных процессуальных формах деятельность по созданию НПА и иных актов в ходе которой используются средства и способы ЮТ. 2 юридические способы – пути достижения намеченных целей с помощью конкретных юр. способы структуризации; способы логического изложения; способы языкового изложения; способы...
27558. Юридическая типология: основные правовые системы современности 35.5 KB
  Юридическая типология права это его специфическая классификация. Основополагающим объектом юридической типологии выступает категория правовая система тесно связанная с такими исходными концептуальными понятиями как правовая карта мира исторический тип права семья правовых систем национальная правовая система. При этом понятие правовая система не синоним понятия система права так как последнее понятие институционное раскрывающее взаимосвязь соотношение и строение отраслей права что предопределяется факторами как...
27559. Юридические факты 30.5 KB
  Юридические факты – конкретные жизненные обстоятельства события действия вызывающие в соответствии с нормами права наступление определенных правовых последствий – возникновение изменение или прекращение правовых отношений. Юридические факты имеют ряд признаков: по своему содержанию это реальные жизненные обстоятельства явления; данные жизненные обстоятельства предусмотрены нормами права; они вызывают наступление определенных юридических последствий; юридический факт несет в себе информацию о состоянии общественных отношений; ...
27560. Позитивный и ретроспективный аспект юридической ответственности 27.5 KB
  Юридическая ответственность – возникшее в результате лично совершенного правонарушения и предусмотренное юридической нормой политикоправовое состояние когда компетентный орган должностное лицо или гражданин на основе закона или в специальной форме требует от правонарушителя отчет в совершенном деянии возлагает на него определенную меру лишений а правонарушитель претерпевает неблагоприятные последствия нарушения юридической нормы. 1 Положительная позитивная ответственность – одна из характеристик правомерного поведения. Все несут...