Теоретические сведения к выполнению работы

Лабораторная работа №1

Исследование работы измерителя – регулятора ТРМ1 в системе регулирования температуры объекта

Цель работы: изучение влияния установочных параметров регулятора на процесс регулирования.

Содержание работы

В данной работе рассматривается устройство и работа измерителя-регулятора ТРМ1. Рассмотрена функциональная схема прибора. Описаны режимы работы логического устройства (ЛУ) прибора. Для каждого режима приведены графики, поясняющие принцип работы прибора в зависимости от режима логического устройства.

В практической части предлагается с помощью ТРМ1 измерять и регулировать температуру в металлическом цилиндре, где находится теплоэлектрический нагреватель.

 

Теоретические сведения к выполнению работы

Микропроцессорный программируемый измеритель – регулятор типа ТРМ1 совместно с входным датчиком (термопреобразователем или унифицированным источником сигнала) предназначен для контроля и управления различными технологическими производственными процессами и позволяет осуществлять следующие функции:

- измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) с помощью стандартных датчиков;

- регулирование измеряемой величины по двухпозиционному (релейному) закону;

- отображение текущего измерения на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;

- произвольное указание диапазона измерения (масштабирование шкалы).

Функциональная схема приведена на рис. 1.1. Прибор имеет вход для подключения первичных преобразователей (датчиков), блок обработки данных, состоящий из измерителя физических величин, цифрового фильтра и логического устройства (ЛУ). Логическое устройство в соответствии с запрограммированными пользователями функциональными параметрами формирует сигналы управления выходным устройством, которое в зависимости от модификации прибора может быть дискретного или аналогового типа.

Приборы имеют несколько модификаций входов, к которым могут подключаться:

- термопреобразователи сопротивления (типов ТСМ и ТСП);

- термопары (типов ТХК, ТХА, ТНН, ТЖК, ТПП);

- датчики, имеющие унифицированный выходной сигнал тока 0…20мА, 4…20мА и 0…5мА;

- датчики, имеющие унифицированный выходной сигнал напряжения 0…1В.

 

Р и с. 1.1.Функциональная схема

 

Выходное устройство (ВУ) предназначено для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы, либо для передачи данных на регистрирующее устройство. Приборы в зависимости от модификации могут иметь следующие выходные устройства: электромагнитное реле, транзисторная оптопара, оптосимистор.

Преобразование сигнала, полученного с датчика, в текущее цифровое значение измеряемой величины (температуры, давления, расхода и т.д.) производится в измерителе.

Поскольку большинство датчиков температуры имеют нелинейную зависимость выходного сигнала от температуры, в измерителях заложены таблицы коррекции показаний для всех типов датчиков, которые могут быть подключены к прибору. Для этого в соответствующих функциональных параметрах устанавливается нижняя и верхняя границы диапазона отображения, а также положение десятичной точки.

Вычисленные прибором значения могут быть откорректированы с целью устранения начальной погрешности преобразования входных датчиков. Эти погрешности выявляются после проведения метрологических испытаний и устраняются путем ввода корректирующих значений. В приборе заложены два параметра, позволяющие осуществлять сдвиг и изменение наклона измерительной характеристики прибора на заданную величину (рис. 1.2).

 

а) б)

Р и с. 1.2. Коррекция значений

а – сдвиг характеристики, б – наклон характеристики

 

Коррекция «сдвиг характеристики» – к каждому вычисленному значению измеренной величины прибавляется значение, заданное параметром b1-1. Этот параметр используется для компенсации погрешностей, вносимых сопротивлениями подводящих проводов (при подключении термопреобразователей сопротивления по двухпроводной схеме), а также при отклонении у термопреобразователя сопротивления значения R₀.

Коррекция «наклон характеристики» - скорректированное сдвигом значение умножается на поправочный коэффициент, задаваемый параметром b1-2. Этот коэффициент близок к единице и находится в пределах 0.900…1.100. Используется, как правило, для компенсации погрешностей самих датчиков (например, при отклонении значения W₁₀₀ у термопреобразователей сопротивления).

Термопара (термоэлектрический преобразователь) состоит из двух соединенных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающими разными термоэлектрическими свойствами. Соединенные концы, называемые рабочим (горячим) спаем, опускают в измеряемую среду, а свободные концы (холодный спай) термопары подключают к входу ТРМ (рис. 1.3). Если температуры рабочего и холодного спаев различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на измеритель.

Р и с. 1.3 Подключение термопары

 

Для улучшения эксплуатационных качеств в блок обработки входных сигналов введены цифровые фильтры, позволяющие уменьшить влияние случайных помех на измерение контролируемых величин. Работа обоих фильтров (одновременно) определяется двумя параметрами, задаваемыми при программировании (b0-2 и b0-3).

Параметр b0-2, называемый полосой цифрового фильтра, позволяет защитить измерительный тракт от единичных помех. Полоса фильтра задается в единицах измеряемой величины. Если полученное значение отличается от предыдущего на величину, большую, чем установлено в этом параметре, то прибором производятся повторные измерения, до тех пор, пока полученное значение не попадет в заданную полосу (рис.1.4). В течение всего этого времени на цифровом индикаторе остается старое значение измеренной величины.

Р и с.1.4. Полоса цифрового фильтра

 

Как видно из рис.1.4, малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому

при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение параметра или отключить действие полосы фильтра, установив в параметре b0-2 значение 00.

В случае работы в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение параметра. При этом возможно ухудшение быстродействия прибора из-за повторных измерений.

Глубина фильтра (b0-3) – позволяет добиться более плавного изменения показаний прибора. В этом параметре задается количество последних N измерений, из значений которых прибор вычисляет среднее арифметическое. Полученная величина поступает на вход ЛУ. При значении параметра равном 1 фильтр выключен. Действие параметра "глубина фильтра" показано на рис.5.

Уменьшение значения N приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразные изменения контролируемой величины, но снижает помехозащищенность измерительного тракта. Увеличение значения N приводит к улучшению помехозащищенности, но вместе с этим повышает инерционность прибора.

Р и с.1.5. Действие параметра «глубина фильтра»

 

В приборе ТРМ1 имеется логическое устройство, которое может работать в одном из режимов:

- устройство сравнения;

- П-регулятор;

- регистратор.

Режим работы ЛУ устанавливается соответствующим кодом в параметре А1-1. При установке нуля в этом параметре ЛУ не работает.

При работе в режиме устройства сравнения ЛУ работает по одному из представленных на рис.6 типов логики:

- тип логики 1 (прямой гистерезис) применяется в случае использования прибора для управления работой нагревателя (например, ТЭНа) или сигнализации о том, что значение текущего измерения Т_тек меньше уставки Т. При этом выходное устройство, подключенное к ЛУ, первоначально включается при значениях Т_тек<Т-Δ, выключается при Т_тек>T+Δ и вновь включается при Т_тек<Т-Δ, осуществляя тем самым двухпозиционное регулирование по уставке Т с гистерезисом ±Δ;

- тип логики 2 (обратный гистерезис) применяется в случае использования прибора для управленияработой охладителя (например, вентилятора) или сигнализации о превышении значения уставки. При этом выходное устройство первоначально включается при значениях Т_тек>T+Δ, выключается при Т_тек<Т-Δ;

- тип логики 3 (П-образная) применяется при использовании прибора для сигнализации о входе контролируемой величины в заданные границы. При этом выходное устройство включается при Т-Δ<Т_тек<T+Δ;

- тип логики 4 (U-образная) применяется при использовании прибора для сигнализации о выходе контролируемой величины за заданные границы. При этом выходное устройство включается при Т_тек<Т-Δ и Т_тек>T+Δ.

Рис.1.6. Типы логики

 

При работе в режиме П-регулятора ЛУ сравнивает текущее значение измеряемой величины с заданной уставкой "Т" и выдает на выход сигнал 4…20мА, пропорциональный величине отклонения. Зона пропорциональности (П) при этом задается параметром Δ. Ток 4...20 мА формируется в соответствии с установленной в параметре А1-1 характеристикой регулятора либо по прямо-пропорциональному (нагреватель) либо обратно-пропорциональному (охладитель) закону регулирования. Графики, поясняющие принцип формирования управляющего тока П-регулятора для обеих характеристик приведены на рис. 1.7.

Р и с. 1.7. Принцип формирования управляющего тока

 

При работе в режиме регистратора ЛУ сравнивает поданную на его вход величину с заданными в параметрах b1-3 и b1-4 значениями и выдает на выходное устройство аналоговый сигнал в виде тока 4…20 мА, который можно подавать на самописец или другое регистрирующее устройство. Принцип формирования тока регистрации показан на рис. 1.8.

При работе в этом режиме необходимо установить нижний предел диапазона регистрации и величину всего диапазона регистрации в параметрах b1-3 и b1-4. В режиме регистратора ЛУ может работать только при установленном выходном устройстве аналогового типа – формирователя тока 4<20 мА.

Рис.1.8. Принцип формирования тока регистрации

 

 

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового, настенного крепления или крепления на DIN-рейку. Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположена плата с клавиатурой управления прибором, цифровым индикатором и светодиодами. На второй плате размещены силовая и измерительная части, а также присоединительный клеммник.

На рис. 1.9, а – приведен внешний вид лицевой панели прибора ТРМ1 для корпусов настенного (Н) и щитового (Щ1) крепления, на рис. 9, б – щитового (Щ2), на рис. 9, в – DIN-реечного (Д).

Рис.1.9. Внешний вид прибора ТРМ1

а – корпус настенного и щитового (Щ1) крепления,

б – корпус щитового (Щ2) крепления,

в – корпус DIN-реечного крепления (Д).

 

На лицевой панели расположены элементы управления и индикации.

Четырехразрядный цифровой индикатор предназначен для отображения значений измеряемых величин и функциональных параметров прибора.

Четыре светодиода красного свечения сигнализируют о различных режимах

работы:

- Светодиод "К" сигнализирует о включении выходного устройства;

- Светодиоды "Т" и "Δ" засвечиваются в режиме УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ и сигнализируют о том, какой параметр выбран для установки: Т – значение уставки, Δ – значение гистерезиса;

- Светодиод "I" сигнализирует о выводе на индикацию текущего измерения (непрерывная засветка) и об аварии по входу (мигающая засветка).

Кнопка предназначена для входа в режим просмотра и установки рабочих параметров, а также для записи новых установленных значений в энергонезависимую память прибора.

Кнопка предназначена:

- для просмотра заданного значения уставки ЛУ;

- для установки параметров для выбора и увеличения значения параметра. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.

Кнопка предназначена для установки параметров для выбора и уменьшения значения параметра. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.

При эксплуатации прибора его функционирование осуществляется в одном из режимов: РАБОТА или УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ.

Режим РАБОТА является основным эксплуатационным режимом, в который прибор автоматически входит при включении питания. В данном режиме ТРМ1 производит опрос входного датчика, вычисляя по полученным данным текущие значения измеряемой величины, отображает их на цифровом индикаторе и выдаёт соответствующий сигнал на выходное устройство.

В процессе работы прибор контролирует исправность входного датчика и в случае возникновения аварии по входу прибор сигнализирует об этом миганием светодиода «I» и выводом на цифровой индикатор сообщения в виде горизонтальных прочерков. Работа выходного устройства при этом блокируется. Аварийная ситуация возникает при выходе измеряемой величины за допустимый диапазон контроля или при выходе из строя датчика (обрыв или короткое замыкание термопреобразователей сопротивления, обрыв термопары, обрыв или короткое замыкание датчика, оснащенного выходным сигналом тока 4…20мА) или обрыве линии связи датчика с прибором. В случае короткого замыкания термопары на индикаторе отображается температура «холодного спая», равная температуре клеммника прибора. В случае обрыва или замыкания датчика (или линии связи) с унифицированным выходным сигналом тока 0…5мА, 0…20мА или напряжения 0…1В на индикаторе отображается значение нижней границы диапазона измерения. После устранения неисправности работа прибора автоматически восстанавливается.

В режиме РАБОТА прибор управляет внешними исполнительными устройствами в соответствии с заданным режимом работы ЛУ. Визуальный контроль за работой выходного устройства дискретного типа может осуществляться оператором по светодиоду «К», расположенному на передней панели прибора. Засветка светодиода сигнализирует о переводе логического устройства и связанного с ним выхода в состояние «ВКЛЮЧЕНО», а погасание – в состояние «ОТКЛЮЧЕНО».

В режиме РАБОТА возможен просмотр заданного значения уставки ЛУ, что осуществляется нажатием и удержанием кнопки .

Режим УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ предназначен для задания и записи в энергонезависимую память прибора требуемых при эксплуатации рабочих параметров измерения и регулирования. Заданные значения параметров сохраняются в памяти прибора при отключении питания.

В приборе установлено два уровня программирования. На первом уровне осуществляется просмотр и изменение значений параметров регулирования: уставки Т и гистерезиса Δ. Вход на первый уровень программирования осуществляется кратковременным (около 1с) нажатием на кнопку . Последовательность работы с прибором на первом уровне программирования приведена на рис. 1.10.

 

Рис.1.10. Последовательность работы с прибором на первом уровне программирования

 

На втором уровне программирования осуществляется просмотр и необходимое изменение функциональных параметров прибора. Функциональные параметры прибора разделены на группы А и b. В группе А находятся параметры, определяющие логику работы прибора. В группе b – параметры, отвечающие за настройку измерительной части прибора.

Вход на второй уровень программирования осуществляется нажатием и удерживанием кнопки более 6 с. Последовательности процедуры программирования прибора на втором уровне для обеих групп параметров приведены на рис. 1.11 и 1.12.

Рис.1.11 Программирование прибора на втором уровне для группы параметров A

Рис.1.12. Программирование прибора на втором уровне для группы параметров b

 

Порядок выполнения работы

В данной лабораторной работе измеряется и регулируется температура в металлическом цилиндре, где находится ТЭН (в качестве которого используется электрическая лампа мощностью 100Вт) и термопара типа ТХК (L).

Схема лабораторной работы приведена на рис. 13.

 

Рис.1.13.Схема лабораторной работы

Рис. 4

 

Для снятия динамических характеристик необходимо задавать параметры регулирования в соответствии с вариантом и записывать показания прибора через равные промежутки времени, например каждые 10 секунд в течение 5 минут. По полученным значениям построить график зависимости температуры от времени.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать

1. Название работы

2. Цель работы

3. Краткое описание устройства и работы измерителя –регулятора ТРМ1

4. Схему лабораторной работы

5. Графики динамических характеристик

 

Контрольные вопросы

1. Назначение и функции измерителя-регулятора ТРМ1?

2. Устройство прибора ТРМ1?

3. В чём заключается назначение логического устройства?

4. Для чего предназначено выходное устройство?

5. Что такое термопара?

6. Что такое цифровой фильтр?

7. Какие режимы работы логического устройства вы знаете?

 

Варианты задания

 

Номер варианта	Параметры регулирования

 

 

Лабораторная работа №2

Исследование работы измерителя – регулятора ТРМ10 в системе регулирования температуры объекта

Цель работы: Исследовать работу регулятора в системе управления температурой при помощи прибора ТРМ10.

 

Содержание работы

В данной работе рассматривается устройство и работа измерителя-регулятора ТРМ10. Рассмотрена функциональная схема прибора. Описаны режимы работы логического устройства (ЛУ) прибора. Для каждого режима приведены графики, поясняющие принцип работы прибора в зависимости от режима логического устройства. Изложены методики ручной и автоматической настройки параметров ПИД-регулятора.

В практической части предлагается с помощью ТРМ10 измерять и регулировать температуру в металлическом цилиндре, где находится теплоэлектрический нагреватель.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: