Дослідження блоку динамічних перетворень типу Д05

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ
«ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ АВТОМАТИЗАЦІЇ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ
ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ»

БЛОКИ ДИНАМІЧНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ СИСТЕМИ «КАСКАД-2»
МОДУЛІ СТАТИЧНОГО ТА ДИНАМІЧНОГО ПEPEТBОРEHНЯ
для студентів фаху 7.092501

Затверджено
на засіданні кафедри автоматизації
теплоенергетичних процесів
Протокол № 6 від 21.12.95

Одеса ОДПУ 1996

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Технічні засоби автоматизації систем керування теплоенергетичними процесами». Блоки динамічного перетворення системи «Каскад-2». Модулі статичного та динамічного перетворення для студентів фаху 7.092501 /Укл. В. Ф. Бабич. – Одеса: ОДПУ, 1996. – 59 с.

Укладач: В.Ф.Бабич, канд. техн. наук, доц.

ЗМІСТ

Вступ.. 4

лабораторна робота №1 ДОСЛІДЖЕННЯ БЛОКУ ДИНАМІЧНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ТИПУ д05 4

Лабораторна робота №2 ДОСЛІДЖЕННЯ АНАЛОГОВОГО РЕГУЛЮЮЧОГО БЛОКУ З ІМПУЛЬСНИМ ВИХІДНИМ СИГНАЛОМ ТИПУ Р27. 20

Лабораторна робота №3 ДОСЛІДЖЕННЯ АНАЛОГОВОГО РЕГУЛЮючОГО БЛОКУ З БЕЗПЕРЕРВНИМ ВИХІДНИМ СИГНАЛОМ ТИПУ Р17. 40

література.. 57

Вступ

Дані вказівки є продовженням методичних вказівок до лабораторних робіт з дисципліни «Технічні засоби автоматизації систем керування теплоенергетичними процесами» (розділ «Блоки динамічного перетворення локальних АСР»).

У вказівках подані описи принципів дії, структурні та принципові електричні схеми блоків динамічного перетворення системи «Каскад-2» (регулювальних блоків типів Р17 та Р27, функціонального перетворювача типу Д05), методики лабораторної перевірки та налаштування модулів, що входять до їх складу.

Головною метою методичних вказівок є забезпечення самостійної підготовки та роботи студентів на стендах кафедри під час лабораторної перевірки працездатності модулів та блоків, експериментальних досліджень їх статичних та динамічних характеристик.

Всі лабораторні роботи закінчуються дослідами по налаштуванню блоків на задані параметри, що дозволяє перевірити якість засвоєння студентами вивченого матеріалу.

Лабораторна робота №1

ДОСЛІДЖЕННЯ БЛОКУ ДИНАМІЧНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ТИПУ Д05

Метою роботи є вивчення принципу дії, побудови, основних характеристик, методики лабораторної перевірки блоку Д05 та набуття навичок його налагодження на задані параметри.

1 Завдання до роботи

1.1 Перевірити градуювання органів налаштування модуля
гальванічного розділення та підсумовування А001: потенціометрів «α 31», «α 32» та «К 3».

1.2 Перевірити градуювання органів налаштування модуля динамічних перетворень Д005: потенціометрів «К 1» («К 2»), «Т 1» («Т 2») та «Т_дф 1» («Т_дф 2»).

1.3 Налаштувати блок на задані параметри та визначити точність виконання операцій динамічних перетворень.

2 Загальні відомості

2.1 Блок динамічних перетворень типу Д05 призначений для
застосування в АСР технологічними процесами.

Блок є двоканальним багатофункціональним приладом і виконує такі функції в кожному з незалежних каналів:

– перетворення аналогових сигналів за диференціальним (Д) законом

. (1.1)

де К_Д = К 1, Т_Д = Т 1 або Т_Д = Т 2;

– перетворення аналогових сигналів за пропорційним (П) або аперіодичним (А) законом

(1.2)

(1.3)

– перетворення аналогових вхідних сигналів за інтегральним (І) законом

(1.4)

– демпфування аналогових вхідних сигналів при виконанні Д-перетворення:

– гальванічне розділення аналогових вхідних сигналів постійного струму щодо кожного входу двох незалежних каналів;

– підсумовування та масштабування аналогових вхідних сигналів постійного струму.

У таблиці 1.1 подані види та діапазони зміни уніфікованих вхідних та вихідних сигналів блоку Д05.

2.2 Блок Д05 містить три модулі:

А001 – алгебраїчний, що виконує функції гальванічного розділення аналогових сигналів щодо входів кожного з двох незалежних каналів, підсумовування аналогових сигналів із масштабуванням за додатковим каналом;

Д005 – динамічних перетворень, що виконує динамічне перетворення аналогових сигналів щодо кожного з двох незалежних каналів за Д-, П-, А- або І-законами, а також демпфування вхідних сигналів при виконанні перетворення за Д-законом;

ИПС01 – джерела живлення, що виробляє стабілізовані напруги ±15 В для живлення операційних підсилювачів.

Таблиця 1.1

Вхідні сигнали	Вихідні сигнали
Поз- нач.	Номінальний діапазон	R _ВХ, Ом	Прим.	Поз- нач.	Повний діапазон	Номін. діапаз.	R _Н, Ом
Х 11, Х 21, Х 33	0-5 мА 0-20 мА 4-20 мА 0-10 В	<250 <100 <100 >1000	Один із діапазо- нів за вибором	Y 1 Y 2 Y 3 Y 11 Y 21	-10...0...+10 B -10...0...+10 B -10...0...+10 B -10...0...+10 B -10...0...+10 B	0-10 B 0-10 B 0-10 B 0-10 B 0-10 B	³2 ³2 ³2 ³2 ³2
Х 31, Х 32	0-10 В 0-10 В	>10000 >10000	α 31=0...1 α 32=0...1
Х 01, Х 02	0-10 В 0-10 В	>10000 >10000

3 Алгебраїчний модуль А001

3.1. Функціональна схема модуля А001.1 подана на рисунку 1.1. Модуль містить три незалежні канали перетворення сигналів: перший та другий виконують функції гальванічного розділення, а третій (додатковий) виконує функцію підсумовування сигналів із масштабуванням. Модуль виконує вказані функції у відповідності з рівняннями

(1.5)

(1.6)

(1.7)

де Y 1, Y 2, Y 3 – вихідні аналогові сигнали;

X 11, Х 21, Х 31, Х32, Х 33 – вхідні аналогові сигнали (сигнали Х 12, Х 22 – допоміжні, що перетворюються без гальванічного розділення;

К 3 – коефіцієнт пропорційності (0,2...1);

α 31, α 32 – масштабні коефіцієнти.

Кожний з двох каналів гальванічного розділення містить підсилювач-модулятор 1 (4), гальванічний розділювач 2 (5), демодулятор-підсилювач 3 (6).

Канал підсумовування 7 містить вузли незалежного масштабування α 31, α 32 для сигналів Х 31, Х 32 та вузол 9 регулювання коефіцієнта пропорціональності К З для всіх вхідних сигналів, що підсумовуються.

Керуванняключами модуляторів та демодуляторів виконується напругою змінного струму прямокутної форми з частотою 20 кГц, що надходить від генератора 10. Він же формує й напруги постійного струму, що гальванічно ізольовані від загального живлення модуля живлення операційних підсилювачів входів.

3.2 Принципову електричну схему модуля А001.1 подано на рисунку 1.2. Підсилювачі-модулятори двох каналів гальванічного розділення виконані на операційних підсилювачах (ОП) А 1 (А 2) та транзисторних ключах V 1 (V 2).

Рисунок 1.1 – Функціональна схема блока Д05

Гальванічні розділювачі кожного каналу містять трансформатори Т 1 (Т 2), виконані на феритових сердечниках.

Демодулятори-підсилювачі виконані на транзисторних ключах V 3 (V 4) та ОП А 4 (А 5). Підстройка нулів підсилювачів виконується з допомогою резисторів R 12 (R 13), а підстроювання масштабних коефіцієнтів передачі за каналами гальванічного розділення – за допомогою резисторів R 44 (R 45).

Суматор виконано на ОП A 3.

Генератор містить автогенератор прямокутної напруги, виконаний на ОП A 6, та підсилювач, виконаний на транзисторах V 13 (V 16). Напруги прямокутної форми, во знімаються з обмоток ІV-VIІ трансформатора генератора (Т 3) комутують ключі модуляторів та демодуляторів. Випрямлені напруги з обмоток II та III цього трансформатора використовуються для живлення ОП А1 та А 2.

4 Модуль динамічних перетворень Д005

4.1 Функціональну схему модуля Д005.1 подано на рисунку 1.1. Кожний з двох незалежних каналів 11 та 12 модуля містить вузли: диференціюючий (інтегруючий) підсилювач, підсумовуючий підсилювач, вихідний підсилювач. Вузли обмеження дискретних сигналів обмежують за амплітудою вихідні сигнали Z 1 та Z 2.

Передавальна функція модуля описується рівняннями

або (1.8)

або (1.9)

Рисунок 1.2 – Принципова електрична схема модуля А001.1

де К – коефіцієнт пропорційності;

Т₁, Т_ДФ – постійні часу динамічного перетворення та демпфування, с.

У залежності від положення перемикача на панелі керування модуля диференціюючий (інтегруючий) підсилювач може виконувати наступні функції:

– перетворення сигналу за Д- або І-законом;

– перетворення сигналу за П- або А-законом разом з підсумовуючим підсилювачем у колі зворотного зв’язку перетворювача вхідного сигналу, причому П-перетворення сигналу є окремим випадком перетворення за А-законом з мінімальним значенням постійної часу Т 1;

– демпфування вхідного сигналу модуля при Д-перетворенні.

Вихідний підсилювач формує вихідний аналоговий сигнал модуля за напругою Y 11 (Y 21), який є вихідним сигналом блоку в цілому.

4.2 Принципову електричну схему модуля Д005.1 подано на рисунку 1.3. Зміна законів перетворення сигналів у кожному з двох незалежних каналів виконується шляхом комутації гнізд перемикачів 1П (2П) двома замикачами за схемою:

«Д» – 1а-1г (2а-2г), 1б-1д (2б-2д);

«А» та «П» – 1б-1в (2б-2в), 1д-1е (2д-2е);

«І» – 1а-1б (2а-2б), 1д-1е (2д-2е).

Входи та виходи блока X 01, X 02, Y 1l, Y 21 є основними, всі інші – допоміжними. Диференціюючий (інтегруючий) підсилювач виконаний на ОП з високоомними входами 1 А 1 (2 А 1).

Постійна часу перетворення «Т 1» («Т 2») регулюється плавно потенціометром 1 R 1 (2 R 1), а її масштабний коефіцієнт вибирається з дискретних значень «×0,1»: «×1»: «×10» замикачем комутаційних гнізд 1 S 1 (2 S 1). Для встановлення нуля підсилювача призначений резистор 1 R 20 (2 R 20). Постійна часу демпфування «Т_ДФ1» («Т_ДФ2») при Д-перетворенні регулюється потенціометром 1 R 2 (2 R 2).

Рисунок 1.3 – Принципова електрична схема модуля Д005.1

Підсумовуючий підсилювач побудований на ОП 1 А 2 (2 А 2). Встановлення нуля цього підсилювача виконується змінним резистором 1 R 18 (2 R 18).

Вихідний підсилювач виконаний на ОП 1 А 3 (2 А З). Змінний резистор 1 R 28 (2 R 28) призначений для встановлення його нуля. Коефіцієнт пропорційності модуля «К 1» («К 2») регулюється плавно потенціометром 1 R 24 (2 R 24) та дискретно встановленням замикача комутаційних гнізд 1 S 2 (2 S 2) водне з положень «×1» або «×10».

5 Органи налаштування та контролю

5.1 На панелі модуля А001.1 розташовані наступні органи налаштування та контролю:

– «α 31», «α 32» – потенціометри для плавної зміни величини масштабних коефіцієнтів за входами Х 31 та Х 32;

– «К 3» – потенціометр для плавної зміни величини коефіцієнта пропорційності за входами Х 31, Х 32, Х 33;

– комутаційні гнізда з замикачами для дискретної зміни коефіцієнта пропорційності К 3 «×0,2» та «×1»;

– «Х 11», «Х 21», «Х33» – комутаційні гнізда з замикачами для вибору виду та діапазону вхідних сигналів за входами «0-5 мА», «0-20 мА», «4-20 мА», «0-10 В»;

– «Y l», «Y 2», «Y 3» – контрольні гнізда для вимірювання вихідних сигналів відносно загальної точки «ОТ».

5.2 На панелі модуля Д005.1 розташовані наступні органи налаштування та контролю:

– панель вибору виду динамічного перетворення 1П (2П) з комутаційними гніздами та замикачами;

– «К 1», «К 2» – потенціометри для плавної зміни величини коефіцієнтів пропорційності обох каналів:

– комутаційні гнізда з замикачами для дискретної зміни величини коефіцієнтів пропорційності каналів К 1 та К 2 «×l», «×l0»;

– «Т 1», «Т 2» – потенціометри для плавної зміни величини постійних часу перетворення обох каналів;

– комутаційні гнізда з замикачами для дискретної зміни величини постійних часу перетворення обох каналів Т 1 та Т 2 – «×0,1», «×1» та «×10»;

– «Т_ДФ1», «Т_ДФ2» – потенціометри для плавної зміни величини постійної часу демпфування;

– «Y 11», «Y 12» – контрольні гнізда для вимірювання вихідних сигналів відносно загальної точки «ОТ».

6 Порядок виконання роботи

Увага! Номер досліджуваного входу або каналу модуля, а також варіанту завдання в досліді 7 задаються керівником на початку заняття.

Частина 1. Перевірка градуювання органів налаштування модуля А001.1

Дослід 1. Визначення коефіцієнта передачі елемента з гальванічним розділенням.

1.1 Підключіть джерело струму типу ЗУ05 до входу X 11 модуля А001, а вольтметр з межею вимірювання 0-5 В до його виходу Y 1.

1.2. Встановіть замикачі перемикача діапазонів вхідних сигналів у положення «Х 11» – «0-5 мА», «Х 21» – «0-5 мА», «Х 33» – «0-10 В».

1.3. Виміряйте 5-6 значень вихідного сигналу U_ai при зміні за допомогою джерела струму (ДС) вхідного сигналу в діапазоні 0-5 мА. Результати вимірювань занесіть до таблиці 1.2.

1.4. Коефіцієнти передачі елементів обчисліть за формулою

(1.10)

Обчисліть середні значення коефіцієнтів передачі для кожного з елементів К_СРі та їх відхилення Δ к_еі від указаного на шкалі значення градуювання.

Таблиця 1.2

І_е1	U_а₁	К_е1^гр	Δ к_е1	І_е2	U_а₂	К_е2^гр	Δ к_е2
мА	В	В/мА	В/мА	мА	В	В/мА	В/мА

Дослід 2. Визначення градуювання потенціометрів «α 31» и «α 31»

2.1 Виконайте п.1.1 досліду 1. Змінюючи вхідний струм, установіть на виході Y 1 напругу U_e = 4 В та подайте її на вхід Х 31. Підключіть вольтметр до виходу Y 3.

2.2 Встановіть потенціометр «К 3» на відмітку шкали «1», а перемикач його діапазону – в положення «×1».

2.3 Встановіть потенціометр масштабного коефіцієнта передачі за входом Х 31 «α 31» на відмітку шкали «1» та виміряйте величину сигналу U_a1 на виході Y 3. Результат вимірювання занесіть до таблиці 1.3.

2.4 Обчисліть дійсне значення масштабного коефіцієнта передачі за формулою

(1.11)

2.5 Обчисліть відносну похибку встановлення коефіцієнта передачі σα 31 в процентах. Результати розрахунків занесіть до таблиці 1.3.

2.6 Повторіть пп. 2.3-2.5 для положень потенціометра «α 31» «0,8», «0,6»,..., «0».

2.7 Повторіть пп. 2.3-2.5 для положень потенціометра «α 32» але при подачі сигналу U_е на вхід Х 32.

2.8 Побудуйте графіки α 31^Д = f (α 31^Г) та α 32^Д = f (α 32^Г).

Таблиця 1.3

U_е	U_a1	α 31^Г	α 31^Д	σα 31	U_a2	α 32^Г	α 32^Д	σα 32
В	В	В/В	В/В	%	В	В/В	В/В	%

Дослід 3. Визначення градуювання потенціометра «К 3»

3.1 Виконайте п.2.1 досліду 2.

3.2 Встановіть «α 31» в положення «1», «α 31» – в «0», перемикач множника «К 3» – «×1».

3.3 Встановіть потенціометр «К 3» в положення «2». Виміряйте вихідну напругу U_a та занесіть її значення до таблиці 1.4.

3.4 Обчисліть дійсне значення коефіцієнта пропорційності К 3 ^д за формулою

(1.12)

3.5 Обчисліть відносну похибку встановлення коефіцієнта передачі σK 3 в процентах. Результати розрахунків занесіть до таблиці 1.4.

3.6 Повторіть пп. 3.3-3.5 для 4-5 положень потенціометра «К 3» в межах шкали, при цьому встановіть вхідний сигнал U_е такої амплітуди, щоб вихідний сигнал не перевищував 5 В.

3.7. Встановіть масштабний множник «К 3» рівним 0,2 та виконайте пп. 3.3-3.6.

3.8. Побудуйте графік К 3^Д = f (К 3^Г).

Таблиця 1.4

U_е	U_a	К 3^Г	К 3^Д	σ K 3
В	В	В/В	В/В	%

Частина 2. Перевірка градуювання органів налаштування модуля Д005.1

Дослід 4. Визначення градуювання потенціометра «К 1» («К 2»)

4.1 Перемикач виду перетворення встановіть у положення «А», потенціометр «Т 1» – у крайнє ліве положення, перемикач множника «Т 1» – у положення «×0,1». Підключіть до виходу Y 11 вольтметр для вимірювання вихідної напруги, а для реєстрації – самописний потенціометр КСП4.

4.2 Виконайте п. 1.1 досліду 1. Змінюючи вхідний струм, встановіть на виході Y 11 напругу U_е = 3 B, потім подайте її на вхід X 01. Відключіть сигнал від ДС.

4.3 Встановіть потенціометр «К 1» в положення «0,1», перемикач його множника – в положення «×1». Подайте стрибком сигнал від ДС, значення вихідної напруги U_a1 у кінці перехідного процесу занесіть до таблиці 1.5.

4.4 Обчисліть дійсне значення коефіцієнта пропорційності щодо першого каналу К 1 ^Д за формулою

(1.13)

4.5 Обчисліть відносну похибку встановлення коефіцієнта пропорційності σК 1 в процентах. Результати розрахунків занесіть до таблиці 1.5.

4.6 Повторіть пп. 4.3-4.5 для 4-5 положень потенціометра «К 1» в межах його шкали.

4.7 Встановіть масштабний множник «К 1» рівним 10 та виконайте п. 4.2, при цьому встановіть вхідну напругу U_е такої амплітуди, щоб вихідна напруга U_a не перевищувала 5 В.

4.8 Повторіть пп. 4.3-4.6.

4.9 Побудуйте графік К 1 ^Д = f (K l ^Г).

Таблиця 1.5

U_е	U_е1	Множник К 1	K l ^Г	К 1 ^Д	σК 1
В	В	–	В/В	В/В	%

Дослід 5. Визначення градуювання потенціометра «Т 1» («Т 2»)

5.1 Перемикач виду перетворення встановіть у положення «А», потенціометр «К 1» – у крайнє ліве положення, перемикач множника «К 1» – у положення «×1».

Підключіть до виходу Y l1 вольтметр для вимірювання вихідної напруги, а для реєстрації – самописний потенціометр КСП4.

5.2 Виконайте п. 4.2 досліду 4, але встановіть вихідну напругу U_а= 5 В.

5.3 Встановіть потенціометр «Т 1» у положення «10 с», перемикач його множника – у положення «×1». Подайте стрибком сигнал від ДС та запишіть перехідний процес. Швидкість руху діаграми встановіть такою, шоб довжина графіка перехідного пронесу не перевищувала 50-80 мм.

5.4 Визначіть дійсну величину постійної часу щодо першого каналу Т 1 ^Д, для чого виміряйте величину піддотичної до графіка.

5.5 Обчисліть відносну похибку встановлення постійної часу σТ 1 у процентах. Результати розрахунків занесіть до таблиці 1.6.

5.6 Повторіть пп. 5.3-5.5 для 4 положень потенціометра «Т 1» в межах його шкали.

5.7. Встановіть масштабний множник «Т 1» рівним 10 та повторіть пп. 5.3-5.6, при цьому встановіть меншу швидкість руху діаграмного паперу КСП4.

5.8 Побудуйте графік Т 1 ^Д = f (Т 1 ^Г).

Таблиця 1.6

U_е	U_а1	Множник Т 1	Т l ^Г	Т 1 ^Д	σТ 1
В	В	–	с	с	%

Дослід 6. Визначення градуювання потенціометра «Т_ДФ1» («Т_ДФ2»)

6.1 Перемикач виду перетворення встановіть у положення «Д», потенціометр «К 1» – у положення «2», перемикач множника «К 1» – «×10». Установіть потенціометр «Т 1» у положення «20», перемикач його множника – «×1».

Підключіть до виходу Y 11 вольтметр для вимірювання вихідної напруги, а для запису – самописний потенціометр КСП4.

6.2 Виконайте п. 4.2 досліду 4.

6.3 Встановіть потенціометр «Т_ДФ1» у положення «10». Подайте стрибком сигнал від ДС та запишіть перехідний процес.

6.4 Визначіть дійсну величину постійної часу демпфування першого каналу Т_ДФ1^Д, для чого виміряйте величину піддотичної до графіка.

6.5 Обчисліть відносну похибку встановлення постійної часу σТ_ДФ1 у процентах. Результати розрахунків занесіть до таблиці 1.7.

6.6 Повторіть пп. 6.3-6.5 для 3 положень потенціометра «Т_ДФ1» у межах його шкали.

6.7 Побудуйте графік Т_ДФ1^Д = f (Т_ДФ1^Г).

Таблиця 1.7

U_е	U_а1	Т_ДФ1^Г	Т_ДФ1^Д	σТ_ДФ1
В	В	с	с	%

Частина 3. Налаштування блоку на задані параметри та визначення похибки виконання динамічних перетворень

Дослід 7. Налаштування блоку та визначення точності динамічних перетворень

7.1 Визначіть у відповідності з варіантом завдання (таблиця 1.9) за градуювальними графіками, одержаними в дослідах 1-6, розрахункові положення потенціометрів та перемикачів масштабних множників (уставки) «К 1» («К 2»), «Т 1» («Т 2»), «Т_ДФ ₁» («Т_ДФ2»).

7.2 Виставіть розрахункові значення уставок блока.

7.3 Виконайте п. 4.2 досліду 4 при вихідній напрузі U_е = 1 В.

7.4 Встановіть замикачі на панелі вибору закону перетворення послідовно в положення «А», «І», «Д». Подайте стрибком вхідний сигнал від ДС, запишіть на КСП4 перехідні процеси.

7.5 Визначіть на кожному одержаному графіку дійсні величини параметрів К 1 ^Д (К 2 ^Д), Т 1 ^Д (Т 2 ^Д), Т_ДФ ₁ ^Д (Т_ДФ2^Д).