Исследование одноконтурной АСР с контролером Yokogawa

1 Цель работы

Цель работы: исследование принципов функционирования одноконтурной автоматической системы регулирования (АСР), ее свойств, а также статических и динамических характеристик системы и объекта управления.

2 Схема и описание лабораторной установки

Функциональная схема исследуемой АСР состоит из объекта регулирования (паяльника), датчика температуры (термопары), регулятора «Yokogawa YS150» и исполнительного устройства (тиристорного преобразователя), АСР изображена на рисунке 1.[pic 1][pic 2]

Рисунок 1 - Функциональная схема АСР

Объект управления (ОУ) – паяльник. В качестве датчика температуры используется хромель-алюмелевая термопара (тип ТХА), установленная вместо жала паяльника. Принцип работы термопары основан на явлении термоЭДС, заключающейся в возникновении ЭДС на концах двух спаянных проволок из разных металлов при возникновении разницы температур между их концами.

Регулируемая величина – температура объекта. На схеме обозначены: утек – текущее значение регулируемой величины, уизм – ее измеренное значение (строго говоря, текущее и измеренное значения отличаются друг от друга на величину погрешности датчика), узад – заданное значение регулируемой величины.

Величина ЭДС, пропорциональная температуре паяльника, передается в контроллер «Yokogawa YS150». На рисунке пунктиром показан корпус одноконтурного микропроцессорного контроллера Yokogawa YS150, включающий в себя кроме собственно регулятора звено для вычисления ошибки регулирования е как разницы между заданным и измеренным значениями регулируемой величины. В скобках приведены обозначения, принятые в контроллере.

Регулятор выдает унифицированный электрический токовый сигнал в диапазоне 4…20 мА на исполнительное устройство. Исполнительное устройство (симисторный преобразователь) управляет величиной (мощностью) переменного электрического тока, протекающего через паяльник. При токе 4 мА мощность равна нулю, при 20 мА – максимуму (напряжение 110 В).

Возмущающие температуры окружающей среды и напряжения питания тиристорного преобразователя.

2.1 Регулятор

Одноконтурные многофункциональные контроллеры YS150 имеют возможность выполнять гибкое управления и арифметические операции, необходимые для управления технологическим процессом. Они позволяют осуществлять операции:

- показ, установка и оперирование входными/выходными значениями;

- вывод на экран переменной процесса в виде тренда;

- встроенное ПЗУ может сохранять параметры и пользовательские функции;

- автоматическое определение оптимальных параметров регулятора;

- обеспечение подключения к системам управления или компьютерам;

- самодиагностика прибора.

АСР, созданная на базе контроллера, может работать как система стабилизации (задание постоянно), следящая система (задание поступает извне и заранее регулятору неизвестно) и как система программного регулирования (задание изменяется по заранее заданной программе.

Регулятор реализует ПИД-закон регулирования, т.е. его можно представить как три параллельно работающих регулятора: пропорционального (П), интегрального (И) и дифференциального (Д), изображенных на рисунке 2. Соответственно, его передаточная функция состоит из трех слагаемых: WПИД(s) = K1 + [pic 3] + K2s.[pic 4]

Рисунок 2 - ПИД-регулирование

В регуляторе «Yokogawa» приняты обозначения сигналов: задание SV (Setpoint Value), регулируемая величина PV (Process Value), управляющее воздействие MV (Manipulated Variable).

3 Ручной режим управления

Ход работы в ручном режиме:

1. перейти в ручной режим;

2. изменяя управляющее воздействие вывести температуру на заданное значение, определяемое таблицей 1:

3.Установить управляющее воздействие MV равным 10 % (клапан закрыт).

4.Перейти на панель трендов и дождаться наступления статического режима (график тренда PV–горизонтальная прямая).