Порядок выполнения работы

Стр 1 из 4Следующая ⇒

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине:

«Системы автоматизации и управления»

Новочеркасск

УДК 621.311.22.661.5 (075.8)

Рецензент –

Горбачев В.М., Осадчий И.В., Тырникова Ю.В.

Системы автоматизации и управления; метод.указ. К лабораторным работам / Юж.-Рос.гос.техн.ун-т – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2011 – с.

В указаниях включены 4 лабораторные работы, содержащие материал по составлению структурных схем автоматического управления технологическими процессами, исследованию принципиальной схемы узла автоматики и сведения по программированию цифрового регулятора.

Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 140100 «Тепловые электрические станции», изучающих вопросы проектирования и эксплуатации АСУ технологическими процессами.

Работа издана в соответствии с требованиями и правилами оформления текстовых документов в учебном процессе.

университет, 2011

Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И СОСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Цель работы: получение практических навыков по разработке функциональных схем автоматических систем регулирования (АСР) тепловых процессов ТЭС и изучение принципа действия, конструкции и характеристик основных элементов схем тепловой автоматики

Задание

- ознакомиться со структурой основных схем регулирования тепловых процессов ТЭС;

- изучить назначение, конструкцию, принцип действия и характеристики основных блоков аппаратуры регулирования;

- разработать функциональные схемы для заданных объектов, типа аппаратуры, параметра регулирования;

- реализовать разработанную схему на лабораторном стенде и провести анализ ее работы при заданных преподавателем условиях;

- составить функциональную схему АСР из элементов, заданных преподавателем.

Пояснения к работе

На лицевой панели стенда установлены как реальные устройства систем регулирования в виде, удобном для изучения их конструкции и принципа действия, так и даны схематические изображения элементов систем регулирования. Под каждым устройством и условным изображением элемента АСР установлена сигнальная лампа, которая зажигается нажатием одной из клавиш коммутаторов А,Б,В,Г. В нижней части панели приведена таблица коммутации сигнальных ламп. Набор функциональной схемы на стенде заключается в зажигании сигнальных ламп под устройствами, входящими в схему.

Большинство АСР, применяемых на ТЭС [1,2], относится к стабилизирующим системам, призванным поддерживать заданное значение регулируемой величины. Эти системы могут следить за изменением как одного, так и нескольких параметров. Самыми простыми являются одноконтурные АСР, следящие за регулируемой величиной (рис.1).

рис.1.

Регулирующий прибор 1 сравнивает заданное значение регулируемой величины uс действительнымy и в случае их неравенства, вызванного изменением внешних возмущений: ν -- на объект 2; λ – на регулирующий орган 3; или задания u, вырабатывает сигнал воздействия и на регулирующий орган 3, изменяя величину входного воздействиях таким образом, чтобывеличинау вновь вернулась к заданному значению. По таким схемам осуществляется регулирование разрежения в топке котлов, давления пара в деаэраторе, температура аэросмеси на выходе барабанных мельниц. Основным недостатком этих САР является то, что они вступают в работу лишь после отклонения регулируемой величины от заданного значения. Поскольку большинство объектов обладает инерционностью, то возникающее отклонение регулируемой величины устраняется лишь через какое-то время, что ведет к существенным отклоненияму, т.е. к снижению качества регулирования.

Для повышения качества регулирования применяют САР, следящие не только за регулируемой величиной, но и за возмущающим воздействием, так называемые комбинированные САР (рис.2). По такой схеме осуществляется регулирование питания барабанного котла.

Рис.2

Основным возмущающим воздействием n в системе регулирования является расход острого пара. По величине сигнала n вырабатывается компенсирующий сигнал, который подается на вход регулятора 1. Также на вход регулятора подается сигнал, пропорциональный расходу питательной воды х. Сигнал о регулируемой величине у (уровне воды в барабане) сравнивается сигналом-заданиея u. САР обеспечивает качественное регулирование, т.к. изменение расхода пара ведет к появлению регулирующего воздействия µ еще до отклонения уровня воды в барабане, а контроль уровня воды обеспечивает высокую точность поддержания его в установившемся режиме. Такой регулятор называют трехимпульсным.

В некоторых системах для повышения быстродействия САР используют сигнал по скорости изменения вспомогательного параметра в промежуточной точке, расположенной как можно ближе к точке входного воздействия. Структурная схема такой САР приведена на рис.3

По такой схеме регулируют температуру острого и вторично перегретого пара в котлах. Сигнал ∂у_пр/∂t формируется дифференцирующим блоком 4 и поступает на регулирующий прибор 1 еще до измененияу. Такое опережающее вступление регулятора в работу повышает качество регулирования.

рис.3

В случае, если измерить возмущающие величины с достаточной точностью невозможно, применяют схемы регулирования, контролирующие параметры, косвенно характеризующие изменение возмущающих величин.Примером может служить один из вариантов двухконтурной САР регулирования расхода топлива, схема которой показана на рис.4.

Рис.4.

Схема содержит: регулятор топлива 1 и корректирующий регулятор давления 5, выполняющий функции автоматического задатчика по отношению к регулятору 1. Изменение паровой нагрузки котла со стороны турбины (внешнее возмущение) приводит к изменению давления у и, следовательно, к выработке нового задания корректирующим регулятором регулятору топлива. Регулятор топлива будет воздействовать на изменение расхода топлива до тех пор, пока давление не вернется к заданному значению. При внутренних возмущениях (например, изменение качества топлива) регулятор 1 вступает в работу по сигналу ∂у_пр/∂t (скорость изменения давления пара в барабане) еще до изменения давления пара на выходе из котла.

Автоматические системы регулирования технологических процессов
ТЭС используют электрическую аппаратуру «Каскад-1», «Каскад-2», АКЭСР-1, АКСЭР-2, РПИБ [1,3].

Автоматические регуляторы серии «Каскад»

Регуляторы серии «Каскад-1» построены по блочно-модульному принципу, используют унифицированный сигнал связи 0-5мА и 0-20мА и обеспечивают: суммирование и компенсацию сигналов, поступающих от первичных преобразователей (датчиков), и усиление этих сигналов до значения, необходимого для управления пусковым устройством исполнительного механизма. Регуляторы реализуют пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-дифференциальный (ПД) и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) законы регулирования в пульсирующем и аналоговом режимах изменения выходного сигнала.

К основным блокам аппаратуры относятся:

1. Измерительный блок И-04 позволяет осуществить суммирование четырех сигналов от первичных измерительных преобразователей, компенсацию полученной суммы сигналом встроенного корректора, введение сигнала задания от внешнего задатчика. Выходной сигнал блока, пропорциональный разности между заданным значением и алгебраической суммой входных сигналов, подается на регулирующие блоки Р-12, Р-21 и другие функциональные блоки.

2. Регулирующий релейный блок Р-21 служит для формирования импульсов управления электрическим исполнительным механизмом. Переключение выходных цепей Р-21 с автоматического управление на ручное и обратно осуществляется с помощью блока управления БУ-21.

3. Регулирующий аналоговый блок Р-12 формирует выходной сигнал 0-5мА. Входные сигналы вводятся в блок с выхода И-04

4. Функциональные блоки: суммирования А-04, умножения А-31, деления А-32, дифференцирования Д-01 и др.

5. Блок динамического преобразования Д-03 обеспечивает реализацию передаточной функции одного из следующих звеньев: дифференцирующего, интегрирующего и пропорционального. Блок имеет три ступени автоподстройки параметров.

6. Устройство задающее ЗУ-11 и ЗУ-05 предназначено для оперативного изменения заданного значения регулируемой величины с пульта управления. Представляет собой переменный резистор со шкалой.

7. Блоки управления аналогового БУ-12 и релейного БУ-21 регуляторов предназначены для безударного переключения управления пусковыми устройствами исполнительного механизма с автоматического управления на дистанционное с помощью кнопок «больше», «меньше».

8. Первичные измерительные преобразователи (ИП) типов Ш-78, Ш-79, Сапфир-22, Метран. Преобразователь Ш-78 предназначен для линейного преобразования сигналов электрических термопреобразователей (термопар) и сигналов датчиков напряжения постоянного тока в унифицированный сигнал 0-5мА. Преобразователь Ш-79 предназначен для линейного преобразования сигналов термопреобразователей сопротивления в унифицированный сигнал 0-5мА. Преобразователи Сапфир-22 и Метран обеспечивают непрерывное преобразование давления избыточного, разрежения, разности давления в унифицированный токовый сигнал 0-5мА или 0-20мА. Погрешность преобразования от 0,25% до 1%. Первичные преобразователи Ш-78, Ш-79, Сапфир-22, Метран применяют также с аппаратурой АКЭСР.

9. Пусковые устройства обеспечивают необходимое усиление мощности управляющих сигналов, поступающих от регулирующего блока при автоматическом регулировании или от оператора при дистанционном управлении. Пусковые устройства бывают контактные и бесконтактные. Каждый тип пускового устройства рассчитан на работу с определенным типом исполнительного механизма. Основным из контактных пусковых является пускатель магнитный реверсивный с электроконденсаторным тормозным устройством типа ПМРТ-69. Контактор имеет две катушки, на которые поступают сигналы управления «больше» и «меньше», и связанные с ними системы контактов. При поступлении на первую катушку команды «больше» связанные с ней контакты замыкаются, и на исполнительный механизм подается напряжение питания с чередованием фаз А, В, С. При поступлении на другую катушку команды «меньше» замыкается ее система контактов. При этом на исполнительный механизм будет подано напряжение с чередованием фаз А, С, В. Это приведет к изменению направления вращения исполнительного механизма. Основной недостаток контактных пусковых устройств — невысокая надежность контактной системы. Бесконтактный тиристорный пускатель У-101 обеспечивает реверсивное управление трехфазными электродвигателями мощностью до 1,1кВт. (рис.5)

рис.5

В качестве коммутирующих элементов в пускателе используют тиристоры VS1-VS4. Если управляющее напряжение поступает на зажимы 7-8, то на выходе блокинг-генератора 1 появляются импульсы, вызывающие открытие тиристоров VS1 и VS4. При этом на электродвигатель М исполнительного механизма подается напряжение с чередованием фаз А, В, С. При поступлении сигнала управления на зажимы 9-8 на выходе блокинг-генератора 2 появляются импульсы, открывающие тиристоры VS2, VS3. На двигатель будет подано напряжение с чередование фаз А, С, В и он начнет двигаться в противоположную сторону.

Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2 предназначен для управления исполнительными механизмами, оснащенными однофазными электродвигателями с симметричными обмотками.

10. Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующего органа. Они состоят из металлического корпуса, в котором размещаются электродвигатель, редуктор, узел ручного привода, два датчика положения выходного вала и концевые выключатели. Полный ход выходного вала может быть от 90° до 270°. Исполнительные механизмы характеризуются: крутящим моментом М_кр, временем полного хода Т_{им ,} номинальным полным ходом Y_им. Так для различных модификаций механизмов типа МЭО М_кр=4-400 кгс·м, Т_им= 10-160 с, Y_им=0,25; 0,68 оборота.

Автоматический регулятор серии АКЭСР.

Агрегатированный комплекс электрических средств регулирования АКЭСР характеризуется использованием интегральных микросхем, повышенной функциональной насыщенностью отдельных блоков. Аппаратура содержит следующие основные блоки:

1. Регулирующий блок импульсный РБИ предназначен для формирования П-, ПИ- или ПИД- закона регулирования. В аппаратуре АКЭСР измерительные блоки совмещены с регулирующими. Поэтому сигналы от измерительных приборов (термоэлектрических преобразователей, индукционных и дифференциально-трансформаторных датчиков и других), проходя через нормирующие преобразователи НП, блоки кондуктивного разделения поступают на вход РБИ. Импульсный сигнал с выхода РБИ подается на пусковое устройство, управляющее однофазным или трехфазным двигателем.

2. Регулирующий блок аналоговый РБА предназначен для формирования аналогового сигнала в соответствии с П-, ПИ- или ПИД- законами регулирования. Блок имеет пять входов для аналоговых сигналов по напряжению и два по току.

3. Блок кондуктивного разделения БКР предназначен для ввода и вывода информации системы АКЭСР. В них производится преобразование токового сигнала в сигнал напряжения, разделение входных и выходных цепей, демпфирование или дифференцирование.

4. Функциональные блоки: вычислительных операций БВО, нелинейных преобразований БНП, селектирования БСЛ, прецизионного интегрирования БПИ, ручные задатчики, блоки управления и др.

Автоматические регуляторы серии РПИБ

Аппаратура РПИБ позволяет реализовать ПИ- и ПИД- законы регулирования. Она включает: импульсный регулирующий блок, называемый электронным блоком ЭБ, одинаковым для всех модификаций прибора; измерительные блоки, предназначенные для работы с конкретными первичными измерительными преобразователями; корректирующий блок КПИ, применяемый в каскадных схемах регулирования для управления подчиненными регуляторами и выполняющего функции автоматического задатчика по отношению по к ним; дифференцирующие блоки ДЛ и другие вспомогательные устройства. Регуляторы РПИБ классифицируют по типу применяемого измерительного блока, так РПИБ-III имеет измерительный блок И-III, к которому можно подсоединить до трех датчиков с индукционными или дифференциально-трансформаторными преобразователями, РПИБ Т работает с термоэлектрическими термометрами.

Схемы регулирования с аппаратурой РПИБ, как и ранее рассмотренные, содержат задатчик ручного управления ЗРУ, блок управления БУ6, пусковые устройства типа МКР, ПМКТ, У-101 и исполнительные механизмы.

Порядок выполнения работы

Собрать структурную схему системы регулирования технологического параметра в соответствии с заданием. Варианты заданий помещены в таблицу.

Таблица

Тип регулятора	Варианты

«Каскад»	t_тп	t_тс	Р
«АКСЭР»				t_тп	t_тс	Р
«РПИБ»							t_тп	t_тс	Р

Здесь регулируемые величины и типы датчиков:

- t_тп- температура, измеренная термопарой;

- t_тс- температура, измеренная термометром сопротивления;

- Р- давление, измеренное датчиком давления «Сапфир».

Составление отчета

Отчет по работе должен содержать :

- цели и задачи работы;

- описание одноконтурной САР;

- задание по составлению структурной схемы в соответствии с вариантом;

- структурную схему регулирования параметра объекта, в состав которой входит регулятор и датчик, типы которых указаны в задании;

- описание работы схемы с указанием назначения каждого структурного элемента и вида преобразования сигнала в нем.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой система автоматического регулирования в общем виде. Как называются величины, действующих на входах – выходах объекта и регулятора?

2. Что такое комбинированное регулирование и для какой цели оно используется?

3. Объясните работу трех- импульсного регулятора питания барабанного котла.

4. Объясните работу регулятора температуры острого пара.

5.Объясните работу системы, косвенно контролирующую возмущающие воздействия.

6. Объясните принцип действия датчиков температуры и давления..

7.Объясните назначение каждого элемента структурной схемы системы регулирования, вариант которой задан преподавателем.

Лабораторная работа №2

ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЗАДВИЖКОЙ

Цель работы: Изучение и анализ работы схем дистанционного управления задвижкой.

Задание:

- изучить схему управления задвижкой;

- изучить конструкцию и принцип действия исполнительного механизма типа КДУ-1

- проанализировать работу схемы при подаче команд «открыть» и «закрыть»;

- составить таблицу сигнализации состояния задвижки.

Пояснения к работе

Электроприводы задвижек представляют собой наиболее обширную группу приводов на тепловых электростанциях. Задвижки служат в основном запорными органами, но в отдельных случаях используются как регулировочные органы с дистанционным или автоматическим управлением.

Существуют несколько основных типов задвижек. Наиболее распространены конструкции шиберного типа. На электростанциях применяют как задвижки высокого давления, так и задвижки низкого давления. Подавляюще число задвижек оснащено электроприводами.

Перемещение задвижки осуществляется исполнительным механизмом, состоящим из электрического сервопривода и колонки дистанционного управления (КДУ).

Электрический сервопривод представляет собой двухступенчатый редуктор с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя переменного тока на напряжение 380/220В и скорость вращения 1400об/мин. На выходном валу сервопривода крепится рычаг для сочленения с задвижкой и кулачок для соединения с тягой обратной связи. Полный ход сервопривода соответствует повороту выходного вала на 90°. Время полного хода для данной модели составляет 30с. В корпусе колонки дистанционного управления размещаются клемник и панель, на лицевой стороне которой смонтированы концевые выключатели и потенциометрический датчик указателя положения. По достижении рычагом исполнительного механизма крайних положений подвижные контакты концевых выключателей отходят от неподвижных, при этом разрывается цепь питания электродвигателя. Предельный угол поворота выходного вала устанавливается с помощью регулировочных винтов концевых выключателей.

Во многих случаях, особенно для задвижек высокого давления, требуется плотное закрытие с тем, чтобы исключить пропуск среды. Концевой выключатель не может быть настроен на плотное закрытие, он всегда отключит электродвигатель при наличии некоторого зазора между штибером и телом задвижки. Для плотного закрытия используются либо муфты предельного момента, либо электрическое токовое реле. Муфта предельного момента передает вращающий момент от электродвигателя к задвижке. При полном закрытии («заклинивании») момент на валу резко возрастает, и муфта отсоединяет привод от задвижки. Одновременно концевой выключатель муфты отключает электродвигатель.

Токовое реле для «заклинивания» включается в одну из фаз цепи питания электродвигателя. При плотном закрытии двигатель начинает тормозиться, величина тока в нем и в обмотке реле резко возрастает, реле срабатывает и дает сигнал на отключение электродвигателя.

К схемам управления задвижкой предъявляются специфические требования, обусловленные особенностями привода задвижки и условиями ее работы. Так, например, кроме остановки в крайних положениях, должна быть обеспечена остановка задвижки в любом месте хода, поэтому схема управления должна воспринимать три управляющие команды – «открыть», «закрыть» и «стоп».

Все три команды должны подаваться одним ключом управления, чтобы свести количество аппаратуры на щитах к минимуму. Ключи предназначены для подачи только двух команд – на открытие и закрытие поворотом рукоятки вправо и влево от фиксированного нейтрального положения. Поэтому команда «стоп» подается кратковременным поворотом рукоятки в сторону, противоположную ходу; если задвижка движется на закрытие, подается команда на открытие и наоборот.

Положение задвижки – открытое, закрытое, ход на открытие и закрытие, промежуточный останов – должны сигнализироваться только двумя лампами: зеленой и красной. В данной схеме для сигнализации хода задвижки используется мигающий свет.

Описание работы схемы

Схема управления задвижкой приведена на рис. 6.

Питание силовых цепей электродвигателя осуществляется напряжением 380В, а цепей управления — 220В.

При подаче команд ключом управления КУ подается напряжение на катушку ПМО или ПМЗ реверсивного магнитного пускателя, что приводит к замыканию контактов соответствующей катушки и запуску двигателя Д на открытие или закрытие задвижки.

Для исключения возможности поломки механизма при подаче команды «открыть» на уже открытую и команды «закрыть» на уже закрытую задвижку в цепи подачи командного сигнала включены соответствующие конечные выключатели 1ВК и 2ВК, разомкнутые в крайних положениях задвижки. В схеме управления исключена также возможность одновременной подачи напряжения на обе катушки ПМО и ПМЗ, так как это может привести к перегоранию одной из катушек. С этой целью в схеме выполнена электрическая блокировка : в цепь пускателя ПМО введены размыкающие контакты ПМЗ и наоборот.

После включения пускатель ПМО самоудерживается своим замыкающим контактом ПМО. При полном открытии задвижки концевой выключатель 1ВК размыкает цепь самоподхвата пускателя. После подачи команды на закрытие самоудерживание катушки ПМЗ идет через параллельно включенные контакты РТ и 3ВК.

Для плотного закрытия задвижки служит токовое реле РТ. При заклинивании ток в РТ резко возрастает, реле срабатывает и разрывает цепь питания пускателя ПМЗ. Для остановки задвижки в промежуточном положении используется реле РС. Если во время хода задвижки подать противоположную команду, реле РС получает питание от фазы «А» по цепи : 1ВК, контакты ПМО, контакты 2-4 ключа КУ и ноль при ходе «на открытие», или по цепи 3ВК и РТ, контакт ПМЗ, контакты 5-7 КУ при ходе на «закрытие».

Реле РС самоудерживается своими замыкающими контактами РС2 или РС4 и одновременно контактами РС1 и РС3 разрывает цепи питания катушек ПМО и ПМЗ, приводя к остановке двигателя. Самоудерживание реле РС необходимо для того, чтобы после команды «стоп» привод не выполнил следующую команду на реверс задвижки, так как рукоятка ключа повернута оператором. Только после того, как рукоятка будет отпущена и ключ вернется в нейтральное положение, реле РС обесточится, и схема управления придет в исходное состояние. Задвижка при этом останется в промежуточном положении и будет готова к выполнению новых команд на открытие или закрытие.

рис.6

Сигнализация положения задвижки выполнена на концевых выключателях 1ВК и 2ВК с использованием блок -контактов магнитного пускателя. Если привод не работает и магнитные пускатели ПМО и ПМЗ обесточены, горит ровным светом либо лампа ЛЗ через цепь концевого выключателя 1ВК, либо лампа ЛК через цепь выключателя 2ВК, либо обе лампы, если задвижка находится в промежуточном положении и оба концевых выключателя замкнуты, цепи ровного горения ламп выведены на шину ШС.

Ход задвижки сигнализируется миганием одной из ламп, которая подсоединяется замыкающимися контактами ПМО и ПМЗ к шине мигания ШМ.

12 3 4 Следующая ⇒