Файл: В.А. Старовойтов Автоматическая система регулирования температуры в электротермической печи (ЭТП).pdf

10

Рис. 6. Схема работы двухпозиционного регулятора температуры с учетом динамического запаздывания

Регуляторы приборного типа работают только в комплекте со вторичным измерительным прибором и в отличие от аппаратных не имеют непосредственной связи с первичным измерительным преобразователем. Сигнал об отклонении регулируемой величины от заданного значения ε(t) поступает на вход приборного регулятора от вторичного измерительного прибора. Для этого последний имеет задающее устройство (модуль сравнения в РП160), на котором вручную устанавливается требуемое заданное значение регулируемой величины. Заданное значение хз(t) в приборах сравнивается с действительным значением x(t) регулируемой величины, определяемым положением подвижкой измерительной системы прибора, и разность ε(t) = хз(t) - х(t) подается на вход регулятора. Такие регуляторы не требуют установки дополнительных измерительных преобразователей и прокладки от них до регуляторов линий связи.

11

ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Стенд выполнен на основе вертикального металлического щита, на котором размещены объект управления и аппаратура контроля и управления (рис. 7).

Рис. 7. Общий вид стенда: 1 - прибор регистрирующий РП160; 2 - лампы сигнальные; 3 - реле промежуточные РП-24; 4 - переключатель сетевой; 5 - лампа освещения; 6 - термоэлектрическая печь; 7 - термопреобразователь сопротивления; 8 - вольтметр; 9 - реле промежуточное РП-220; 10 - электромагнитный пускатель; 11 - автотрансформатор; 12 - переключатель «Нагрузка

В качестве объекта управления используется термоэлектрическая печь сопротивления 6, подобная изображенной на рис. 1б. Электроэнергия к нагревательным элементам (нихромовая спираль) под-

12

водится от сети 220 В, однако в связи с необходимостью изменения нагрузки на печь в цепи питания установлен автотрансформатор ЛАТР 9 и вольтметр 8. Текущее (действительное) значение температуры в печи измеряется термопреобразователем сопротивления 7 и измерительным прибором 1.

Регулирование температуры в ЭТП осуществляется командными (управляющими) сигналами, вырабатываемыми двухпозиционным регулятором приборного типа и подаваемыми на электромагнитный пускатель 10. Последний, включая или отключая поток электроэнергии для нагревателей ЭТП, способствует поддержанию необходимого (заданного) диапазона температур.

Для облегчения контроля за процессом регулирования система снабжена внешней световой сигнализацией с помощью ламп 2. При этом лампа зеленого цвета и указатель задания на РП160 указывают на позицию «Мало», а красного цвета - «Много». Лампа белого цвета соответствует позиции «Норма», т.е. желаемому (требуемому) диапазону температур ЭТП. Цель создания данной автоматической системы регулирования и состоит в том, чтобы температура ЭТП не уходила за пределы этого диапазона, а если это происходит, то она должна осуществлять соответствующие воздействия. Например, температура становится меньше заданного нижнего уровня (горит зеленая лампа «Мало») и регулятор дает команду на подключение электроэнергии (срабатывает магнитный пускатель). Если температура превысила верхний уровень (горит красная лампа «Много»), регулятор отключает магнитный пускатель, прекращая подачу электроэнергии к нагревателям.

Подключение к электросети напряжением 220 В (50 Гц) осуществляется с помощью электрошнура с вилкой. Указанные пунктирными линиями приборы на рис. 7 к данной лабораторной работе не относятся.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После ознакомления с настоящими указаниями с разрешения преподавателя включить питание стенда, установив переключатель 4 в положение «Вкл». При этом должна загореться лампа освещения 5.

Открыть крышку прибора РП160 (рычаг замка потянуть на себя) и нажать кнопу «Пуск», что соответствует включению прибора в работу.

13

С помощью отвертки установить требуемые крайние значения диапазона регулируемых температур (производит преподаватель).

Подать напряжение на нагревательные элементы на уровне 100 В, вращая рукоятку автотрансформатора 11 и ориентируясь на показания вольтметра 8.

Наблюдать за ходом процесса разогрева и выдержки заданных температур по диаграмме и шкале прибора РП160.

После появления 2-3 периодов колебаний температур в момент достижения максимальной температуры отключить питание ЭТП с помощью тумблера «Нагрузка», установив его в положение «Откл». Этот момент соответствует началу режима охлаждения ЭТП. Охлаждение вести до температуры окружающей среды. Время, затраченное на охлаждение, определяется по часам или же по диаграмме с учетом скорости ее перемещения.

Выключить питание прибора и отключить питание стенда. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Применяемые для ЭТП электрические двух- и трехпозиционные терморегуляторы имеют раздельные устройства для установки заданной температуры Θз и пределов нечувствительности ∆Θ1(а) и ∆Θ2(-а).

Регуляторы приборного типа (наш случай) позволяют осуществить задание только чтения диапазона температур, т.е. зоны нечувствительности. Поэтому Θз следует рассматривать как среднеарифметическую от крайних значений диапазона

момент t1 на объект (ЭТП) нанесено ступенчатое воздействие от Θ1 до Θс (штриховая линия на рис. 8), где температура окружающей сре-

14

ды Θс. Скорость охлаждения ЭТП, с одной стороны, определяется как - dΘп/dt, а с другой - как k(Θп - Θс), где k - коэффициент пропорциональности (k > 0).

При t = t1 = 0 температура ЭТП Θп = Θ1. Подставляя эти значения в уравнение (4), получим Θ1 = Θс = me0, откуда m = Θ1 - Θс.

Следовательно

Для определения k необходимо знать, что за какое-то время, например t2 - t1, ЭТП охлаждается до Θ4 , т.е. при t2 ЭТП имеет темпера-

туру Θп = Θ4. Отсюда приходим к соотношению Θ4 −Θс = mе−t2k , на-

ходим e−t2k = (Θ4 −Θc )/ m или e−k =[(Θ4 −Θc )/ m]1t2 . Теперь равенство (5) перепишется как

и оно будет представлять собой динамическую характеристику управляемого объекта, где величины Θ1, Θ4 и t2 определяются экспериментально по диаграмме. Задаваясь временем t, можно по формуле построить переходную характеристику, аналогично полученной на диаграмме. Величина Θс определяется по ртутному термометру в лаборатории.

15

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните действие двухпозиционного автоматического регулятора и проиллюстрируйте это с помощью статической характеристики.

2.Что представляет собой объект управления (регулирования) в настоящей работе?

3.Объясните причины «ухода» температуры ЭТП за заданные пределы регулирования.

4.Каков смысл надписей (и расцветок) у сигнальных ламп «Мало», «Много» и «Норма», и как они согласуются с командами регулятора?

5.В чем принципиальное отличие регуляторов приборного типа от аппаратных?

6.Пользуясь кривой переходного процесса, объясните работу двухпозиционного регулятора с зоной нечувствительности, подчеркнув моменты подачи командных сигналов.

7.Каковы условия получения переходной характеристики объекта управления (ЭТП)?

8.Какие преимущества имеют двухпозиционные регуляторы с зоной нечувствительности по сравнению с такими же, но без зоны?

9.Для чего необходима следящая система в приборе РП160 и как она работает?

10.Какой параметр характеризует инерционность процесса охлаждения ЭТП?

11.Объясните работу прибора РП160 по функциональной схеме на рис. 4.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии/ А.Н. Плановский, П.И. Николаев. -М.: Хи-

мия, 1987.-496 с.

2.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок.-

М.: Высш. шк., 1989.-304 с.

3.ШарковА.А. Автоматическое регулирование и регуляторы в химической промышленности.- М.: Химия, 1990.-288 с.

4.Клюев А.С. Автоматическое регулирование.-М.: Высш.шк., 1986.-351 с.

5. Кручинин А.М. Автоматическое управление электротермическими установками/ А.М Кручинин, К.М. Махмудов.- М.: Энерго-

атомиздат, 1990.-368 с.

Составители ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ СТАРОВОЙТОВ НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА ШАУЛЕВА

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ (ЭТП)

Методические указания к практическим занятиям по курсу «Управление техническими системами» для студентов направления 551800

Редактор З.М. Савина

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 11.11.00. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ

Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.