Методические указания к практическим занятиям по предмету “Автоматизация производственных (стр. 3 из 9)
4.3 Выделить достоинства и недостатки электронных сигнализаторов уровня на примере ЭСУ-1М.
4.4 Сделать вывод об изученном материале.
5 Содержание отчета
5.1 Изобразить принципиальную схему электронного сигнализатора уровня ЭСУ-1М.
5.2 Описать принципиальную схему и принцип действия электронного сигнализатора уровня ЭСУ-1М.
5.3 Сделать вывод.
6 Контрольные вопросы
6.1 Приведите классификацию средств измерения уровня по принципу действия.
6.2 Приведите классификацию средств измерения уровня для сыпучих материалов.
6.3 Объясните принцип действия поплавковых уровнемеров.
6.4 Раскройте принцип действия гидростатических уровнемеров.
6.5 Поясните принцип действия кондуктометрических уровнемеров.
6.6 Расскажите кратко о принципе действия уровнемеров для сыпучих материалов.
Практическая работа № 4
Изучение характеристик объектов регулирования
1 Цель работы
Изучить статическую, динамическую, частичную и емкостную характеристику объектов.
2 Перечень справочной литературы
Основы автоматизации технологических процессов пищевых производств / В.Ф. Яценко, В.А. Соколов, Л.Б. Сивакова и др. Под ред. В.А. Соколова.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–400с. с. 155…160.
3 Краткие теоретические сведения
Статической характеристикой объекта называется зависимость его выходной величины от входной в установившемся режиме. В общем виде статическая характеристика линейного звена описывается уравнением xвых = kxвх, где k – коэффициент 
усиления (передачи) звена, показывающий, во сколько раз изменение выходной величины больше или меньше изменения входной.Линейная статическая характеристика имеет вид прямой линии и оценивается углом ее наклона α к оси абсцисс. Отношение выходной величины к входной для любой точки линейной характеристики – величина постоянная и выражается через тангенс угла наклона: tgα = xвых/xвх = k.
Статические характеристики часто представляют графически.
На рис.4.1 приведен график статической
характеристики линейного звена. По оси абсцисс Рисунок 4.1. График
откладывается значение входной величины, а по статической характери-оси ординат – выходной. стики линейного звена
Большинство реальных элементов, из
которых состоит автоматическая система регулирования, нелинейны. Расчет таких систем очень сложен, поэтому для облегчения расчетов прибегают к линеаризации статических характеристик нелинейных звеньев на небольших участках, называемых рабочими. При линеаризации нелинейные уравнения, описывающие статическую характеристику объекта, заменяют линейными.
Статические характеристики определяют экспериментальным путем, а также аналитически. Статические характеристики объекта характеризуют его только в равновесном состоянии. Для характеристики объекта в любом другом состоянии необходимо знать его динамические свойства.
Динамической характеристикой объекта называется зависимость выходной величины во времени в переходном режиме при определенном законе изменения входной величины.
Динамические характеристики включают в себя временные и частотные характеристики. Временная характеристика, или кривая разгона, – это динамическая характеристика, полученная при однократном мгновенном скачкообразном возмущении. Частотная характеристика показывает зависимость изменения выходной величины от входной, если последняя изменяется по синусоидальному закону.
Динамические характеристики объекта можно определить экспериментально и аналитически, так же как и статические характеристики. При экспериментальном получении кривой разгона регулятор отключается от объекта регулирования и на вход системы вручную наносится единичное ступенчатое воздействие (рис. 4.2).
По кривой разгона определяют следующие динамические параметры: запаздывание, постоянную времени и коэффициент передачи.Запаздывание τ определяется отрезком времени от момента внесения возмущения до точки пересечения касательной с осью абсцисс, проведенной в точке n, соответствующей максимальной скорости изменения выходной величины.
Постоянная времени Т – отрезок времени от момента пересечения каса-тельной с начального установившегося
Рисунок 4.2. Кривая разгона. значения 1 до момента пресечения с ли-
нией нового установившегося значения 2. Это условное время, в течение которого выходная величина изменилась бы от начального до нового установившегося значения, если бы это изменение происходило с постоянной и максимальной для данного процесса скоростью.
Коэффициент передачи – отношение изменения выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние к единичному возмущению на входе. За единичное возмущение принимают изменение входной величины объекта на 1%. Коэффициент передачи (kоб) вычисляется по формуле kоб = (хк – х0) / Δμ, где х0 и хк – значение выходной величины соответственно в начальном и новом установившемся состоянии; Δμ – значение вносимого возмущения, % хода регулирующего органа.
Зная коэффициент передачи kоб (усиления), постоянную времени разгона Т, время запаздывания τ, отношение времени запаздывания к постоянной времени разгона τ/Т, входную величину xвх, а также начальное х0 и установившееся хк значение выходной величины, можно подобрать тип регулятора, приближенно определив его настройку, не прибегая к моделированию каждого объекта.
Несмотря на большое разнообразие объектов регулирования в пищевой промышленности, их различные конструкции и принципы действия, все они имеют ряд общих свойств: обладают емкостью, самовыравниванием, запаздыванием.
Емкость объекта – способность накапливать вещество или энергию, что возможно, когда в регулируемом объекте имеется сопротивление выходу вещества или энергии. Например, если бы не было гидравлического сопротивления сливных труб объектов, в которых регулируется уровень, жидкость не могла бы накапливаться и сосуд не обладал бы емкостью. Если тепловой объект (дистилляционный куб), где регулируется температура, не имел бы тепловой изоляции, то тепловая емкость не создавалась бы вследствие рассеивания всего тепла.
В зависимости от числа емкостей различают одно-, двух- и многоемкостные объекты регулирования. Одноемкостный объект состоит из одного сопротивления и одной емкости. Двух- и многоемкостные объекты состоят из двух или более емкостей, участвующих в процессе регулирования и разделенных переходными сопротивлениями. Большинство промышленных объектов регулирования являются многоемкостными. Объекты, обладающие емкостями, изображены на рис. 4.3
Рисунок 4.3. Схемы объектов, обладающих емкостью:
а – одноемкостный; б – двухемкостный;
в – многоемкостный.
Мерой емкости объекта служит коэффициент емкости – количество вещества или энергии, которое необходимо подвести к объекту или отвести от объекта, чтобы изменить величину регулируемого параметра на единицу. Так, для объекта, где регулируется температура, коэффициентом емкости будет то количество тепла, которое необходимо ввести в объект, чтобы температура регулируемой среды повысилась на 1ºС.
Чем больше коэффициент емкости объекта, тем меньше изменяется регулируемый параметр при одном и том же изменении количества подаваемого продукта. Следовательно, легче поддаются регулированию объекты, имеющие большой коэффициент емкости.
Коэффициент емкости определяется по формуле С = ΔQ / (dφ / dt), где ΔQ – разность между притоком и расходом вещества или энергии; φ – регулируемый параметр; t – время.
Переходное (емкостное) запаздывание τ характерно для многоемкостных объектов. Величина этого запаздывания возрастает с увеличением числа емкостей и возникает при преодолении потоком вещества или энергии сопротивлений, разделяющих гидравлические, тепловые и другие емкости объекта. В процессе эксплуатации объектов величины емкостного запаздывания могут значительно возрастать. Например, в теплообменных аппаратах это вызывается в основном загрязнением поверхностей теплообмена, в гидравлических системах – загрязнением или засорением вентилей и труб, соединяющих аппараты, в насадочных аппаратах колонного типа – загрязнением, замораживанием и обвалом насадки.
Чистое (транспортное) запаздывание – время (τч) от момента внесения возмущающего воздействия до начала изменения регулируемого параметра. Это время необходимо для того, чтобы поток вещества или энергии, обладающий скоростью v, прошел расстояние l от места внесения возмущающего воздействия до места, в котором измеряется значение регулируемого параметра, т. е. τч = l / v.
Минимальным чистым запаздыванием обладает объект, работающий при максимальной нагрузке, или объект, через который сигнал распространяется с большой скоростью. Например, изменение давления или скорости потока жидкости, полностью заполняющей гидравлическую систему, распространяется настолько быстро, что чистое запаздывание мало (за исключением длинных трубопроводов).