Разработка ПЭС регулятора

Релейный регулирующий блок Р21 входит в комплекс технических средств системы «Каскад». Как и блок РБИ в системе АКЭСР, блок Р21 в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости реализует закон ПИ-регулирования с демпфированием.

Блок состоит из высокоомного полярного усилителя постоянного тока УВ-41И, трехпозиционного релейного магнитно-тиристорного усилителя УР-2, источника питания типа ИП-15, демпфирующего устройства, цепи отрицательной обратной связи, цепи главной обратной связи и цепи дополнительной обратной связи.

Закон регулирования формируется цепью главной отрицательной обратной связи, которая выполнена в виде нелинейного инерционного звена первого порядка с переменной структурой, определяемой различными значениями постоянных времени заряда и разряда конденсаторов RС - цепи обратной связи.

Независимость настроек постоянной времени заряда Т_зар и разряда Т_раз, конденсатора С₂, цепи главной обратной связи осуществляется за счёт включения в схему неоновой лампы HL1. При подаче на вход главной обратной связи 3 напряжения, превышающего пороговое значение зажигания неоновой лампы, конденсатор С2, заряжается через последовательно включенные регулируемые сопротивления R28 - R37.

При снятии напряжения с цепи главной обратной связи неоновая лампа гаснет, разрывает цепь заряда конденсатора С2, и он начинает разряжаться только через включённые параллельно ему регулируемые сопротивления R17 - R27. Сопротивления, служащие для настройки релейного регулирующего блока Р21, и конденсаторы имеют индексы, аналогичные соответствующим индексам сопротивлений и конденсаторов на его принципиальных электрических схемах в инструкции завода-изготовителя.

Сопротивления R17 – R27 и R28 – R37 соответствуют параллельному соединению резисторов R17, R18,...,R27 и R28, R29,…, R37.

В схеме блока Р21 имеются два переключателя резисторов R17 – R27 и R28 – R37 которыми ступенчато регулируются параметры настройки главной цепи обратной связи.

От источника питания ИП-15 к усилителю УН – 41И подводится стабилизированное напряжение постоянного тока, а к релейному усилителю УР-2 – пульсирующее с частотой 100 Гц двухполупериодное выпрямленное напряжение.

В зависимости от знака отклонения регулируемой величины релейный усилитель УР–2 формирует на выходе трехпозиционную статическую характеристику U с зоной неоднозначности.

Релейный усилитель УР-2 имеет также второй выход для подключения цепей обратной связи. При срабатывании УР-2 на этом выходе появляются постоянные импульсы напряжения Uсо со скважностью.

Сигнал постоянного тока 0-5 мА через зажимы 15, 16 подается на резистор R1 сигнал 0 – 20 мА через зажимы 16, 17 – на резистор R2, и сигнал 0 – 5 мА через зажимы 17, 18 – на резистор R3. На резисторах R1-R3 эти сигналы постоянного тока преобразуются в сигналы напряжения, которые суммируются друг с другом и с сигналами напряжения – 1 до + 1 В (поданными на зажимы 14, 4 блока) и 0-10 В (поданными через зажимы 5, 15 на делитель R38, R39). К зажимам 13, 12 или к гнездам А, Б блока может быть подключен указатель для контроля сигнала рассогласования. Сумма сигналов, поданных на зажимы 14, 4; 5, 15; 15, 16; 16, 17, поступает на вход демпфирующего устройства, образованного переменным резистором R4 («Демпфер») и конденсатором С1. Сигнал постоянного тока 0-5 мА, поданный на зажимы 17, 18, не демпфируется и поступает непосредственно на вход усилителя УВ-41И.

На вход УВ-41И может быть также подан сигнал от 0 до + 24 В (с зажимов 19, 20 блока). Все неиспользуемые входы блока закорачиваются. Выходной сигнал усилителя УВ-41И поступает на вход релейного усилителя УР-2 через фильтр, образованный конденсатором С6 и входным сопротивлением УР-2.

Усилитель УВ-41И охвачен жесткой отрицательной обратной связью, степень которой определяется положением движков резисторов R5 и К6а. Подстроечный резистор R5 включенный как переменное сопротивление, определяет минимальную зону нечувствительности блока, а потенциометр R6а («Зона») является органом статической настройки блока, позволяющим устанавливать требуемую зону нечувствительности. Напряжение на выходе усилителя УВ-41И может быть измерено на гнездах Б, В блока. Нагрузка модуля УР-2, являющаяся нагрузкой блока Р21 в целом, подключается к зажимам 7-9 блока, причем активное сопротивление каждой половины нагрузки не должно быть менее 72 Ом. Если сопротивление нагрузки содержит индуктивную составляющую, нагрузка к блоку подключается через блок согласующих приставок Р.21, который обеспечивает прерывание тока нагрузки в конце каждого полупериода напряжения сети. Для визуального определения направления срабатывания блока служат индикаторные лампы НL3, («Б» – больше) и НL2 («М» – меньше), подсоединенные к модулю УР-2 и расположенные на лицевой панели блока.

Усилители УВ-41И и УР-2 питаются от модуля источника питания ИП-15, подключенного к сети через зажимы 1, 2 блока. К усилителю УВ-41И от модуля ИП-15 подводится сглаженное напряжение постоянного тока, а к усилителю УР-2 – несглаженное (пульсирующее) двухполупериодное напряжение 24 В постоянного тока и напряжение переменного тока, значение которого уточняется при настройке блока и может быть равно 36, 39 или 42В. На зажимы 10, 11 блока выведено напряжение импульсной формы, управляющее тиристорами релейного усилителя УР-2.

При срабатывании блока одновременно с появлением напряжения на нагрузке на вы модуля УР-2 возникает напряжение обратной связи Uо.с. импульсной формы. С зажимов 15А, 16А модуля УР-2 это напряжение подается на цепь главной, обратной связи, а с зажимов 15А, 12А – на цепь дополнительной обратной связи. Форму этого напряжения можно наблюдать с помощью осциллографа на зажимах 6, 19 блока. Напряжение обратной связи демодулируется симметричным нелинейным сопротивлением, роль которого в цепи главной обратной связи выполняет неоновая лампа HL1, а в цепи дополнительной обратной связи – мост на диодах VD2 – VD5, в диагональ которого включен стабилитрон VD1.

При срабатывании блока в другую сторону амплитуды напряжения Uо.с., а следовательно, и токи заряда конденсаторов меняют свой знак. Коэффициент передачи блока k_п определяется скоростью заряда конденсатора главной отрицательной обратной связи. Эта скорость зависит от ёмкости конденсатора и суммы сопротивлений резистора R8 и резистора переключателя SA2, положение которого определяет коэффициент передачи k_п блока. Постоянная времени разряда конденсатора С2, равная постоянной времени изодрома регулятора Т_из, определяется ёмкостью конденсатора С2 и сопротивлением резистора переключателя SA1, и устанавливается путем изменения положения последнего.

Длительность интегрирующих импульсов устанавливают движком потенциометра R15б (ручка «Импульса), который определяет постоянную времени дополнительной обратной связи блока. При минимальной зоне нечувствительности напряжение, вызывающее заряд конденсатора С3, определяется делителем, который образован сопротивлением резистора R11 и суммой сопротивлений резисторов R6б, R9 и R10. При увеличении зоны нечувствительности пропорционально растёт абсолютное значение зоны возврата блока. Чтобы при этом длительность интегрирующих импульсов оставалась прежней, с помощью регулируемого резистора R6б, который соединен параллельно с резистором увеличивается напряжение, вызывающее заряд конденсатора C3. При включении блока на вход дополнительной обратной связи одновременно подаётся напряжение, пропорциональное току заряда конденсатора C2 главной обратной связи и снимаемое с резисторов R15а и R15б. Это напряжение действует как положительная обратная связь и компенсирует изменение длительности интегрирующих импульсов рип изменении коэффициента передачи блока. При увеличении длительности интегрирующих импульсов должно увеличиваться действие положительной связи, для этого переменные резисторы R15а и R15б запараллелены. Наличие резисторов R13 и R14 позволяет уменьшать зависимость длительности интегрирующих импульсов блока от коэффициента передачи и зоны нечувствительности, вызванную неточность компенсации. В блоке предусмотрена возможность отключения главной и дополнительной обратных связей, что может быть осуществлено замыканием гнёзд Г, Б и Д, Б блока соответственно.

Принципиальная электрическая сема строится на формате А1.

11. Определение основных показателей

Унификация - наиболее распространенный и эффективный метод стандартизации и метрологии. Основными показателями унификации является:

Коэффициент применяемости:

n - обшее количество.

n_o - количество оригинальных изделий.

Коэффициент межпроектной унификации

n – общее количество рассматриваемых изделий:

Q - количество типоразмеров составных частей:

n₁ - количество типоразмеров в изделии.

n_max- максимальное количество типоразмеров составных частей

Коэффициент повторяемости

Степень насыщенности повторяющихся элементов

N - оошее количество составных частей изделия:

n - оошее количество типоразмеров составных частей изделия:

Пример расчета основных показателей унификации при проектировании 1 усилителя и 2 фазочувствительного выпрямителя - усилителя

Таблица № 1

+-одинаковые элементы

- неповторяющиеся элементы

∆ - отсутствие элементов

Вывод: данный регулятор может быть базовым изделием.

10. Определение надёжности регулятора

Надёжность это свойство системы или изделия сохранять свои выходные параметры в заданных пределах при определённых условиях эксплуатации. Регулятор и все системы АСР можно представить как цепь последовательно соединённых элементов.

Определяем надёжность АСР для 100 и 1000 часов нормальной эксплуатации.

АСР состоит из регулятора, регулирующего органа ЭК-8, исполнительного механизма ПР-1М, измерительного преобразователя ТСМ-410-10. Регулятор содержит цепь, состоящую из 5 диодов, 39 резисторов, 4 конденсаторов, 7 потенциометров, 1 триода, 2-х ламп и 3-х ИМС.

Табл №10.

На основании таблицы можно составить общую интенсивность отказов для регулятора с измерительным преобразователем:

1. lр=(5*0.53+39*9.0+4*2.4+7*1.4+3*0.1+2*0.5+1*1)*10^-5 =375.35*10^-5

2. Общая интенсивность отказа определяется для регулятора с измерительным преобразователем, регулирующим органом и исполнительным механизмом.

lс=lр+lро+lим=(375.35+2.1+0.2)*10^-5=377.65*10^-5

3. Вероятность того, что АСР не откажет за 100 часов нормальной эксплуатации составляет:

P=e^{-l*e^t} = e^{-377.65*10^(-5)}*100=0.688

4. Вероятность того, что АСР не откажет за 1000 часов нормальной эксплуатации составляет:

P=e^{-l*e^t} = e^{-377.65*10^(-5)}*1000=0.02

Вывод: вводим резерв.

Литература.

1. ГОСТ 2.755-81.
2. ГОСТ 2.113-75.
3. Методическое пособие.
4. Гинзбург, И.Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов: И.Б. Гинзбург.- М.: Изд-воВысшая школа,1983.
5. Чижов А.Ф. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности: А.Ф.Чижов.- М.: Изд-воВысшая школа,1985.
6. Птушкин, А.Н. Автоматизация производственных процессов в ПХПЗ: А.Н. Птушкин.- М.: Изд-воКолос, 1984.
7. http://клапан 2012/