Устройство и принцип действия основных приборов, составляющих локальную автоматическую систему регулирования "Каскад-2"
Свойства передачи информации с помощью токового сигнала
Сигнал тока имеет повышенную помехозащищенность.
Рис. 74.1
Изменение сопротивления Rл в некоторых пределах не сказывается на изменение тока, поскольку R достаточно велико.
Наличие помех убивается RC-фильтром.
Измерительный блок И.04
Схема изображена на рис. 74.2
Этот блок предназначен для:
суммирования и масштабирования до четырех токовых сигналов (0-5) мА от датчиков или других устройств,
сравнения этого суммарного сигнала с сигналом задатчика-корректора, введения переменного диапазона задатчика,
последующее преобразование полученного сигнала в сигнал по напряжению постоянного тока.
Блок построен по блочному принципу, имеет внутренний модуль питания.
Состав И.04:
модуль входных сопротивлений R1-R4;
четыре модуля преобразователя МП.04, которые предназначены для гальванического разделения входного сигнала напряжения постоянного тока с сигналом в последующих цепях;
МГ.2 – модуль генератор, питающий напряжением 10 кГц модули МП.04;
ИП.10 – модуль питания;
модуль выпрямитель, питающий стабилизированным напряжением мост «задатчик-корректор».
Рис. 74.2
Разделение осуществляется с помощью трансформаторов.
Входы блока И.04: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18.
Rвх = 1 кОм. На входе стоят стабилизирующие потенциометры (для масштабирования), это сопротивления R9, R10, R11, R12.
Суммарный сигнал сравнивается с сигналом с моста «задатчик-корректор». Плечи: R13, R14; R19; R20: и два корректора R15 «грубо» и R18 «точно». Измерительная диагональ: т. 9, движок задатчика и движок потенциометра «грубо». Питание моста от выпрямительного модуля: R22, R21, R23: стабилитрон R11. Он получает питание от источника ИП-10, стабилизирует его и питает мост. Параллельно сопротивлению задатчика стоит переменное сопротивление R16 и можно добавить с помощью ключа R17. Сопротивление R16 изменяет эквивалентное сопротивление задатчика, в результате меняется коэффициент Кзд. Ручка R16 выведена на лицевую панель прибора и называется «плавное изменение диапазона задатчика». Сопротивление R17 изменяет сопротивление задатчика скачком.
Выход И.04 – это клеммы 4,5. выходное напряжение ±2 В.
Имеются контрольные гнезда А, Б.
Блок А.04
Iвых = (0...5) мА
Пропорциональное звено выполнено на базе операционного усилителя, с постоянным коэффициентом передачи.
Клеммы 7,8 служат для снятия выходного сигнала при Rн<1 кОм, клеммы 7,9 при Rн<2 кОм, клеммы 7,10 при 2<Rн<3 кОм.
Рис. 74.3 Контрольные гнезда выходного сигнала А,Б
Регулирующий блок Р.21
Предназначен для построения систем регулирования любых технологических параметров вместе с исполнительным механизмом постоянной скорости. Имеет импульсный выходной сигнал, импульсы напряжения постоянного тока 24 В, которые прошли времяимпульсную модуляцию.
Р.21 построен по блочно-модульному принципу.
Р.21 формирует ПИ-закон регулирования по третьей схеме реализации.
В его состав входят следующие модули:
на входе стоит демпфер – это апериодическое звено , орган настройки Тдм – сопротивление R4;
УВ.41 – суммирующий усилительный каскад. Это усилитель напряжения сдвух полярным выходом;
УР.2 – усилитель трехпозиционный релейный элемент. На его входе есть индикаторные лампы. Вход регулятора клеммы 7,8,9. Урю2 с его выхода снимается сигнал обратной связи.
модуль 3 – это модуль формирующей отрицательной обратной связи. Он является апериодическим звеном. В его состав входит неоновая лампочка – это бесконтактный прерыватель. Она разделяет цепи заряда и разряда, тем самым, уменьшая взаимное влияние органов настройки.
модуль 2 – это местная или локальная отрицательная обратная связь, с переменным коэффициентом передачи, который зависит от сопротивления R6. Сопротивление R6 – орган настройки зоны нечувствительности.
модуль 4 положительная вспомогательная обратная связь с небольшим коэффициентом передачи, представляет собой апериодическое звено.
Орган настройки R15 «Длительность импульса» - изменяет зону возврата.
Регулятор Р.21 реализует ПИ-закон регулирования вместе с исполнительным механизмом постоянной скорости. З – при заряде конденсатора – С2+Ти+Vсв. При полном заряде ток падает, гаснет лампочка, цепь разрывается, конденсатор разряжается через сопротивление за время, которое определяется Ти. Н – к аргументу сигнала, который поступает на УР.2, добавляется или отнимается константа, в результате смешается график. Перемещением точки срабатывания вправо и влево изменяют зону возврата. Паузы изменяют наклон графика, длина импульса не влияет на скважность. Чем меньше длина импульса, тем точнее реализуется закон регулирования, но при этом исполнительный механизм работает в более сложных условиях.
Рис. 74.4
R4, С1 – демпфер входного сигнала подключается к клеммам 14 и 15. Клеммы 16,17,18,19 служат для подключения добавочных токовых сигналов. Активный выход – клеммы 7,8,9. 8 – общая точка. 7,9 – соответственно «+» и «-». Пассивный выход – клеммы 10 и 7, 8. Основная цепочка обратной связи R8-R37. R17-R25-Tи.
Регулирующий блок Р.12
Рис. 74.5
Регулятор Р.12 формирует ПИД-закон регулирования по пятой схеме его реализации.
Входы:
4 - подключение измерительного блока И.04 на клеммы 14,15.
3,2,1 -токовые сигналы подаются на клеммы 17,18; 17,16; 16,15.
Выход: непрерывный токовый сигнал (0-5)мА.
На выход подключается блок управления БУ.12, который изменяет режим работы на «ручной» или «автоматический». Далее включается нагрузка, это может быть либо исполнительный усилитель и исполнительный механизм пропорционального типа, либо вход другого регулятора (Р.12 коррекция задания).
Регулятор построен по блочно-модульному принципу. В его состав входят такие блоки:
УВ22 – входной усилитель, суммирующий сигналы рассогласования. Это усилитель напряжения с двух полярным выходом.
В.12 – блок индикаторов, состоящий из двух измерительных приборов.
МО – модуль ограничитель, который представляет собой пропорциональное звено с коэффициентом передачи равным единице. МО срезает большие пики напряжения. Если на входе регулятора постоянный сигнал, а исполнительный механизм не содержит интегральной сглаживающей части, то при поступлении помехи происходит ее усиление и на вход исполнительного механизма происходит удар.
УВ21 – выходной усилитель. Он усиливает сигнал по мощности. Имеет два выхода: токовый на нагрузку – основной, по напряжению – в цепочку обратной связи.
Узел для переключения из «ручного» режима в «автоматический» подключается к клеммам 5,6 для избежания удара.
Реле и источник напряжения.
С3, R11 – демпфер.
Входной сигнал идёт по двум параллельным цепочкам (рис. 74.6).
Рис. 74.6
Переменный резистор R8 является органом настройки Ти. Резисторы R7 и R8 сделали спаренными для уменьшения взаимного влияния параметров настройки. Орган настройки Кп – резистор R12.
Сопротивление R6 – орган настройки Тд, но Тд является долей Ти.
С помощью схемы в Р12 мы получаем ПИД-закон регулирования, при этом Кп и Ти независят друг от друга, Тд не влияет на Ти, Ти влияет на Тд.
Безударный переход с «автоматического» на «ручной» режим работы.
На входе разбалланс. На выходе ток по нагрузке. Необходимо перейти в ручной режим. В БУ12 два спаренных датчика токовых сигналов I”p и I’p. Пусть на выходе 3 мА. Устанавливаем на I”p и I’p 3 мА и переключаем. Наоборот. Реле Р замыкает контакты 3р и 2р и 1р. подготавливаем регулятор, т.е. ток идет через R13 – эквивалент нагрузке (3р).
Контакт 2р отключает все конденсаторы в цепочке от усилителя и на него поступает напряжение с R4 (с источника I”p). 3р и 2р, 1р превращают регулятор в пропорциональное звено, т.е. вход регулятора то, что на входе 5. Регулятор работает в режиме «горячего резерва» для безударного перехода с «автоматического» на «ручной» режим работы.
Блок динамических преобразований Д.01
Д.01 представляет собой дифференцирующее звено. Его назначение формировать ПИД-закон регулирования вместе с Р.21. Это реализация третьей схемы формирования данного закона. Органы настройки при этом сильно взаимосвязаны.
Рис. 74.7
В блоке Д.01 последовательно соединены звенья демпфера и реального дифференцирующего звена.
Рис. 74.8
Клеммы 14 и 15 – вход по напряжению.
Клеммы 15, 16 и 16,17 - токовые входы (0-5)мА.
А,Б – контрольные гнезда.
Демпфер: R5 – переменное сопротивление и С1.
Орган настройки Тдм – это потенциометр R5.
Операционный усилитель УВ.22: выход – однополярный сигнал. Цепь обратной связи – R17; R21 – делитель выходного сигнала; на входе емкость и переменное сопротивление.
Орган настройки Кп – это сопротивление R21. Тд определяется переключателем В3 (от R17 до R14), В2 определяет диапазон.
На выходе контрольные гнезда В, Г.
Блоки управления: БУ21 и БУ12
Блок управления БУ21 работает с регулятором Р21, а БУ12 – с Р12.
БУ21 имеет три положения: «ручное», «автоматическое», «выключен». блок представляет собой переключатель группы контактов, в нем есть индикаторные лампы «больше» и «меньше», и кнопки «>» и «<». В автоматическом режиме БУ21 напрямую пропускает командные сигналы с клемм 7, 8, 9 с Р21.
В ручном режиме выход регулятора размыкается, а управление пускателем осуществляется от кнопок «>» и «<».
БУ12 предназначен для изменения режима работы системы с Р12 из «ручного» режима в «автомат» Для этого в нем должен быть токовый задатчик (0-5)мА, управляющий исполнительным устройством. Он должен обеспечить это переключение безударно, для этого в его составе имеется два спаренных источников токового сигнала. Один из них: клеммы 17, 20; 17,14 или 17,18 – главный выход. Токовый задатчик построен на транзисторе Т2. Индикатор, показывает выходной сигнал , подключен к клеммам 21,22. Изменение токового сигнала осуществляется сопротивлением Rб4.
Точно такой же токовый задатчик на транзисторе Т1 предназначен для управления регулятором Р12 в режиме горячего резерва.