close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

mu raschlogopervychst 2011

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И
ДИЗАЙНА»
Кафедра автоматизации производственных процессов
Выполнение расчетно-логических операций на модулях
вычислительного стенда
Методические указания к лабораторным работам
по курсу "Технические средства автоматизации"
для студентов специальности 220301.65, 220700.62
«Автоматизация технологических процессов и производств»
Составитель
В. В. Сигачева
Санкт-Петербург
2011
РЕКОМЕНДОВАНО
на заседании кафедры
03.03. 2011 г.,
протокол № 11
Рецензент Полякова Е.В.
Оригинал подготовлен в РИО СПГУТД
Оригинал-макет подготовлен автором и издан в авторской редакции
Подписано в печать 22.09.2011г. Формат 60x841/16. Усл. печ. л.1,6. Заказ 172/11.
Тираж 100 экз.
Отпечатано в типографии СПГУТД
191028, С.-Петербург, ул.Моховая, 26
Описание стенда
Пневматический стенд предназначен для проведения лабораторных работ по
курсу «Технические средства автоматизации», в разделе “Элементы и системы
пневмоавтоматики”. Стенд включает в себя блоки модулей: сравнения,
умножения, селектирования сигнала, извлечения квадратного корня, интегратора,
генератора сигналов, логических операций. Контроль работы набираемых схем
осуществляется с помощью образцовых манометров М, установленных на стенде.
Схемы собираются с помощью гибких шлангов со штеккерными разъемами.
Структура схемы показана на рис. 1.
Блок манометров М
Блоки модулей
Сравнения
Умножения
Редукторы
Тумблеры
Селектирования
сигнала
Блоки модулей
Инте- Гене- Логигриро- ратора ческие
вания
Рис. 1. Структурная схема лицевой панели стенда
Расположение
лабораторных
работ
на
стенде
определяется
принципиальными схемами, изображенными на лицевой панели. В центре
лицевой панели
располагаются редукторы - задатчики Р1, Р2, Р3, Р4, с
помощью которых
устанавливается величина давления питания, а также
величина сигналов (давлений), подаваемых к элементам УСЭППА. В качестве
редукторов на стенде использованы задатчики УСЭППА. Около каждого
редуктора расположены по две клеммы, давление в которых равно давлению,
устанавливаемому задатчиком. Кроме того, при необходимости установленная
величина давления может быть размножена путем подключения расположенных
рядом клемм. Эти клеммы шлангами со штекерными разъемами следует
подключать к клеммам исследуемой схемы.
Клеммы задатчиков соединяются с клеммами модулей и с манометрами.
Если для выполнения работы требуется подключать тумблеры ПТ , то следует
воспользоваться общей для всего стенда панелью, содержащей четыре тумблера и
расположенной справа от редукторов.
На лабораторном стенде можно исследовать свойства, проверять точность
работы, снимать характеристики отдельных элементов УСЭППА и
функциональных групп (модулей), реализующих простые и сложные
математические функции.
3
На стенде выполняются две лабораторные работы, каждая из которых
содержит исследование нескольких модулей вычислительного стенда.
Величины входных и выходных сигналов изменяются от 0,02 до 0,1 МПа в
элементах и системах непрерывного действия, а в релейных устройствах могут
достигать 0 и значения давления питания 0,14 МПа.
Такие модули, как «умножение на постоянный коэффициент»,
«селектирование сигнала», «извлечение квадратного корня» выпускаются
промышленностью в виде отдельных приборов, выполняющих соответствующие
функции в схемах автоматики (система приборов "СТАРТ").
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
Выполнение арифметических операций на модулях
вычислительного стенда
В работу
входит исследование модулей: сравнения, умножения на
постоянный коэффициент, селектирования сигнала, извлечения квадратного
корня.
1.1. Цель работы. Изучение устройства и принципа действия модулей, их
конструкции, проверка точности работы.
1.2 . Устройство и принцип работы модулей лабораторного стенда.
1.2.1. Модуль сравнения (пневматическое реле).
Модуль сравнения (рис.2) построен на элементе сравнения 1-го типа
П2ЭС.1и на универсальном реле 2-го типа П1Р.З, которое служит для усиления
выходного сигнала по мощности и инвертирования выходного сигнала первого
реле. В зависимости от величины сигналов P1 и P2 мембранный блок элемента 1
закрывает или сопло С11, сообщающееся с линией питания, и тогда давление на
выходе элемента 1 становится равным 0 или же сопло С12, сообщающееся с
атмосферой, и тогда давление на выходе элемента 1 становится равным давлению,
поступающему из сопла С11, что условно обозначается 1.
Рис. 2. Модуль сравнения
4
Если Р1>P2, то P'вых =1. Если P1<P2, то P'вых = 0.
При Pком =1 реле 2 работает таким образом, что оно как бы отрицает
величину давления, поступившую с элемента 1, т.е. если P1>P2, то Pвых=0, а если
P1<P2,то PВЫХ =1
При подаче Pком = 0 на выходе реле 2 всегда будет Pвых = 0.
1.2.2. Модуль умножения на постоянный коэффициент
Модуль (рис.3) построен на следующих элементах: элементе сравнения 1
типа П2ЭС.З , нерегулируемых дросселях α1, α 2,α 3, типа П2Д4-1, регулируемом
дросселе β типа П2Д.2М, причем дроссели α1 и β образуют дроссельный сумматор 2, пневмоповторителе 3 типа П2П.7, выполняющем роль усилителя
мощности. Дроссели α2 и α3 выполняют роль демпферов колебаний мембранных
блоков, возникающих при знакопеременной нагрузке.
Рис. 3. Модуль умножения на постоянный коэффициент
Элемент сравнения 1 работает как мембранный сумматор, выполняющий
операцию алгебраического суммирования входных давлений
Р4 = P'вых = P1 - P2 + P3,
(1.1)
где
Р1 и P2 – входные сигналы;
Р3 – давление, определяемое опорным давлением постоянной величины Р0 и
проводимостью дросселя;
Р4 – давление отрицательной обратной связи, подаваемое с выхода
элемента1. Для установившегося режима Р4 = P'вых = Pвых. Определим величину
5
давления Р3. Для этого из условия равенства притока воздуха оттоку в
статическом состоянии дроссельного сумматора напишем выражения:
 P3  P 4   1 P0  P3 ;
P3  P4  1P0  1P3 ; P3 
1

P4 
P.
1  
1   0
(1.2)
Подставляя выражение (1.2) в выражение (1.1) и учитывая указанное выше
условие P4=Pвых, получаем:
  К ( P1  P2 )  P0 ,
Pвых  Pвых
(1.3)
где
К
1  
1
P0  0,02 мПа
Таким образом, осуществляется операция приближенного умножения на
постоянный коэффициент разности входных сигналов.
1.2.3. Модули селектирования сигнала
Первый модуль (рис. 4) выполняет операцию выбора из четырех входных
сигналов минимального
Pвых  min P1 , P2 , P3 , P4 
(1.4)
Рис. 4. Модуль выбора минимального сигнала
Схема собрана на четырех повторителях. Входные сигналы P1, P2, P3, P4
поступают в управляющие камеры повторителей. Нижние камеры повторителей
через сопла С1, С2, СЗ, С4
соединены с атмосферой. Единая пневмолиния
соединяет нижние камеры повторителей с выходом модуля и с линией питания.
Величина выходного давления Рвых зависит от степени открытия сопел. Если
хотя бы одно из сопел будет открыто больше, выходное давление установится с
учетом вытекания воздуха из этого сопла. Поэтому величина выходного сигнала
устанавливается по минимальной величине одного из входных сигналов, поскольку чем меньше входное давление, тем выше поднята разделительная
мембрана повторителя и больше открыто сопло, соединенное с атмосферой.
6
Второй модуль (рис.5) выполняет операцию выбора из четырех входных
сигналов максимального
Pвых  max P1 , P2 , P3 , P4 
(1.5)
Схема собрана на пяти повторителях. Входные сигналы Р1, Р2, Р3, Р4
подаются в верхние управляющие камеры повторителей 1, 2, 3, 4, а давление
питания через дроссель - в выходную линию.
Поскольку все нижние камеры повторителей соединены между собой, а
камера повторителя 5 через сопло С5 с атмосферой, то величина сигнала Рвых
будет зависеть от наибольшей степени закрытия одного из сопел С1, С2, СЗ, С4.
Таким образом, давление в выходной пневмолинии выравнивается по максимальной величине одного из входных сигналов Р1, Р2, Р3, P4.
Рис. 5. Модуль выбора максимального сигнала
Открытие сопла повторителя 5 зависит от разности величин выходного
сигнала и сигнала, поступающего из нижних камер, что стабилизирует величину
выходного сигнала.
1.2.4. Модуль извлечения квадратного корня
Модуль (рис.6) осуществляет приближенную операцию извлечения
квадратного корня из величины входного пневматического сигнала, который
может изменяться от 0,02 до 0,1 МПа, что позволяет реализовать параболическую
зависимость между выходным и входным сигналами.
Модуль осуществляет операцию:
Pвых  0,08Pвх  0,02  0,02 .
(1.6)
Принцип действия модуля основан на кусочно-линейной аппроксимации
корневой зависимости. Парабола, которая получается при реализации
7
выражения (1.6) для Рвх от 0,02 до 0,1 МПа, аппроксимируется участками
трех прямых (рис. 7). Участки прямых описываются уравнением следующего
вида:
Pвых  K i Pвх  Poi   Poi  K i Pвх  Poi  K i Poi
i  1,2,3,
(1.7)
где – Рвых , Рвх - значения выходного и входного давлений ;
Роi – начальное значение давления на каждом участке этой ломаной, т. е.
постоянное смещение участка.
Рис. 6. Модуль извлечения квадратного корня
На первом участке уравнение ломаной линии реализуется повторителем со
сдвигом 5, на втором участке - дроссельным делителем 2, состоящим из
постоянного дросселя α2 переменного β2 , и повторителем со сдвигом 4 , а на
третьем участке – дроссельным делителем 1 и повторителем со сдвигом 3.
Настройка на начальное давление участка
Рoi
осуществляется
повторителями со сдвигом путем изменения сжатия пружин, а величины
коэффициента К, который определяет угол наклона прямых, регулируемыми
дросселями β . В дроссельные делители подается давление Роп = 0,06 МПа.
Дроссельный узел для первого отрезка прямой не ставится, так как первый
отрезок прямой имеет угол наклона, близкий к 45град, что обеспечивает
достаточно точную аппроксимацию начального участка параболы и дает
возможность реализовать операцию извлечения корня при соответствующем
сдвиге отрезка по оси ординат.
8
Повторитель со сдвигом 5 работает при входных давлениях от 0,03 до
0,045 МПа. Повторитель со сдвигом 4 с дросселями α2 и β2 обеспечивает
при
входных давлениях Рвых = 0,04  0,07 МПа.
Рис. 7. Реализация функции Рвых =
РВХ
Повторитель 3 с дросселями  2 и  2 настраивается на давления свыше
0,0 6 до 0,1 МПа. Чтобы обеспечить надежную работу прибора по всему
диапазону, крайние входные давления по участкам перекрывают друг друга.
Роп поддерживает постоянное давление после регулируемых дросселей, что
необходимо для получения линейной зависимости между изменением давлений
перед дросселями  1 и  2 (Рвх)
и давлениями в соответствующих
междроссельных линиях (давления в камерах повторителей 3 и 4 ). Повторители
со сдвигом соединены между собой таким образом, что постоянно происходит
выбор минимального сигнала из входных сигналов для повторителей с учетом
сдвига. Выходной сигнал усиливается
с помощью следящего элемента 6,
выполненного на трехмембранном элементе сравнения. Рабочий диапазон
выходных сигналов 0,048 - 0,1 МПа.
9
1.3. Порядок проведения работы
1.3.1. Поверка точности работы модуля сравнения
Поверка точности работы реле производится сравнением величины
фактически поданного в реле сигнала, при котором оно срабатывает с заданным
значением сигнала срабатывания. При этом в качестве заданного сигнала
срабатывания принять P2 - P1= 980Па = Pср. зд.
1.3.1.1. Собрать схему, соединив шлангами левые клеммы редукторов Р1, Р2,
Р3, с соответствующими клеммами модуля Р1, Р2, Рком, а правые с манометрами.
Клемму Рвых модуля соединить с манометром М5. Клемму Рпит, расположенную
на дополнительном щитке, соединить с 3-мя клеммами размножителя, а от них,
соединив шлангами, подать Рпит на 2 разъема исследуемого модуля.
1.3.1.2. Установить Рпит = 0,14 МПа, Рком = 0,1 МПа по манометру.
1.3.1.3. Установить редукторами Р1 и Р2 последовательно 4-5 одинаковых
значений давлений Р1 и Р2 равномерно в диапазоне от 0,02 до 0,1 МПа. Затем,
увеличивая давления Р1 или уменьшая давление Р2, создать сигнал
рассогласования, при котором выходная величина Рвых изменяет значение на 0
или 1, т.е. получить действительные значения давления срабатывания реле
 Рсраб.= Р2 - Р1, когда Рвых.=1.
1.3.1.4. Определить относительную погрешность работы реле, принимая за
РУСТ
= 0,08 МПа, как
 
РСРАБ .СР .
РУСТ .
(1.8)
1.3.1.5. Определить коэффициент возрата реле Кв.
.
Кв 
Рсраб . ум.
сраб.
(1.9)
Опыт выполнить 3 раза.
1.3.2. Проверка точности работы модуля умножения на постоянный
коэффициент
Проверка модуля производится сравнением двух значений выходных
сигналов: сигнала Рвых р. определяемого по уравнению (1.3) и сигнала
Рвых.д, определяемого по манометру. Для расчета
Рвых р = К (Р1 - Р2) + 0,02 (К=2….)
1.3.2.1. Собрать схему, соединив шлангами клеммы редукторов Р1, Р2, P3, с
соответствующими клеммами модуля умножения на постоянный коэффициент Р1,
Р2 и Р0 и с манометрами М1, М2 и М5. Клемму Рвых модуля соединить с
манометром М5. Соединить клемму Рпит с соответствующей клеммой Рпит
модуля.
1.3.2.2. Установить по манометру Рпит = 0, 14МПа, Р0 = 0, 02МПа.
1.3.2.3. Установить последовательно 4-5 значений давления Р1 - Р2
равномерно в диапазоне 0, 02 до 0, 1 МПа. Определить по манометру Рвых д.
10
Результаты наблюдений занести в табл. 1.
Входное давление, Выходное давление,
МПа
МПа
Расчетное
1
2
Действительное, МПа
3
Таблица 1
Погрешность
Абсолютная
4
Относительная
5
1.3.2.4. Определить абсолютную и относительную погрешности работы реле
как по всему диапазону, так и среднюю для данного модуля.
1.3.2.5. Построить зависимость Рвых = f (Рвх)
1.3.3. Проверка модуля селектирования сигнала
Проверка работы модуля заключается в определении отклонения
экстремального выходного сигнала от соответствующего экстремального сигнала
из нескольких, поданных на его входы. Модуль состоит из двух блоков:
- выбор минимального сигнала;
- выбор максимального сигнала
1.3.3.1.
Собрать схему «выбор минимального сигнала», соединив
шлангами клеммы редукторов (задатчиков) Р1, P2, P3, Р4 с соответствующими
клеммами модуля выбора минимального сигнала Р1, Р2, Р3, Р4 и с манометрами.
Клемму Рпит соединить с соответствующими клеммами Рпит модуля. Соединить
выходную клемму Рвых с манометром М5.
1.3.3.2. Установить Рпит = 0, 14 МПа.
1.3.3.3. Установить произвольно 4 – 5 значений входных сигналов в
диапазоне 0,02 – 0.1 МПа, устанавливая минимальный сигнал поочередно на
каждом входе. Данные проверки занести в табл. 2.
Таблица 2
Отыскание минимального
сигнала
Входные
Выходной
сигналы Рвх, МПа
сигнал
Рвых, МПа
Р1
Р2 Р3 Р4
1
2
3
4
5
Отыскание максимального сигнала
Входные
Выходной
сигналы Рвх, МПа
сигнал Рвых, МПа
Р1
Р2
Р3
Р4
6
7
8
9
10
1.3.3.4. Пункты 1.3.3.1, 1.3.3.2, 1.3.3.3 повторить для схемы селектирования
максимального сигнала. Данные занести в таблицу 2.
1.3.3.5. Определить среднюю абсолютную погрешность работы модуля.
11
n
P
вых
P 
 P1, 2,3, 4 max
,
i 1
п
(1.10)
где n – число измерений.
1.3.3.6. Определить относительную погрешность работы.

P
100% .
Pвых
(1.11)
Pвых - среднее значение выходной величины в диапазоне измерений.
1.3.4. Проверка точности работы модуля извлечения квадратного корня
Проверка модуля производится сравнением двух значений выходных
сигналов, расчетного сигнала Рвыхр, определяемого по уравнению (1.6), и
фактического сигнала Рвых ср, определяемого по манометру стенда.
1.3.4.1. Собрать схему, соединив шлангами клеммы редукторов Р1, P2, с
соответствующими клеммами модуля Рвх, Роп и манометрами. Соединить
клеммы Рпит с соответствующими клеммами модуля. Клемму Рвых модуля
соединить с манометром М5.
1.3.4.2. Установить по манометру Рпит = 0, 14 МПа, Роп = 0, 06 МПа.
1.3.4.3. Установить последовательно 9 значений давления Рвх в диапазоне
0, 02 – 0, 1 МПа. Определить по манометру Рвых. На каждом значении Рвх опыт
повторить 5 раз. Полученные данные занести в табл. 3.
Таблица 3
Выходное
Давление Рвых, МПа
Расчетное
Фактическое
РВЫХр, МПа РВЫХСР, МПа
Входное
давление
РВХ , МПа
1
2
3
Погрешность
Относительная,
Абсолютная,МПа %
4
5
1.3.4.4. Рассчитать среднюю абсолютную и относительную погрешности для
каждого значения Рвх и занести в табл. 3.
1.3.4.5. Определить среднеквадратичное отклонение погрешности работы
модуля по формуле
2
n
 ( Piввы  Рвых )
к 
i 1
n
,
(1.12)
где Рi вых – текущая измеряемая значение выходного сигнала при каждой
установке Рвх;
P вых - среднее значение выходного сигнала для того же значения Рвх.
12
Определить усредненное значение среднеквадратичной погрешности модуля
для всего диапазона входных величин
n

k 
к
i 1
к
(1.13)
1.3.4.6. Построить теоретическую и экспериментальную кривые изменения
выходного сигнала на графике Рвых = f (Pвх).
1.4. Содержание отчета по работе
1.4.1. Цель работы и краткое содержание работы.
1.4.2. Схемы модулей.
1.4.3. Таблицы записи наблюдений для каждого из модулей.
1.4.4. Расчет погрешности модулей.
1.4.5. Графики теоретической и экспериментальной кривых зависимости
выходного сигнала от входного для модулей.
1.5. Контрольные вопросы
1.5.1. Как в исследуемых модулях реализуются вычислительные операции?
1.5.2. В чем заключается поверка вычислительных модулей?
1.5.3. Какую функцию выполняет мембранный сумматор, дроссельный
сумматор?
1.5.4. Какова последовательность реализации операции извлечения
квадратного корня?
1.5.5. Какие погрешности модулей требуется рассчитать в работе?
1.5.6. Устройство модулей.
13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Выполнение математических и логических операций на модулях
вычислительного стенда
В работу входят исследования модулей: интегрирования, генератора
прямоугольных импульсов, логических операций.
2.1. Цель работы. Изучение устройства и принципа действия модулей, их
конструкции, определение параметров настроек модулей, поверка точности
работы модулей.
2.2. Устройство и принцип работы модулей лабораторного стенда.
2.2.1. Модуль интегрирования
Модуль интегрирования (рис. 8) построен на мембранном сумматоре ЭС5 и
RC- цепочке, состоящей из дросселя Др и постоянной емкости ПЕ(V),
охваченной положительной обратной связью.
Входные сигналы – давление воздуха Р1 и Р2 формируются соответственно
редукторами Р1и Р2 и подаются к элементу ЭС5 при включении тумблеров ПТ1
и ПТ2.
Рис. 8. Модуль интегрирования
В мембранном сумматоре ЭС5 алгебраически складываются четыре сигнала
Р1, Р2, Рвых, Рз. Это видно из рассмотрения условия статического равновесия
пятимембранного сумматора. Обычно большие и малые эффективные площади
мембран равны между собой FЭ 2  FЭ 4 , FЭ1  FЭ 3  FЭ 5
Величина эффективной площади определяется отношением величины
усилия, развиваемого мембраной, к перепаду давления на ней и зависит от
площади жесткого центра мембраны.
Запишем условие равновесия сил,
14
действующих
на
мембранный
блок
в
нижнем
крайнем
положении:
Pпит FЭ1  P1 FЭ 2  P2 FЭ 3  PВЫХ FЭ 4  P3 FЭ 5  Pпит FЭ 5  P3 FЭ 4  PВЫХ FЭ 3  P2 FЭ 2  P1 FЭ1 ,
где Рпит - давление питания (если мембранный блок переключается в верхнее
положение,
то вместо давления Рпит
следует подставлять величину
атмосферного давления Ра).
Учитывая, что разности FЭ 2  FЭ1 , FЭ 4  FЭ 5 , FЭ 2  FЭ 3  , FЭ 4  FЭ 3  равны между
собой, после преобразования получаем
P3  P1  P2  PВЫХ
(2.1)
Величина расхода воздуха в единицу времени через линейный дроссель Др.
определяется перепадом давления на нем ( Рз - Рвых) и его проводимостью:
G   P3  PВЫХ  .
Из дросселя Др воздух поступает в емкость V, наполнение которой
определяется величиной расхода воздуха через дроссель Др. Используя основной
газовый закон (MRT=PV) при допущении, что процесс протекает при постоянной
температуре (Т= const) можно записать
dM v
V dPвых

,
dt
RT dt
(2.3)
где R - газовая постоянная.
Поскольку изменение массы воздуха в емкости  
расходом через дроссель Др, то  P3  PВЫХ  
d v
dt
определяется
V dPВЫХ
.
RT dt
Отсюда
PВЫХ 
RT
V
t
 P
3
 PВЫХ dt.
(2.4)
0
Подставляя (2.1) в (2.4), получаем величину выходного давления
PВЫХ
1

ТИ
Здесь
t
 P  P dt
1
2
.
(2.5)
0
V
 TИ
RT
– постоянная времени интегрирования модуля,
настраиваемая дросселем Др.
Выходной сигнал усиливается по величине расхода усилителем мощности
ПУ и передается на выход интегратора к выходному манометру. Включение
тумблера ПТ3 ускоряет процесс опорожнения емкости V. Рассмотренный
интегратор
можно структурно представить как апериодическое звено,
охваченное единичной положительной обратной связью (рис.9)
Передаточная функция имеет вид:
1
TИ P  1
1
W P  

.
1
TИ P
1
TИ P  1
(2.6)
15
Рис. 9. Апериодическое звено с обратной связью
Таким образом, при подаче в интегратор положительной разности давления
(Р1-Р2) > 0 сигнал на выходе интегратора начинает возрастать от 0 до 0,1 МПа, в
течение времени, определяемого настройкой дросселя Др. При подаче (Р1-Р2) <0
получается обратная картина – уменьшение выходного давления.
2.2.2. Модуль генератора
На элементах УСЭППА могут быть реализованы различного рода генераторы
сигналов: линейно-возрастающего, линейно-убывающего, пилообразного и др.
В данной работе исследуется генератор ступенчатых (прямоугольных)
колебаний. Схема генератора (рис.10) построена на универсальном реле 2 (Р-ЗН)
типа П1Р1, переменном дросселе 3 типа П2.Д.1 и емкости V (ПЕ) типа ПОЕ-50.
Дроссель и емкость встроены в линию отрицательной обратной связи,
соединяющей выходную линию с камерой В реле. Связь является отрицательной,
поскольку давление воздуха, поступающее в камеру В уменьшает выходной
сигнал.
Рассмотрим работу генератора. При включении генератора в линию питания
и подаче опорного давления Роп от задатчика 1 в камеру Б шток с
мембранами перемещается в крайнее нижнее положение, открывая сопло С1
питания в камере А и закрывая нижнее сопло С2. Связь выходной линии с
атмосферой через камеру Г прекращается. В камеру В с выхода начинает
поступать воздух, проходя дроссель Др и емкость V , при этой давление Р2 в
камере
В
начинает возрастать, скорость этого возрастания ограничена
дросселем Др и емкостью V. При достижении неравенства
Р2 > Pоп + Рвых max
Fэ1
Fэ2  Fэ э
(это условие будет получено ниже), шток с мембранами перемещается
мгновенно в крайнее верхнее положение, закрывая сопло в камере А и открывая
16
сопло
в
камере
Г.
Рис. 10. Модуль генератора
При этом питание прекращается и устанавливается связь камеры В с
атмосферой. Давление Р2 стравливается через дроссель Др, сопло С2, камеру Г
в атмосферу. При достижении выполнения неравенства Р2 > Роп (это условие
также будет получено ниже)
шток с мембранами перемещается в крайнее
нижнее положение, прекращая связь камеры В с атмосферой и формируя тем
самым переход к следующему периоду колебаний. Длительность периода
колебаний генератора определяется инерционностью апериодического звена,
образуемого емкостью V
и дросселем Др
и регулируется изменением
проводимости  дросселя Др. Таким образом реализуются прямоугольные
импульсы ( рис. 11 ).
Такого типа генератор применяется как отметчик времени.
Определим величину периода колебаний генератора. Из условия
статического равновесия в нижнем положении мембранного блока реле можно
записать
PВЫХ MAX  FЭ1  Pоп  FЭ 2  P2 FЭ 3  P2 FЭ 3  Pоп  FЭ1 ,
откуда с учетом FЭ 3  FЭ1
P2  PВЫХMAX
FЭ1
 Pоп .
FЭ 2  FЭ 3
(2.7)
Для того чтобы перевести шток в верхнее положение, необходимо
выполнение условия
P2  PВЫХMAX
FЭ1
 Pоп
FЭ 2  FЭ 3
(2.8)
17

 f (t )
Рис. 11. Графики функции 2  f (t ) и ВЫХ
Статическое условие равновесия при нахождении подвижного штока в
верхнем положении имеет вид
Pоп FЭ 2  P2 FЭ 3  PВЫХ FЭ 3  P2 FЭ 2  Pоп FЭ1 ,
(2.9)
откуда Pоп  P2 .
Для перевода штока в нижнее положение необходимо выполнение условия
P2  Pоп .
(2.10)
Рассмотрим закон изменения давления Р2. Основываясь на соображениях,
высказанных выше (см. модуль интегрирования), можно записать
 PВЫХ  P2  
Отсюда
V dP2
RT dt .
PВЫХ 
V dP2
 P2
RT dt
.
(2.11)
Выражение (2.11) можно, использовать для определения времени наполнения
камеры В, где входным давлением является Рвых, максимальная величина
которого равна 0,1 МПа:
dt 
18
V
dP2
.
RT PВЫХ  P2
(2.12)
Так как давление в камере В нарастает от значения атмосферного давления
Р1 до значения выходного давления Рвых = 0,1 МПа, то за время наполнения
камеры давление Р2 изменяется на величину Р2 = Рвых – Р1. Интегрируя
выражение (2.12), получаем
t1 
 P  P1 
V
 .
 n  ВЫХ
RT  PВЫХ  P2 
При опорожнении камеры В имеем
Отсюда dt  
(2.13)
V dP2
 P2  0 .
RT dt
V dP2
.
RT  P2
При уменьшении давления в камере В от Р2 до Р1 (атмосферного) время
опорожнения
t2 
P
V
n 2
RT
P1
.
(2.14)
Период колебаний   t1  t 2
Изменение величины давлений Р2 и Рвых показаны на (рис. 11)
2.2.3. Логические модули
'
Логические модули применяются в устройствах дискретного действия. Они
построены на трехмембранных реле, различные схемы подключения камер
которых обеспечивают определенные зависимости между выходным и входными
сигналами. Эти зависимости подчиняются законам математической логики
(Булевой алгебры), где каждая зависимость (логическая операция) имеет определенное название. Такое выделение отдельных логических операций является
удобным при построении сложных схем управления дискретного действия, так
как позволяет формализовать синтез схем на основе законов Булевой алгебры.
В данной работе выполняются несколько логических операций, реализуемых
на одном или двух реле. Всего данный модуль содержит три трехмембранных
реле Р-3Н, аналогичных по схеме сборки, приведенной на лицевой панели
модуля. Пневмоклеммы выводов расположены на панели и образуют три
параллельных ряда. При выполнении логических операций входные и выходные
сигналы могут быть равны или логической единице (0,1  0,14 МПа), или
логическому нулю (0  0,02 МПа). Возможные комбинации сигналов приведены
в таблицах возле рисунков.
2.2.3.1. Повторение (“ДА”) – математическое обозначение операции Р= Р1
(рис. 12)
19
Рис. 12. Повторение
Выполнение этой логической операции означает, что при подаче входного
давления Р1 на выходе появляется давление Р = Р1. Действительно при подаче
Р1=1 мембранный блок опустится вниз и воздух из сопла питания пойдет на
выход Р=1. При входном давлении Р1=0 давление подпора обеспечивает закрытие сопла питания, при этом выходное давление Р =0.
2.2.3.2. Отрицание
(рис. 13 ).
("НЕ") – математическое обозначение операция Р  Р1
Рис. 13. Отрицание
При подаче входного давления Р1= 1 выходное давление падает до нуля
Р = 0.
Если Р1= 0 , то Р =1 .
2.2.3.3. Конъюнкция ( “u”) – математическое выражение операции
Р =Р1  Р2 (рис.14) (Допускается также обозначение Р=Р1  Р2).
При подаче различных комбинаций двух входных сигналов на выходе
давление Р =1 появляется только при условии, что Р1=1 и Р2 =1 .
20
Рис. 14. Конъюнкция
2.2.3.4. Дизъюнкция ("ИЛИ") - математическое выражение операции
Р= Р1  Р2 (Рис.15).
При подаче различных комбинаций двух входных давлений выходное
давление Р »1 появляется тогда, когда или Р1= 1, или Р2=1, или Р1=Р2=1.
Рис. 15. Дизъюнкция
2.2.3.5. Запрет (“НЕТ”) – математическое выражение операции Р= Р1  Р2
(Рис.16).
При подаче различных комбинаций двух входных сигналов к
трехмембранному реле выходное давление Р =1 появляется тогда, когда Р1=1 ,
а Р2 =0 .
Рис. 16. Запрет
21
2.2.3.6. Импликация (“Если то”) - математическое выражение оперении
Р=Р1  Р2. При подаче двух входных сигналов к трехмембранному реле,
включенному по схеме, показанной на (рис. 17), если Р1= Р2 или Р1=1, то выходное
давление Р=1.
Рис. 17. Импликация
2.2.3.7. Штрих Шеффера (отрицание конъюнкции)- математическая запись
операции Р = P1P 2
Операция реализуется на двух трехмембранных реле (рис.18), первое из них
реализует конъюнкцию, а второе – операцию отрицания. В результате на выходе
элементов Р=1 во всех случаях, кроме Р1=Р2=1.
Рис. 18. Штрих Шеффера
2.2.3.4 Стрелка Пирса (отрицание дизъюнкции) - математическая запись
операции  = 1  2 .
Операция реализуется на двух трехмембранных реле (рис.19),первое из них
реализует операцию дизъюнкции, а второе - отрицания.
В результате на выходе Р =1 только в случае, когда Р1=Р2=0
22
Рис. 19. Стрелка Пирса
   ∞
1
2
2.2.3.5 Эквивалентность, математическое выражение операции
Операция реализуется на двух трехмембранных реле (рис.20),
первое из них выполняет операцию отрицания, а на второе реле в верхнее
сопло подано выходное давление первого реле, в две нижние камеры давление Р1
и давление Р2 . В итоге на выходе схемы Р =1 только при условии, что Р1=Р2.
Рис. 20. Эквивалентность
2.2.3.4 Исключение – математическое выражение операции   1  2 .
Операция реализуется на двух трехмембранных реле (рис. 21), первое из них
выполняет операцию запрета, а на второе реле подаются давления Р1, Р2,
выходное давление первого реле. В итоге на выходе схемы Р =1 только при
условии неравенства выходных давлений 1  2 .
23
Рис. 21. Исключение
2.3. Порядок выполнения работы
2.3.1. Определение постоянной времени модуля интегрирования
Практическое определение постоянной времени
Т
при различных
установках дросселя
Др осуществляется при установленных постоянных
значениях Р1 и Р2, как времени, за которое Рвых достигает установившегося
значения, равного разности Р1 - Р2.
P1  P2
t.
Tи
P P
Отсюда T  1 2 t.
PВЫХ
PВЫХ 
2.3.1.1. Собрать схему, соединив шлангами клеммы редукторов РI, РII с
манометрами М1, М2 и клеммами 12 и 2 сумматора ЭС-5 модуля.
РI соединить с манометром и клеммой 11 тумблера ПТ1;
РII соединить с манометром и клеммой 11 ПТ2.
Клемму 12 ПТ1 соединить с клеммой 12 ЭС5. Клемму 12 ПТ2 соединить с
клеммой 2 ЭС5. Клемму Рпит соединить с клеммой 11 ЭС5 и клеммой 12 ПУ
через клеммы размножителя. Клеммы 1, 14, 3 ЭС5 и клемму 11 Др соединить с
клеммами размножителя. Клемму 1Др, клемму 11 ПЕ, клемму11 ПУ, клемму13
ЭС5 соединить с
клеммами размножителя, а клемму 1ПУ соединить с
манометром М5.
2.3.1.2. Установить Рпит = 0,14 МПа по манометру.
2.3.1.3 . Установить редукторами РI и РII разность давлений Р1 - Р2=0,02 МПа,
контролируя по манометру при выключенных ПТ1 и ПТ2.
2.3.1.4 . В данном стенде используется дроссель Др проводимость которого

от min до  max изменяется за несколько оборотов головки. Поэтому
рекомендуется
следующая
последовательность
регулировки
дросселя,
обеспечивающая получение различных значений времени интегрирования Тu .
24
Установить максимальную проводимость дросселя Др-  max , повернув его
головку по часовой стрелке почти до предела возможности поворота (не
перекручивая!).
2.3.1.5. Включить ПТ1 и ПТ2, подав тем самым разность давлений к ЭС5 и
засечь время изменения давления Рвых до величины (Р1-Р2) и 2(Р1-Р2).
Полученные значения сигналов занести в табл. 4
2.3.1.6. Повторить опыт при том же времени интегрирования для разности
давления 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 МПа.
2.3.1.7. Установить последовательно головку дросселя Др в четыре
различных положения в интервале значений коэффициентов проводимости от
 max до  min .
Данные занести в табл. 4
Таблица 4
Время, t, c
при
Входное давление Положение Рвых=Рвх
головки
Р1,МПа Р2,МПа Др
Время, t, c
при
Рвых=2Рвх Tu,c
Tu. ср, с
Примечание: определить время интегрирования Тucp, как среднее время по
пяти установкам разности давлений (0,02; 0,04; 0,08; 0,1 МПа) для каждого
положения головки дросселя.
2.3.1.8. По полученным данным построить график зависимости Рвых = f(t)
при изменении Рвх без изменения настройки дросселя.
2.3.1.9. По полученным данным построить график градуировки шкалы
дросселя Тu = f(α) (настройки дросселя).

V
, где V  6  10 5 , R= 287,14 l Дж / (кг  к )
RTи t
2. 3.2. Определение периода колебания генератора
Экспериментальное определение периода колебаний генератора осуществить
с помощью секундомера при установленном постоянном значении Роп и
нескольких значениях проводимости дросселя.
2.3.2.1. Собрать схему на стенде, соединив шлангами клемму Рпит с
клеммами 11 реле Р-ЗН и манометром. Редуктор Р1 соединить с клеммой 12 реле
Р-ЗН и манометром. Использовав размножитель сигналов, соединить клеммы 3, 1
реле Р-ЗН с клеммой 11 дросселя Др и выходным манометром М5.
Клемму 1 дросселя Др соединить с клеммой 11 емкости ПЕ, а клемму 1
емкости ПЕ соединить с клеммой 2 реле Р-ЗН.
2.3.2.2. Установить Рпит = 0,14 МПа, Роп = 0,04 МПа.
2.3.2.3. Установить последовательно несколько положений головки дросселя:
максимальную проводимость дросселя Др  max , повернув его головку по часовой
25
стрелке почти до предела возможности поворота (не перекручивая!); четыре
промежуточных положения – поворачивая головку против часовой стрелки на 1-2
оборота.
2.3.2.4. С помощью секундомера для каждого значения шкалы дросселя
фиксировать 5 значений  периода колебаний генератора как суммы времени, за
которое Рвых изменяется от минимального до максимального значения t1 и от
максимального до минимального t2 .
Полученные данные занести в табл. 5
Таблица 5
Положение
головки
дросселя
t1 , c
t2, c
 ,c
Средний
период
 ср., с
2.3.2.5. По полученным данным построить зависимости Рвых = f(t) для пяти
настроек дросселя генератора.
2.3.3.
модулями
Поверка правильности выполнения логических операций
Работа заключается в проверке правильности выполнения логических
операций в соответствии с таблицами, помещенными на рис. 12 - 21.
Одновременно требуется оценить быстродействие логических модулей.
2.3.3.1. Собрать схему в соответствии с логикой (рис.12), используя опыт
сборки предыдущих модулей. Правые клеммы задатчиков Р1, Р2, Р3 соединить с
манометрами. Входное давление Р1 подать от редуктора Р1 через тумблер ПТ1
к клемме 12 реле Р-ЗН соединив клеммы элементов шлангами. Давление питания
подать от редуктора Рпит к клемме 11 реле. Выходные клеммы 1 и 3 реле Р-ЗН
соединить с выходным манометром М5 через размножитель. Для создания
опорного давления соединить шлангами Р2 с камерой подпора реле (клемма 2).
2.3.3.2. Установить Рпит=0,14 МПа, Роп =60% Рпит по манометрам.
2.3.3.3. Устанавливать Р1 в соответствии с таблицей значений логических
входных сигналов и подавать с помощью тумблера к реле. Проверить,
выполняется ли логическая операция повторения по всей таблице.
2.3.3.4.
Повторить пункты (2.3.3.1.–2.3.3.3.) применительно к схемам
выполнения остальных логических операций (Входное давление Р2 также
подавать через тумблер ПТ2).
26
Обратить внимание на то, что величина опорного давления различна при
выполнении равных логических операций, на что указывает штриховка камеры
подпора ( ///// - 30% Р пит;
- 60% Рпит).
2.3.3.5. В отчете привести таблицы выполнения логических операций.
2.4. Содержание отчета по работе
2.4.1. Цель работы и краткое содержание работы.
2.4.2. Схемы модулей.
2.4.3. Таблицы записи наблюдений для каждого из модулей.
2.4.4. Расчет погрешности модулей.
2.4.5. Графики теоретической и экспериментальной кривых зависимости
выходного сигнала от входного для модулей.
2.5. Контрольные вопросы
2.5.1.
Настройкой
какого
элемента
изменяется
постоянная
времени модуля интегрирования?
2.5.2. Чему будет равен выходной сигнал модуля интегрирования при полностью закрытом дросселе Др?
2.5.3. Равны ли по величине составляющие периода генератора t1 и t2?
2.5.4. Является ли постоянным период колебаний генератора?
2.5.5.
Влияет
ли
величина
опорного
давления
на
работу
генератора?
2.5.6. Какие логические операции реализуется на одном реле, а какие на
двух?
2.5.7. Какие причины могут вызвать невыполнение логической операции?
2.5.8. Устройство модулей.
27
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
961 Кб
Теги
raschlogopervychst, 2011
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа