Politechnika Białostocka Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Badanie przebiegów regulacyjnych dwustawnego regulatora ciśnienia Ćwiczenie nr Laboratorium z przedmiotu: Automatyczna regulacja w ogrzewnictwie i wentylacji Kod: Opracował: dr inż. Tomasz Teleszewski dr inż. Piotr Rynkowski wrzesień 2009 1
1. Wprowadzenie Regulatory dwustawne ze względu na prostą budowę są stosowane w wielu procesach automatycznej regulacji. Cechą charakterystyczną regulatorów dwupołożeniowych jest praca tylko w dwóch stanach krańcowych (umownie: zero i jeden, gdzie zero oznacza wyłączenie sygnału wyjściowego, stan jeden oznacza pełne jego włączenie). Regulacja dwustawna najczęściej jest stosowana w następujących obiektach regulacji: regulacja temperatury (np.: kotły, piece, wymienniki ciepła), regulacja ciśnienia (np.: instalacje, zbiorniki), regulacja poziomu cieczy (np.: kotły, zbiorniki), regulacja napięcia i obrotów maszyn prądu stałego. Na rysunku 2 przedstawiono przekrój łącznika ciśnieniowego LC firmy HYDRO- VACUUM. Łączniki ciśnieniowe LC są wykonane jako trzytorowe dwuprzerwowe rozłączniki prądu przemiennego niskiego napięcia. Są one przeznaczone do sterowania silników indukcyjnych prądu przemiennego. Ciśnienie płynu, poprzez membranę, trzpień oraz dźwignię, oddziaływa na styki ruchome współpracujące ze stykami przednimi bądź tylnymi. Do regulacji zakresu pracy służy napięcie sprężyny. Rysunek 3 przedstawia przykład zastosowania regulatora dwustawnego, którego zadaniem jest utrzymywanie ciśnienia w instalacji w zakresie <p min,p max >. W przypadku spadku ciśnienia poniżej p min następuje załączenie silnika (2) napędzającego pompę (3). Jeśli ciśnienie osiągnie wartość p max, silnik zostanie wyłączony. Rys. 1 Widok łącznika ciśnienia LCA 2
Rys. 2 Przekrój łącznika ciśnienia LCA Rys. 3 Zakresy nastawianych ciśnień łączników LCA 3
1 5 6 2 3 instalacja wody 4 Rys. 3 Układ regulacji dwustawnej ciśnienia w instalacji wody: 1-regulator dwupołożeniowy, 2-silnik, 3-pompa, 4-studnia, 5-zbiornik, 6-zawór zwrotny. Przebieg wielkości regulowanej w układzie regulacji dwustawnej zależy od właściwości dynamicznych obiektu oraz od wartości histerezy regulatora. Jakość regulacji dwupołożeniowej określają następujące parametry (Rys. 4) t g czas narastania, t d - czas opadania, T ok okres oscylacji (t ok =t g -t d ), p g,p d amplituda wahań wokół wartości zadanej. 4
a) b) Rys. 4 Przebieg regulacji dwupołożeniowej: a) obiekt astatyczny bez opóźnienia, b) obiekt astatyczny z opóźnieniem. 5
2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania regulatorów dwustawnych ciśnienia, wyznaczenie przebiegu regulacji oraz określenie jakości regulacji dwupołożeniowej. 3. Metodyka badań a) opis stanowiska badawczego 1 3 4 5 2 6 8 7 Rys. 5 Schemat stanowiska badawczego: 1-rejestrator,2-rotamet, 3-manometr, 4-regulator ciśnienia, 5- pompa, 6- zawór odcinający, 7-zbiornik otwarty, 8- zbiornik ciśnieniowy. b) przebieg realizacji eksperymentu 1) Włączyć rejestrator ciśnienia (1). 2) Ustawić na rotametrze (6) zadany wydatek. 3) Rejestrować szybkość zmiany ciśnienia. 4) Powtórzyć punkt 2) i 3) dla różnych wydatków. Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć rejestrator ciśnienia (1). c) prezentacja i analiza wyników badań Na podstawie zarejestrowanego przebiegu regulacyjnego określić przebieg ciśnienia wskazywanego przez rejestrator oraz wyznaczyć graficznie i obliczyć wskaźniki jakości dynamicznej. 6
4. Wymagania BHP Do wykonania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących w laboratorium. W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego. Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych należy wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia. Zabrania się manipulowania przy wszystkich urządzeniach i przewodach elektrycznych bez polecenia prowadzącego. 5. Sprawozdania studenckie Sprawozdania studenckie powinno zawierać następujące informacje: 1) Skład osobowy grupy oraz podpisy, nazwę kierunku studiów, laboratorium i tytuł ćwiczenia, datę wykonania ćwiczenia, 2) Określenie poszczególnych zadań wraz z ich rozwiązaniem: a) cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, b) niezbędne związki teoretyczne, c) opis rzeczywistego stanowiska badawczego, d) przebieg realizacji eksperymentu, e) wykonanie potrzebnych przeliczeń i zestawień, f) wykresy i charakterystyki (sporządzone na papierze milimetrowym), g) zestawienie i analiza wyników badań. 3) Analiza dokładności pomiarów. 4) Posumowanie uzyskanych wyników w postaci syntetycznych wniosków. 5) Zestawienie łączników (protokołów, taśm rejestracyjnych, itp.). 6. Literatura W. Chmielnicki, K. Kasperkiewicz, B. Zawada: Laboratorium automatyzacji urządzeń sanitarnych, Arkady 1985, W. Chmielnicki: Podstawy automatyki w inżynierii sanitarnej, WPW, Wrocław 1977, L. Kołodziejczyk, S. Mańkowski, M. Rubik: Pomiary w inżynierii sanitarnej, Arkady Warszawa 1980 7
CHARAKTERYSTYKA POTENCJOMETRU Nr 1: p=0,00613497*r+0,00276074 P [MPa] 0,30 0,28 0,26 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 R [ ] Rys. 6 Charakterystyka potencjometru nr 1. 8