1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest porównanie statycznych i dynamicznych właściwości układów sterowania ręcznego oraz dwupołożeniowej i ciągłej regulacji poziomu cieczy w zbiorniku. Działanie przemysłowego regulatora elektronicznego PID, międzysystemowego przetwornika elektropneumatycznego oraz zaworu regulacyjnego z pneumatycznym siłownikiem tłokowym i ustawnikiem pozycyjnym.

2.Schematy

Schematy układu regulacji cieczy

Ilość wody w zbiorniku określa się za pomocą manometru w pływakowych pomiarach cieczy. Czujnik umieszczony bezpośrednich komorze wydaje dźwięki lub sygnały świetlny wskazujący zbyt dużą ilość płynu bezpośrednich zbiorniku. Podłączony do komory odpowiedni układ sam zamyka dopływ płynu.

Natomiast w bezpośrednich pomiarach cieczy wykorzystuje się poziomowskazy, poziom wody ustawia się ręcznie przez odkręcanie i zakręcanie dopływu wody. Wzrokowo obserwuje się rezultat.

W doświadczeniu, układ może być obsługiwany ręcznie jak i automatycznie. W systemie sterowania ręcznego sygnał wyjściowy układu jest nastawiany ręcznie przez obsługującego za pośrednictwem stacyjki operacyjnej przełączonej na sterowanie ręczne. Sygnał wyjściowy stacyjki jest przetwarzany na sygnał pneumatyczny, który steruje ustawnikiem pozycyjnym sprzęgniętym z siłownikiem pneumatycznym i zaworem regulacyjnym. W systemie regulacji dwupołożeniowej jest wykorzystywany dwupołożeniowy czujnik poziomu wody dostarczający sygnał do regulatora dwupołożeniowego. Elektryczny sygnał wyjściowy regulatora jest przetwarzany na dwustanowy sygnał pneumatyczny, sterujący siłownikiem pneumatycznym i zaworem regulacyjnym. Z tego powodu siłownik może ustawić zawór w położeniu otwartym lub zamkniętym. W systemie automatycznej regulacji ciągłej jest wykorzystywany ciągły czujnik poziomu wody. który dostarcza ciągłego sygnału elektrycznego do regulatora ciągłego. Regulator porównuje sygnał zadany i sygnał regulowany i kształtuje sygnał wyjściowy, który następnie jest przetwarzany na sygnał pneumatyczny sterujący poziomem cieczy.

Schemat blokowy

Scalony, półprzewodnikowy wzmacniacz operacyjny W, posiadający dwa wejścia: odwracające kierunek napięcia wejściowego i nie odwracające kierunku napięcia wejściowego . Przez łączenie wyjścia wzmacniacza z jednym z jego wejść można zamykać pętlę sprzężenia zwrotnego ujemnego lub dodatniego. Sprzężenie może być proporcjonalne(zmiana statycznego wzmocnienia wzmacniacza), charakterystyce różnicującej lub całkującej(kształtuje właściwości dynamiczne wzmacniacza).

3.Właściwości statyczne układu

a)Charakterystyka sterowania zaworem regulacyjnym-należało regulator ciągły przełączyć na ręczną pracę układu oraz sprawdzić wpływ zaniku napięcia zasilającego na stan pamięci.

Iu	Pu	Sz
[mA]	kPa	%
0	20	0
0,5	23	13
1	35	22
1,5	44	37
2	52	45
2,5	59	56
3	68	67
3,5	76	79
4	84	89
4,5	92	90
5	99	90

b)charakterystyka dwupołożeniowego czujnika poziomu wody-gdy zawór regulacyjny doprowadziliśmy do otwarcia w około 50%,zadziałał czujnik dwupołożeniowy w momencie osiągnięcia poziomu wody w 50%,Po przekroczeniu 100%(stan alarmowy) nie można było skasować sygnału świetlnego, natomiast dźwiękowy tak. Alarm świetlny zgasł po obniżeniu się poziomu wody do bezpiecznego poziomu

c)charakterystyka ciągłego czujnika poziomu wody-należało wyznaczyć charakterystykę statyczną ciągłego pomiaru poziomu wody czyli zależność wskazań miernika prądu od poziomu wody w zbiorniku.

H [%]	Iy [mA]
100	4,9
90	4,6
80	4,1
70	3,7
60	3,4
50	3,0
40	2,6
30	2,1
20	1,7
10	1,3
0	0,8

4.Ręczne sterowanie poziomem wody w zbiorniku

Należało operować przyciskami sterowania ręcznego sterowania zaworem, tak aby przy uruchomionym dopływie i odpływie wody utrzymać w zbiorniku jej stały, zadany poziom.

Wykonując to ćwiczenie, należało utrzymać zadaną wartość poziomu wody, na zwiększenie lub zmniejszenie się poziomu wody należało reagować otwieraniem lub przymykaniem zaworu. Aby uzyskać wskazania miernika najbliższe zeru ,należało się skupić , dopiero po pewnym czasie uzyskiwało się małe wahania. Wyniki są zarejestrowane na taśmie rejestratora.

5.Dwupołożeniowa regulacja poziomu wody

W tym stanie układ pracuje z pewnym opóźnieniem. Linie zarejestrowana na taśmie są symetryczne , amplitudy są w równych odległościach od siebie.

Tak samo dzieje się dla odległościach=50%,tylko że amplitudy są bardziej oddalone od siebie, a całość linii rozciągnięta na taśmie.

6.Ciągła regulacja poziomu wody

a)określenie krytycznego wzmocnienia regulatora-stacyjka operacyjna i regulator zostały przełączone na automatyczny rodzaj pracy. Zminimalizowaliśmy całkujące działanie regulatora przez nastawienie maksymalnego czasu zdwojenia oraz wyłączyliśmy jego działanie różniczkujące nastawiając zerowy czas wyprzedzenia

Malejąco nastawialiśmy wzmocnienie regulatora (stan początkowy X_p=100%) i po każdej zmianie odczekaliśmy zadany czas.

Dla dużych wartości zakresu proporcjonalności amplitudy są małe, niewielkie zakłócenia. Gdy przeszliśmy z X_p=75% do X_p=50% pojawiły się regularne oscylacje poziomu wody w zbiorniku o amplitudzie wyraźnie zwiększonej w stosunku do poprzedniej. Podobnie dzieje się przy przejściu z X_p=50% do X_p=20%.

Amplituda dla wzmocnienia 20% i 15% nieznacznie się różni. Natomiast dla wzmocnienia 10% wykres przesuwa się, linie wykresu nie są już tak gęste ja poprzednio(krytyczny zakres proporcjonalności). Sygnał I osiąga tylko dwie krańcowe wartości, zawór regulacyjny jest albo otwarty albo zamknięty, a poziom wody oscyluje wokół zadanej wartości.

Dla wzmocnienia krytycznego zmierzony został okres oscylacji wielkości regulowanej.

t₁=14,94 s

t₂=14,72s

t₃=15,01s

t_śr=14,89

b) obliczenie nastaw regulatora PID- znajomość krytycznego wzmocnienia regulatora w badanym układzie regulacji oraz okresu oscylacji pozwala na obliczenie optymalnych nastaw regulatora ciągłego PID ze wzorów Zieglera i Nicholsa .

Rodzaj regulatora	Nastawy
		Xp [%]	TI [min]	TD [min]
PID	1,7 X pkr = 17%	0,5 Tosc = 0,124 min	0,12 Tosc = 0,0298 min

Po obliczeniu i nastawieniu zadanej wartości poziomu wody obserwowaliśmy układ przez zadany czas. Dla w=50% wykres odchyla się po łuku w lewo, amplitudy są dość małe i równe sobie. Po zmniejszeniu w do 25% wykres niewiele się zmienia, odchyla się dalej w lewo, a linie wykresu są tak samo gęste. Dla w=75 % wykres przenosi się na prawo, nie idzie już po łuku ,ale amplitudy nie są już sobie równe.

7.Opracowanie wyników doświadczeń

a)ręczne sterowanie poziomem wody w zbiorniku

-charakterystyka statyczna sterowania zaworem z siłownikiem i ustawnikiem pozycyjnym

-charakterystyka statyczna międzysystemowego przetwornika elektropneumatycznego

-wypadkowa charakterystyka ręcznego sterowania zaworem

b)charakterystyka czujnika poziomu wody

Charakterystyka ta nie jest idealnie liniowa, co może wskazywać na błędy w pomiarach lub błędy w odczycie wskazań.

c)ręczne sterowanie poziomem wody w zbiorniku

ΔE_max= +e_max +|-e_max | [%]

T.S. +e_max =8 -e_max =7 ΔE_max=8+7=15 %

M.J. +e_max=6 -e_max=8 ΔE_max=6+8=14 %

d)dwupołożeniowa regulacja poziomu wody

dla h=100% ΔE_max =17+15=32%

dla h=50% ΔE_max=18 +18=36%

e)ciągłą regulacja poziomu wody

dla h= 25% ΔE_max=4+8=12%

dla h=50% ΔE_max=4+8=12%

dla h=75% ΔE_max=5+7=12%

---