Füllstandsstrecke SF 100

Transkript

1 Füllstandsstrecke SF 100 Das Problem: Begriffe und Vorgänge der erfahrbar machen. Auswahl einer anschaulichen didaktischen reduzierten, aber trotzdem praxisnahen Regelstrecke. Die Lösung: Die»trockene«Füllstandsstrecke SF 100, die Regelstrecke die einleuchtet! SF 100 die elektronische Regelstrecke, bei der die Ablaufmenge pro Zeit von der Füllhöhe abhängt. Die Vorteile: Elektronik friert nicht ein, läuft nicht über, trocknet nicht aus. Kaskadierbar für Regelstrecken höherer Ordnung. Verwendbar in Verbindung mit industriellen. Reglern, Lehrmittelsystemen, Mikroprozessoren oder SPS Einsetzbar für lehrer- oder schüleraktiven Unterricht. Lehrer und schülersicher Optimale Visualisierung von Füllhöhe, Zufluss- und Abflussmenge. Kurze Rüstzeit, blitzartiges entleeren des Behälters, keine unnötigen Wartezeiten. Ansteuerung - Binär 0/24V SPS, 0/5V Mikroprozessor - Analog V Ausgänge V proportional zur Füllstandshöhe V proportional zur Abflussmenge pro Zeit Anzeigen - Hochauflösendes brillantes 100 Segmente Display - Variable Lauflichter für Zufluss und Abfluss - LED-Signale für geöffnete Ventile Format: 265 x 297 Bestell-Nummer: Seite 3.1

2 PID Regler Die PID-Regler-Platte dient zur Erarbeitung der Grundlagen der prinzipiellen Wirkungsweise eines P-, I-, PI-, PD, PID- Reglers im Zusammenwirken mit der Regelstrecke "Füllstand" oder anderen Regelstrecken. Übertragungsglieder P-Glied: Kennwert K P (Proportionalbeiwert) von 0,1 bis 1000 einstellbar. I-Glied: Kenwert T I (Integrierzeit) von 1ms bis 10s einstellbar. D-Glied: Kennwert T D (Differenzierbeiwert) von 1ms bis 10s einstellbar. Für jedes Übertragungsglied gilt: Signalspannungsbereich von-10v bis +10V, nach dem Übertragungsglied direkt meßbar und mit einem Schalter zuschaltbar. Die Grobeinstellung jedes Kennwertes erfolgt über einen 4-Stufenschalter, die Feineinstellung über Potentiometer. Signalisierung von positiver bzw. negativer Bereichsüberschreitung mit jeweils einer LED. Sollwertvorgabe Intern: Stufenlos einstellbare Gleichspannung von 0V bis 10V, abschaltbar. Extern: Einspeisung einer Spannung von -10V bis +10V über Eingang W ext. Ausgangsgröße Stellgröße y: Ausgabe der Summenspannung der zugeschalteten Übertragungsglieder in einem Spannungsbereich von -10V bis +10V. Anzeige des Betrags der Ausgangsgröße mit einer 20-Balken-LED. Das Vorzeichen der Spannung wird mit einer LED signalisiert. RESET-Taste Durch Betätigung der RESET-Taste wird der Speicher des I-Übertragungsgliedes gelöscht, die Stellgröße y auf 0V gelegt und ein 5V Signal auf die Buchse R geschaltet. Format: 265 x 297 Buchsen: 4mm Bestell-Nummer: Seite 3.2

3 Zweipunkt Regler Die Zeipunkt-Regler-Platte dient zur Erarbeitung der Grundlagen der prinzipiellen Wirkungsweise einer Zweipunktregelung im Zusammenwirken mit der Regelstrecke "Füllstand" oder anderen Regelstrecken. Einstellmöglichkeiten Sollwertvorgabe: Stufenlos einstellbare Gleichspannung von 0V bis 10V, abschaltbar. Die Zuschaltung wird durch eine LED angezeigt. Schalthysterese: Stufenlos einstellbare Gleichspannung von 0V bis 5V. Ausgangsgröße Stellgröße y: Ausgabe der Stellgröße als binäre Spannung mit den Werten: U Yaus = 0V; U Yein = 10V. Anzeige der Ausgangsspannung durch jeweils eine LED. Messbuchsen Regeldifferenz e: Messung der Regeldifferenz e = w - x. Sollwert w Messung des eingestellten Sollwertes unabhängig von der Zu- oder Abschaltung. Buchsen: 4mm Bestell-Nummer: Seite 3.3

4 PT1-Glied Das PT1-Glied verzögert ein Eingangssignal U1 nach einer e-funktion mit einer einstellbarer Zeitkonstanten T und einem einstellbaren Übertragungsbeiwert KP. Das verzögerte Eingangssignal wird am Ausgang U2 ausgegeben. Verwendung Das PT1 Glied kann zum Vorschalten vor die Füllstandsstrecke eingesetzt werden, um das Öffnen des Stellventils zu verzögern. Damit kann das Verhalten des Stellgliedes der Füllstandsstrecke einem in der Praxis vorkommenden angepasst werden. Durch das verzögerte Auf- bzw. Zusteuern des Einlassventils V1 der Füllstandsstrecke hat die gesamte Regelstrecke nun ein Zeitverhalten 2. Ordnung. Das PT1-Glied kann aber auch als eigenständige Regelstrecke eingesetzt werden. Bei der Kaskadierung mehrerer PT1-Glieder kann ein beliebiges PTn- Streckenverhalten eingestellt werden. Zur Anschaltung an die PID-Regler Platte ist beim letzten PT1- Glied der Ausgang U2 mit der Buchse X zu verbinden und über die vorgeschalteten Platten zum Regler durchzuschleifen. Einstellwerte Zeitkonstante T: 10ms bis 100s Übertragungsbeiwert K P : 0,1 bis 100 oder "Konstant 1" Grobeinstellung mit 4-Stufenschalter, Feineinstellung über Potentiometer Signalspannungsbereich Eingangsspannung U1: -10V bis +10V Ausgangsspannung U2: -10V bis +10V Anzeige Der Wert der positiven Ausgangsspannung wird mit einer 20 Segment-Balken-LED angezeigt. RESET-Taste Durch Betätigung der RESET-Taste wird der Speicher des PT1-Gliedes gelöscht, die Ausgangsspannung U2 = 0V und ein 5V Spannungssignal auf die Buchse R gelegt Bestell-Nummer: Seite 3.4

5 Stellglied Schrittregler Die Ausgangsspannung U2 des Stellglied des Schrittreglers wächst linear bei einem binären "1"-Signal am Eingang "AUF" und sinkt linear bei einem binären "1"- Signal am Eingang "ZU". Das Erreichen der positiven bzw. negativen Bereichsgrenze legt an die binären Ausgangssignalen BOG bzw. BUG die an den Versorgungsspannungseingang +24V gelegte Spannung Verwendung Das Stellglied Schrittregler wird dem Stellgrößeneingang der Füllstandsstrecke vorgeschaltet, um eine Ansteuerung des Stellgliedes von einem Dreipunkt- Schrittregler zu ermöglichen. Dazu wird der Ausgang U2 mit dem Stellgrößeneingang UV1 der Regelstrecke verbunden. Mit einem binären "1"-Signal an den Eingang "AUF" ("ZU") wird dann das Ventil stetig aufgesteuert (zugesteuert).liegt an beiden Eingängen ein "0"-Signal oder ein "1"-Signal, so bleibt die Ausgangsspannung U2 erhalten. Die Ausgänge BOG bzw. BUG melden, ob die Ausgangsspannung U2 die Bereichsgrenze erreicht hat, das Ventil V1 also ganz geschlossen oder ganz geöffnet ist. Über die Buchse X kann die Regelgröße bis zum Regler durchgeschleift werden. Einstellwert Stellzeit Ts mit einem Schraubendreher. Die Stellzeit Ts gibt an, wie lange bei einem "1"-Signal an einem der Eingänge die Ausgangsspannung benötigt, um den gesamten Spannungsbereich zu durchlaufen. Spannungsbereiche Eingangsspannung AUF / ZU: U < 2V "0"-Signal U = 3V...24V "1"-Signal " Ausgangsspannung U2: 0V bis +10V Ausgangsspannung BOG: U2 < 10V BOG = 0V; U2 = 10V BOG = 24V Ausgangsspannung BUG:U2 > 0V BUG = 0V U2 = 0V BUG = 0V Anzeigen Der Wert der Ausgangsspannung U2 wird mit einer 20 Segment-Balken-LED angezeigt. Anzeige der binären Signalzustände mit jeweils einer LED. RESET-Taste Durch Betätigung der RESET-Taste wird der Speicher des Stellgliedes Schrittregler gelöscht, die Ausgangsspannung U2 = 0V und ein 5V Signal auf die Buchse R gelegt, 24V Bestell-Nummer: Seite 3.5

6 Störgrößengeber Die Störgrößengeberplatte dient zur starren oder nachgebenden Störgrößenaufschaltung in einem vermaschten Regelkreis. Damit ist es möglich, im Zusammenwirken mit der Regelstrecke "Füllstand" oder anderen Regelstrecken einen Regelkreis mit Störgrößenaufschaltung aufzubauen. Störgrößenspannung Intern: Extern: Stufenlos einstellbare Gleichspannung von -5V bis +5V, abschaltbar. Die Zuschaltung wird durch eine LED angezeigt. Einspeisung einer Spannung von -10V bis +10V über den Eingang Y Z1 Ausgangsgröße Stellgröße y: Messbuchse Störgröße Y Z2 : Ausgabe der Stellgröße Y als Summenspannung der Signale Y R ; Y Z1 und Y Z2. Messung der eingestellten Störspannung unabhängig von der Zu- oder Abschaltung. Anzeige Der Wert der Ausgangsspannung wird mit einer 20 Segment-Balken-LED angezeigt und der Betrag der Ausgangsspannung durch eine weitere LED signalisiert. Bestell-Nummer: Seite 3.6

7 Totzeit-Glied Das Totzeit-Glied gibt ein Eingangssignal U1 mit einer einstellbarer Totzeit Tt von 0,5 bis 12s am Ausgang U2 versetzt aus. Während der eingestellten Totzeit werden 2048 Werte im Signalspeicher gespeichert. Das Ausgangssignal U2 ist an einer Balkenanzeige sichtbar Verwendung Das Totzeitglied Glied kann zum Vorschalten vor die Füllstandsstrecke eingesetzt werden, um das Öffnen des Stellventils zu verzögern. Damit kann das Streckenverhalten der Füllstandsstrecke zu einer Regelstrecke mit Totzeit verändert werden. In der Praxis wird eine Totzeit z. Bsp. durch den Transport eines Füllgutes über eine sehr lange Leitung verursacht. Einstellwert Totzeit Tt: von 0,5s bis 12s einstellbar. Signalspannungsbereich Eingangsspannung U1: 0 bis +10V Ausgangsspannung U2: 0 bis +10V Anzeige Der Wert der positiven Ausgangsspannung wird mit einer 20 Segment-Balken-LED angezeigt. Format:... x 297 Buchsen: 2mm und 4 mm Bestell-Nummer: Seite 3.7

8 Spannungswandler Der Spannungswandler setzt eine +24V Eingangsspannung zu zwei Spannungen von +15V und -15V um. Verwendung Für Versuche, bei denen zwei Versorgungsspannungen von +15V und -15V benötigt werden, aber nur eine Spannungsquelle von +24V zur Verfügung steht. Folgende Experimentierplatten lassen sich so direkt mit einer 24V-Spannungsversorgung z. B. einer SPS betreiben: Füllstandsstrecke PT1-Glied Schrittregler Totzeit-Glied Spannungsbereich Eingangsspannung: Ausgangsspannung: 20-30V +15V/-15V Strombelastbarkeit Positive Ausgangsspannung: I max = 800mA Negative Ausgangsspannung: I max = 500mA Anzeige Die Spannungen +24V, +15V und -15V werden jeweils mit einer LED angezeigt. Bestell-Nummer: Seite 3.8

9 D/A - A/D Umsetzer Anwendung Zur Erarbeitung der prinzipiellen Grundlagen einer Digital-Analog-Umsetzung und einer Analog-Digital- Umsetzung Bei der D/A - Umsetzung wird ein 8-Bit breites digitales Signal in eine analoge Spannung umgesetzt. Bei der A/D - Umsetzung wird eine analoge Spannung in ein 8-Bit breites Signal umgesetzt. Zur Verwendung als externer D/A - A/D Umsetzer bei der Analogwertverarbeitung mit einer SPS. Für eine Steuerungsaufgabe mit der Verarbeitung von Analogwerten, einer stetigen oder unstetigen Regelung sind dann keine Analogeingabe- oder Ausgabebaugruppen erforderlich. Zur Verwendung einer externen D/A-A/D Umsetzung bei der Analogwertverarbeitung mit einem Mikrocomputer, bzw. Mikroprozessorsystem. Spannungsbereiche D/A - Umsetzer Eingangsspannung: U < 3V "0"-Signal; U = 4V...24V "1"-Signal Ausgangsspannung: U1 = 0 bis 10V A/D - Umsetzer Eingangsspannung: U2 = 0 bis 10V Ausgangsspannung: "0"-Signal U = 0V; "1"-Signal U = 24V Anzeigen Positive und negative Übersteuerungsanzeige für den analogen Eingang des A/D-Umsetzers Die binären "1"-Signale werden mit LED`s signalisiert., 24V Bestell-Nummer: Seite 3.9