Regulatory położenia i sterowanie dwupołożeniowe

W obiektach regulacyjnych, które nie posiadają samopoziomowania, nie można zlokalizować efektu zakłócenia bez pomocy automatycznego regulatora i nie zostanie osiągnięty stan równowagi.

Działanie automatycznego regulatora jest zdeterminowane rodzajem zależności pomiędzy odchyleniami kontrolowanego parametru a działaniem regulacyjnym korpusu regulacyjnego, które następuje w wyniku jego ruchu. Ta zależność nazywana jest charakterystyką dynamiczną regulatora lub prawem regulacyjnym regulatora... W zależności od rodzaju tej zależności regulatory dzielą się na pozycyjne, statyczne lub proporcjonalne, astatyczne i izodromiczne.

Regulator w ustawniku pozycyjnym może mieć dwie lub więcej stałych pozycji, z których każda odpowiada określonym wartościom kontrolowanego parametru.

W zależności od liczby pozycji regulatory mogą być dwupozycyjne, trójpozycyjne i wielopozycyjne.

W praktyce znajduje się największe zastosowanie regulatory dwupozycyjne... Należy je omówić bardziej szczegółowo.

W reduktorze dwupołożeniowym, gdy regulowany parametr odbiega od wartości zadanej (o wielkość większą niż nieczułość regulatora), korpus regulujący zajmuje jedno ze skrajnych położeń odpowiadających maksymalnemu lub minimalnemu możliwemu przepływowi substancji regulującej . W konkretnym przypadku minimalną wartością może być dopływ zerowy.

Ruch korpusu regulacyjnego z jednego położenia krańcowego do drugiego przy regulacji włącz-wyłącz odbywa się zwykle z dużą prędkością — teoretycznie natychmiastową w chwili równej zeru.

Dla danej wartości kontrolowanego parametru nie występuje równość między dopływem a odpływem. Może się to zdarzyć tylko przy maksymalnym lub minimalnym obciążeniu. Dlatego w sterowaniu dwupołożeniowym układ zwykle znajduje się w stanie nierównowagi. W rezultacie kontrolowany parametr stale oscyluje w obu kierunkach od wartości zadanej.

Amplituda tych oscylacji przy braku opóźnień, jak łatwo założyć, będzie pewną niewrażliwością regulatora... Strefa możliwych oscylacji kontrolowanego parametru zależy od martwej strefy regulatora i jest wyznaczana przy założeniu, że istnieje nie ma opóźnienia.

Strefa nieczułości regulatora to zakres zmian sterowanego parametru wymagany do zainicjowania ruchu regulatora w kierunku do przodu i do tyłu. Czyli np. regulator pokojowy ustawiony na utrzymywanie 20°C zaczyna zamykać regulator podczas dostarczania ciepłej wody do podgrzewacza, gdy temperatura powietrza wewnętrznego wzrasta do 21°, a otwiera go przy temperaturze 19° , to martwa strefa tego regulatora jest równa 2 °.

Dokładność utrzymania zadanych parametrów przy włączaniu-wyłączaniu jest stosunkowo wysoka.

Jeśli dokładność regulacji jest wystarczająco wysoka, to wydaje się, że regulatory włącz-wyłącz mogą być stosowane we wszystkich obiektach. O możliwości zastosowania regulacji załącz-wyłącz w większości przypadków decyduje nie osiągnięta dokładność regulacji, ale dopuszczalna częstotliwość przełączania. Należy pamiętać, że częste przełączanie prowadzi do szybkiego zużycia części (bardzo często styków) regulatora, a co za tym idzie do obniżenia niezawodności jego działania.

Obecność opóźnienia pogarsza proces regulacji, ponieważ zwiększa amplitudę wahań parametrów, ale z drugiej strony opóźnienie zmniejsza częstotliwość przełączania, a tym samym rozszerza zakres regulacji załącz-wyłącz.

Schemat ideowy elektrycznego dwupozycyjnego regulatora temperatury w suszarce pokazano na ryc. 1.

Ryż. 1. Schemat ideowy elektrycznego termostatu dwupołożeniowego w suszarce komorowej: 1 — czujnik bimetaliczny; 2 — grzałka elektryczna

Ten regulator składa się z czujnika 1 i elektrycznego elementu grzejnego 2. Czujnik składa się z dwóch bimetaliczne płytki stykowe, które pod wpływem temperatury mogą, zbliżając się do siebie, zamknąć lub wręcz przeciwnie otworzyć obwód elektryczny.

Zwykle w suszarce utrzymuje się temperaturę 105° C. Następnie po osiągnięciu ustawionej temperatury należy zewrzeć styki i manipulować częścią elementu grzejnego.Wymaganą wartość Qpr po manewrowaniu nagrzewnicą można dobrać tak, aby w pełni kompensowała straty ciepła z suszarni Qst.

Ale można go również wyregulować w taki sposób, aby po osiągnięciu ustawionej temperatury grzałka całkowicie się wyłączyła. W pierwszym wariancie możliwe jest osiągnięcie tego, że Qpr = Qst, wtedy regulator nie będzie się przełączał.

na ryc. 2 przedstawia charakterystykę procesu regulacji dwupołożeniowej. Rysunek ten przedstawia zmiany parametru kontrolowanego w czasie po pojedynczej, gwałtownej zmianie obciążenia obiektu Qpr lub Qst. Pokazano tu również ruch ciała regulującego w czasie.

Ryż. 2. Charakterystyka procesu regulacji dwupołożeniowej

Należy zauważyć, że w regulacji dwustawnej zmiana obciążenia powoduje zmianę wartości średniej wielkości regulowanej, tj. charakteryzuje się pewnymi nieprawidłowościami. Odchylenie od średniej wartości kontrolowanego parametru można obliczyć ze wzoru

ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qpr/2 — Qct),

gdzie ΔPcm — maksymalne odchylenie kontrolowanego parametru od średniej wartości zadanej; ΔTzap — czas opóźnienia transmisji; W jest współczynnikiem pojemności obiektu.

W normalnych przypadkach Qpr = Qct i ΔTzap — wartość jest nieistotna. Dlatego przemieszczenie nie może być bardzo duże i nie przekracza martwej strefy regulatora.

Obszary zastosowania sterowników włączania i wyłączania

Regulator dwupołożeniowy można zastosować w przypadku, gdy stopień samopoziomowania sterowanego obiektu jest bliski jedności, a czułość obiektu na zakłócenia nie przekracza 0,0005 1/s, jeżeli nie ma innych przesłanek zmuszających zrezygnować z tego kontrolera. Przyczyny te obejmują:

1. Częste, mniej niż 4 — 5 minut, włączanie i wyłączanie regulatora, co zwykle ma miejsce w obiektach o niskich współczynnikach wydajności i przy częstych zmianach obciążenia obiektu.

Należy pamiętać, że dopuszczalna częstotliwość przełączania jest określona przez zaawansowanie techniczne regulatorów na tym poziomie. Liczby te są ustalane przez praktykę automatycznego systemu sterowania. Być może w przyszłości uda się je udoskonalić, głównie w dół. Ponadto należy pamiętać, że możliwe jest określenie dopuszczalnej częstotliwości przełączania poprzez ustawienie wymaganej żywotności regulatora, znając minimalną znormalizowaną liczbę operacji (cykli) jednego z elementów regulacyjnych.

2. Niedopuszczalność wstrzymania dopływu nośnika ciepła np. do nagrzewnic powietrza centrali wentylacyjnej nawiewnej lub nagrzewnic powietrza pierwszego grzania centrali klimatyzacyjnej. Należy pamiętać, że jeśli w okresie zimowym dopływ czynnika chłodzącego do nagrzewnic zostanie całkowicie lub nawet częściowo wstrzymany, to podczas pracy wentylatora, który zasysa zimne powietrze z dużą prędkością może bardzo szybko zamarznąć.

3.Niedopuszczalność dużych odchyleń nieuregulowanych parametrów środowiskowych Oznacza to, że w wielu przypadkach jeden z parametrów powietrza jest regulowany, a drugi nie jest regulowany, ale musi mieścić się w określonych granicach.

Na przykład można nazwać utrzymaniem określonej temperatury w sklepach branży tekstylnej. Tutaj zadaniem jest regulacja takiej temperatury, przy której utrzymane zostaną warunki do utrzymania wilgotności względnej w określonych granicach. Jeśli jednak temperatura jest utrzymywana w określonych granicach, wahania wilgotności względnej przekraczają dopuszczalną strefę.

Tę ostatnią okoliczność można wytłumaczyć faktem, że współczynniki wydajności kontrolowanego obiektu w odniesieniu do temperatury są relatywnie wyższe niż te same współczynniki w odniesieniu do wilgotności względnej. Bardzo często w praktyce w takich warsztatach zachodzi konieczność rezygnacji z regulacji temperatury załącz-wyłącz.

4. Niedopuszczalność gwałtownego i znacznego odchylenia parametrów środowiska kontrolnego od wymagań dotyczących wahań parametrów kontrolowanych.

Np. temperatura powietrza nawiewanego podczas regulacji on-off mocy grzewczej nagrzewnicy powietrza w komorze nawiewu może mieć tak znaczne odchylenia, że ​​powoduje nieprzyjemne odczucia przedmuchów na stanowisku pracy. Ogólnie rzecz biorąc, wahania temperatury wewnętrznej nie przekroczą ustalonych limitów.

Okoliczność tę można również wytłumaczyć różnymi wartościami współczynników wydajności nagrzewnicy powietrza jako obiektu regulacji temperatury powietrza nawiewanego oraz pomieszczenia produkcyjnego jako obiektu regulacji temperatury wewnętrznej.

Jeśli więc obiekt ma odpowiednią cechę i nie ma powodu, aby rezygnować z regulatora włącz-wyłącz, zawsze należy dążyć do zainstalowania tego drugiego. Ten typ regulatora okazuje się najprostszy i najtańszy, najbardziej niezawodny w działaniu i nie wymaga wykwalifikowanej obsługi. Dodatkowo takie regulatory zapewniają stabilną jakość regulacji.

Ważnym faktem jest to, że wysterowanie regulatora dwupołożeniowego bardzo często wymaga minimalnego zużycia energii, gdyż jest on używany tylko w momentach zamykania lub otwierania.

Bardzo często stosowane są regulatory dwupozycyjne do automatycznej kontroli temperatury w piekarnikach elektrycznych.