Automātiskās temperatūras kontroles sistēmas

Saskaņā ar regulēšanas principu visas automātiskās vadības sistēmas ir sadalītas četrās klasēs.

1. Automātiskā stabilizācijas sistēma — sistēma, kurā regulators uztur nemainīgu vadāmā parametra iestatīto vērtību.

2. Programmētā vadības sistēma — sistēma, kas nodrošina vadāmā parametra maiņu saskaņā ar iepriekš noteiktu likumu (laikā).

3. Izsekošanas sistēma — sistēma, kas nodrošina vadāmā parametra izmaiņas atkarībā no kādas citas vērtības.

4. Ekstrēmās regulēšanas sistēma — sistēma, kurā regulators uztur mainīgajiem apstākļiem optimālu vadāmā mainīgā lieluma vērtību.

Elektrisko apkures iekārtu temperatūras režīma regulēšanai galvenokārt tiek izmantotas pirmo divu klašu sistēmas.

Automātiskās temperatūras kontroles sistēmas pēc to darbības veida var iedalīt divās grupās: periodiskā un nepārtrauktā regulēšana.

Automātiskie regulatori automātiskās vadības sistēmas (ACS) pēc funkcionālajām pazīmēm tos iedala piecos veidos: pozicionālais (relejs), proporcionālais (statiskais), integrālais (astatisks), izodromisks (proporcionāli-integrālis), izodromisks ar priekšu un ar pirmo atvasinājumu.

Pozicionieri pieder periodiskai ACS, un cita veida regulatorus sauc par nepārtrauktiem ACS. Zemāk mēs aplūkojam pozicionālo, proporcionālo, integrālo un izodromisko regulatoru galvenos raksturlielumus, kurus visbiežāk izmanto automātiskajās temperatūras kontroles sistēmās.

Automātiskās temperatūras kontroles funkcionālā shēma (1. att.) sastāv no vadības objekta 1, temperatūras sensora 2, programmas ierīces jeb temperatūras regulatora 4, regulatora 5 un izpildmehānisma 8. Daudzos gadījumos tiek novietots primārais pastiprinātājs 3. starp sensoru un programmas ierīci un starp regulatoru un piedziņas mehānismu — sekundārais pastiprinātājs 6. Izodromiskās vadības sistēmās tiek izmantots papildu sensors 7.

Rīsi. 1. Automātiskās temperatūras regulēšanas funkcionālā shēma

Termopāri, termopāri (termistori) un pretestības termometri... Visbiežāk izmantotie termopāri. Sīkāku informāciju par tiem skatiet šeit: Termoelektriskie pārveidotāji (termopāri)

Pozicionālie (releja) temperatūras regulatori

Pozicionālais attiecas uz tādiem regulatoriem, kur regulators var ieņemt divas vai trīs noteiktas pozīcijas. Elektriskās apkures iekārtās tiek izmantoti divu un trīs pozīciju regulatori. Tie ir vienkārši un uzticami ekspluatācijā.

attēlā. 2 parāda shematisku diagrammu gaisa temperatūras ieslēgšanai un izslēgšanai.

Rīsi. 2.Gaisa temperatūras regulēšanas shematiska shēma ieslēdzot un izslēdzot: 1 — vadības objekts, 2 — mērīšanas tilts, 3 — polarizētais relejs, 4 — elektromotora ierosmes tinumi, 5 — motora armatūra, 6 — pārnesumkārba, 7 — sildītājs .

Temperatūras regulēšanai regulēšanas objektā tiek izmantota pretestība RT, kas savienota ar vienu no mērtiltiņa 2 atzariem. Tilta pretestību vērtības tiek izvēlētas tā, lai plkst. noteiktā temperatūrā tilts ir līdzsvarots, tas ir, spriegums tilta diagonālē ir vienāds ar nulli. Paaugstinoties temperatūrai, polarizētais relejs 3, kas iekļauts mērīšanas tilta diagonālē, ieslēdz vienu no līdzstrāvas motora tinumiem 4, kas ar reduktora 6 palīdzību aizver gaisa vārstu sildītāja priekšā. 7. Kad temperatūra pazeminās, gaisa vārsts pilnībā atveras.

Ar divu pozīciju temperatūras regulēšanu piegādātā siltuma daudzumu var iestatīt tikai divos līmeņos - maksimālajā un minimālajā. Maksimālajam siltuma daudzumam jābūt lielākam par nepieciešamo, lai uzturētu iestatīto kontrolēto temperatūru, bet minimālajam – mazākam. Šajā gadījumā gaisa temperatūra svārstās ap iestatīto vērtību, tas ir, tā saukto pašoscilācijas režīmu (3. att., a).

Temperatūras līnijas τn un τв nosaka mirušās zonas apakšējo un augšējo robežu. Kad vadāmā objekta temperatūra, pazeminoties, sasniedz vērtību τ, piegādātā siltuma daudzums acumirklī palielinās un objekta temperatūra sāk celties. Sasniedzot sajūtu τв, regulators samazina siltuma padevi un temperatūra pazeminās.

Rīsi. 3.Ieslēgšanas-izslēgšanas regulēšanas laika raksturlielums (a) un statiskais raksturlielums ieslēgšanas-izslēgšanas regulatoram (b).

Temperatūras paaugstināšanās un krituma ātrums ir atkarīgs no kontrolējamā objekta īpašībām un tā laika raksturlīknes (paātrinājuma līknes). Temperatūras svārstības nepārsniedz mirušo zonu, ja izmaiņas siltumapgādē nekavējoties izraisa temperatūras izmaiņas, tas ir, ja nav kontrolējamā objekta nobīdes.

Mirušajai zonai samazinoties, temperatūras svārstību amplitūda samazinās līdz nullei pie τn = τv. Tomēr tas prasa, lai siltuma padeve mainītos bezgalīgi augstā frekvencē, ko praksē ir ārkārtīgi grūti īstenot. Visos reālajos kontroles objektos ir aizkave. Regulēšanas process tajos notiek šādi.

Kad vadības objekta temperatūra nokrītas līdz vērtībai τ, strāvas padeve nekavējoties mainās, bet aizkaves dēļ temperatūra kādu laiku turpina pazemināties. Tad tas palielinās līdz vērtībai τв, pie kuras siltuma padeve uzreiz samazinās. Temperatūra kādu laiku turpina celties, tad samazinātas siltuma padeves dēļ temperatūra pazeminās un process atkārtojas vēlreiz.

attēlā. 3, b parāda divu pozīciju regulatora statisko raksturlielumu... No tā izriet, ka regulējošai ietekmei uz objektu var būt tikai divas vērtības: maksimālā un minimālā. Aplūkotajā piemērā maksimums atbilst pozīcijai, kurā gaisa vārsts (skat. 2. att.) ir pilnībā atvērts, minimums — kad vārsts ir aizvērts.

Vadības darbības zīmi nosaka kontrolējamās vērtības (temperatūras) novirzes no tās iestatītās vērtības zīme. Regulējošās ietekmes pakāpe ir nemainīga. Visiem ieslēgšanas/izslēgšanas regulatoriem ir histerēzes apgabals α, kas rodas elektromagnētiskā releja uztveršanas un izslēgšanas strāvu starpības dēļ.

Divpunktu temperatūras kontroles izmantošanas piemērs: Automātiska temperatūras kontrole krāsnīs ar sildīšanas pretestību

Proporcionālie (statiskie) temperatūras regulatori

Gadījumos, kad nepieciešama augsta regulēšanas precizitāte vai kad pašsvārstību process nav pieļaujams, izmantojiet regulatorus ar nepārtrauktu regulēšanas procesu... Tajos ietilpst proporcionālie regulatori (P-regulatori), kas piemēroti visdažādāko tehnoloģisko procesu regulēšanai.

Gadījumos, kad nepieciešama augsta regulēšanas precizitāte vai kad pašsvārstību process ir nepieņemams, tiek izmantoti regulatori ar nepārtrauktu regulēšanas procesu. Tajos ietilpst proporcionālie kontrolieri (P-kontrolleri), kas piemēroti visdažādāko tehnoloģisko procesu regulēšanai.

Automātiskās vadības sistēmās ar P-regulatoriem regulēšanas korpusa pozīcija (y) ir tieši proporcionāla vadāmā parametra (x) vērtībai:

y = k1x,

kur k1 ir proporcionalitātes koeficients (kontrollera pastiprinājums).

Šī proporcionalitāte notiek, līdz regulators sasniedz gala pozīcijas (gala slēdžus).

Regulējošā korpusa kustības ātrums ir tieši proporcionāls kontrolējamā parametra maiņas ātrumam.

attēlā.4 parāda automātiskās telpas temperatūras kontroles sistēmas shematisku diagrammu, izmantojot proporcionālo regulatoru. Telpas temperatūru mēra ar RTD pretestības termometru, kas savienots ar tilta mērīšanas ķēdi 1.

Rīsi. 4. Proporcionālās gaisa temperatūras regulēšanas shēma: 1 — mērīšanas tilts, 2 — vadības objekts, 3 — siltummainis, 4 — kondensatora motors, 5 — fāzes jutīgais pastiprinātājs.

Pie noteiktas temperatūras tilts ir līdzsvarots. Kad kontrolētā temperatūra novirzās no iestatītās vērtības, tilta diagonālē parādās nelīdzsvarotības spriegums, kura lielums un zīme ir atkarīga no temperatūras novirzes lieluma un zīmes. Šo spriegumu pastiprina fāzes jutīgais pastiprinātājs 5, kura izejā tiek ieslēgts piedziņas divfāzu kondensatora motora 4 tinums.

Piedziņas mehānisms pārvieto regulēšanas korpusu, mainot dzesēšanas šķidruma plūsmu siltummainī 3. Vienlaikus ar regulēšanas korpusa kustību mainās viena no mērīšanas tilta pleciem pretestība, kā rezultātā temperatūra, pie kuras tilts ir līdzsvarots.

Tādējādi stingrās atgriezeniskās saites dēļ katra regulējošā korpusa pozīcija atbilst savai kontrolētās temperatūras līdzsvara vērtībai.

Proporcionālo (statisko) regulatoru raksturo atlikušā regulējuma nevienmērība.

Krasas slodzes novirzes gadījumā no iestatītās vērtības (mirklī t1) vadāmais parametrs pēc noteikta laika (momenta t2) sasniegs jaunu stabilu vērtību (4. att.).Tomēr tas ir iespējams tikai ar jaunu regulējošās struktūras pozīciju, tas ir, ar jaunu kontrolētā parametra vērtību, kas atšķiras no iepriekš iestatītās vērtības par δ.

Rīsi. 5. Proporcionālās kontroles laika raksturlielumi

Proporcionālo regulatoru trūkums ir tāds, ka katrai parametra vērtībai atbilst tikai viena noteikta vadības elementa pozīcija. Lai saglabātu iestatīto parametra vērtību (temperatūra), mainoties slodzei (siltuma patēriņam), regulējošajai iestādei ir jāieņem cita pozīcija, kas atbilst jaunajai slodzes vērtībai. Proporcionālā regulatorā tas nenotiek, kā rezultātā rodas kontrolējamā parametra atlikušā novirze.

Integrālie (astatiskie kontrolieri)

Par integrāliem (astatiskiem) sauc tādus regulatorus, kuros, parametram novirzoties no iestatītās vērtības, regulējošais korpuss kustas vairāk vai lēnāk un visu laiku vienā virzienā (darba gājiena ietvaros), līdz parametrs atkal iegūst iestatīto vērtību . Regulēšanas elementa kustības virziens mainās tikai tad, kad parametrs pārsniedz iestatīto vērtību.

Integrālajos elektriskās darbības kontrolieros parasti tiek izveidota mākslīga mirušā zona, kurā parametra maiņa neizraisa regulējošā korpusa kustības.

Regulējošā korpusa kustības ātrums integrētajā kontrollerī var būt nemainīgs un mainīgs. Integrētā regulatora raksturīga iezīme ir proporcionālas attiecības trūkums starp kontrolējamā parametra līdzsvara stāvokļa vērtībām un regulējošās struktūras stāvokli.

attēlā.6 parādīta automātiskās temperatūras kontroles sistēmas shematiska shēma, izmantojot integrētu regulatoru.Atšķirībā no proporcionālās temperatūras regulēšanas ķēdes (skat. 4. att.), tai nav stingras atgriezeniskās saites cilpas.

Rīsi. 6. Integrētās gaisa temperatūras kontroles shēma

Integrētā kontrolierī regulējošā korpusa ātrums ir tieši proporcionāls vadāmā parametra novirzes vērtībai.

Integrētās temperatūras kontroles process ar pēkšņām slodzes (siltuma patēriņa) izmaiņām ir parādīts attēlā. 7 izmantojot laika raksturlielumus. Kā redzams diagrammā, kontrolētais parametrs ar integrēto vadību lēnām atgriežas iestatītajā vērtībā.

Rīsi. 7. Integrālās regulēšanas laika raksturlielumi

Izodromiskie (proporcionāli-integrālie) kontrolieri

Ezodromiskajai kontrolei piemīt gan proporcionālās, gan integrālās vadības īpašības. Regulējošā korpusa kustības ātrums ir atkarīgs no kontrolējamā parametra novirzes lieluma un ātruma.

Kad kontrolētais parametrs atšķiras no iestatītās vērtības, regulēšana tiek veikta šādi. Sākotnēji regulēšanas korpuss pārvietojas atkarībā no kontrolējamā parametra novirzes lieluma, tas ir, tiek veikta proporcionāla kontrole. Pēc tam regulators veic papildu kustību, kas nepieciešama, lai novērstu atlikušos nelīdzenumus (integrālā regulēšana).

Izodromisku gaisa temperatūras kontroles sistēmu (8. att.) var iegūt, nomainot stingro atgriezenisko saiti proporcionālās vadības ķēdē (sk. att.).5) ar elastīgu atgriezenisko saiti (no regulēšanas korpusa uz motoru atgriezeniskās saites pretestībai). Elektrisko atgriezenisko saiti izodromiskā sistēmā nodrošina potenciometrs, un tā tiek ievadīta vadības sistēmā caur cilpu, kurā ir pretestība R un kapacitāte C.

Pārejas laikā atgriezeniskās saites signāls kopā ar parametru novirzes signālu ietekmē turpmākos sistēmas elementus (pastiprinātāju, elektromotoru). Ar stacionāru regulēšanas korpusu, lai kādā stāvoklī tas būtu, kad kondensators C ir uzlādēts, atgriezeniskās saites signāls samazinās (stacionārā stāvoklī tas ir vienāds ar nulli).

Rīsi. 8. Gaisa temperatūras izodromiskās regulēšanas shēma

Izodromiskajam regulējumam raksturīgi, ka regulējuma nevienmērība (relatīvā kļūda) samazinās, pieaugot laikam, tuvojoties nullei. Šajā gadījumā atgriezeniskā saite neradīs kontrolētās vērtības atlikušās novirzes.

Tādējādi izodromiskā vadība rada ievērojami labākus rezultātus nekā proporcionālā vai integrālā (nemaz nerunājot par pozīcijas kontroli). Proporcionāla kontrole stingras atgriezeniskās saites klātbūtnes dēļ notiek gandrīz uzreiz, izodroma - lēnāk.

Programmatūras sistēmas automātiskai temperatūras kontrolei

Programmētās vadības ieviešanai nepieciešams nepārtraukti ietekmēt regulatora iestatījumu (uzdoto vērtību), lai kontrolētā vērtība mainītos saskaņā ar iepriekš noteiktu likumu. Šim nolūkam regulējošais regulators ir aprīkots ar programmatūras elementu. Šī ierīce kalpo, lai noteiktu iestatītās vērtības maiņas likumu.

Elektriskās apkures laikā automātiskās vadības sistēmas izpildmehānisms var darboties, lai ieslēgtu vai izslēgtu elektrisko sildelementu sekcijas, tādējādi mainot apsildāmās iekārtas temperatūru saskaņā ar doto programmu. Mākslīgā klimata instalācijās plaši tiek izmantota programmētā gaisa temperatūras un mitruma kontrole.