Позиционни контролери и двупозиционно управление

В обекти за управление, които нямат самонивелиране, всеки смущаващ ефект не може да бъде локализиран без помощта на автоматичен контролер и равновесното състояние няма да бъде постигнато.

Работата на автоматичния регулатор се определя от вида на връзката между отклоненията на контролирания параметър и регулиращия ефект на регулиращия орган, който възниква в резултат на неговото движение. Тази зависимост се нарича динамичната характеристика на контролера или регулаторния закон на контролера… По вида на тази зависимост регулаторите се делят на позиционни, статични или пропорционални, астатични и изодромни.

Регулаторният орган в позиционер може да има две или повече фиксирани позиции, всяка от които съответства на определени стойности на управлявания параметър.

По броя на позициите регулаторите могат да бъдат двупозиционни, трипозиционни и многопозиционни.

На практика се намира най -голямото приложение двупозиционни регулатори… Те трябва да бъдат обсъдени по -подробно.

В регулатор с две позиции, когато управляваният параметър се отклонява от зададената стойност (с количество, по-голямо от нечувствителността на регулатора), регулиращият орган заема едно от крайните положения, съответстващи на максималния или минималния възможен приток на регулиращото вещество. В конкретен случай минималната стойност може да бъде нулев приток.

Движението на регулиращото тяло от едно крайно положение в друго с регулиране on -off обикновено се извършва с висока скорост — теоретично мигновено за момент от време, равен на нула.

Равенството между входящия и изходящия поток не се наблюдава при дадена стойност на контролирания параметър. Това може да се случи само при максимални или минимални натоварвания. Следователно, при двупозиционно управление системата по правило е в неравновесно състояние. В резултат на това контролираният параметър непрекъснато се колебае в двете посоки от зададената стойност.

Амплитудата на тези трептения при липса на закъснения, както е лесно да се предположи, ще бъде определена нечувствителност на регулатора… Зоната на възможните колебания на контролирания параметър зависи от регулатор мъртва зона и се определя, като се приеме, че няма забавяне.

Мъртвата зона на контролера е обхватът на промяна на управлявания параметър, необходим за започване на движението на регулатора в посоки напред и назад. Така например, ако регулаторът на стайната температура, настроен да поддържа 20 ° C, започне да затваря регулатора при подаване на топла вода към нагревателя, когато вътрешната температура на въздуха се повиши до 21 °, и да го отвори при температура от 19 ° , тогава мъртвата зона на този регулатор е равна на 2 °.

Точността на поддържане на зададените параметри с включване-изключване е относително висока.

Ако точността на управление е достатъчно висока, тогава изглежда, че контролерите за включване и изключване могат да се използват във всички съоръжения. Приложимостта на контрола за включване и изключване в повечето случаи се определя не от постигнатата точност на управление, а от допустимата честота на превключване. Трябва да се има предвид, че честото превключване води до бързо износване на части (много често контакти) на регулатора и следователно до намаляване на надеждността на неговата работа.

Наличието на закъснение влошава процеса на регулиране, тъй като увеличава амплитудата на колебанията на параметрите, но от друга страна, забавянето намалява честотата на превключване и по този начин разширява сферата на приложение на регулирането за включване и изключване.

Схематична диаграма на електрически двупозиционен температурен регулатор в сушилна фурна е показана на фиг. 1.

Ориз. 1. Схематична диаграма на електрически двупозиционен терморегулатор в сушилен шкаф: 1 — биметален сензор; 2 — нагревателен електрически елемент

Този регулатор се състои от сензор 1 и електрически нагревателен елемент 2. Сензорът се състои от два биметални плочи с контакти, които под въздействието на температурата могат, приближавайки се един към друг, да затворят или, напротив, да отворят електрическа верига.

Обикновено в сушилния шкаф се поддържа температура от 105 ° C. След това, когато се достигне зададената температура, контактите трябва да се затворят и част от нагревателния елемент се манипулира. Необходимата стойност на Qпр след маневриране на нагревателя може да бъде избрана по такъв начин, че да компенсира напълно топлинните загуби от сушилната пещ Qst.

Но също така може да се регулира по такъв начин, че когато се достигне зададената температура, нагревателят да се изключи напълно. В първия вариант е възможно да се постигне, че Qпр = Qst, тогава регулаторът няма да превключи.

На фиг. 2 показва характеристиката на двупозиционния процес на управление. Тази фигура показва промените в контролирания параметър във времето след еднократна рязка промяна в натоварването на обекта Qпр или Qst. Тук е показано и движението на регулиращия орган във времето.

Ориз. 2. Характеристики на двупозиционния процес на управление

Трябва да се отбележи, че при двупозиционно регулиране промяната в натоварването предизвиква промяна в средната стойност на контролираната стойност, т.е. характеризира се с известни неравности. Отклонението от средната стойност на контролирания параметър може да се изчисли по формулата

ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qпр/2 — Qcт),

където ΔPсм — максимално изместване на контролирания параметър от средната зададена стойност; ΔTзап — времето на забавяне на трансфера; W е коефициентът на капацитет на обекта.

В нормални случаи Qпр = Qcт и ΔTзап — стойността е незначителна. Следователно изместването не може да бъде много значително и не надхвърля мъртвата зона на регулатора.

Области на приложение на контролерите за включване и изключване

Двупозиционен контролер може да се използва в случай, че степента на самонивелиране на управлявания обект е близка до единица и чувствителността на обекта към смущения не надвишава 0,0005 1 / s, ако няма други причини, принуждаващи да изоставете този контролер. Тези причини включват:

1. Често, по -малко от 4 — 5 минути, включване и изключване на регулатора, което обикновено се извършва в обекти с ниски коефициенти на капацитет и с чести промени в натоварването на обекта.

Трябва да се има предвид, че допустимата честота на превключване се определя от техническото усъвършенстване на регулаторите на това ниво. Тези цифри са установени от практиката на системата за автоматично управление. Може би в бъдеще те могат да бъдат усъвършенствани, главно надолу. Освен това трябва да се има предвид, че е възможно да се определи допустимата честота на превключване чрез задаване на необходимия живот на регулатора, като същевременно се знае минималният стандартизиран брой операции (цикли) на един от регулаторните елементи.

2. Недопустимост на спиране на подаването на топлоносителя, например към въздушните нагреватели на захранващия вентилационен блок или към въздушните нагреватели на първото отопление на климатичния агрегат. Трябва да се има предвид, че ако през зимния сезон подаването на охлаждащата течност към нагревателите е напълно или дори частично спряно, то когато вентилаторът работи, който смуче студен въздух с висока скорост, той може да замръзне много бързо.

3. Недопустимост на големи отклонения на нерегламентирани параметри на околната среда.Тук се има предвид, че в редица случаи един от параметрите на въздуха е регулиран, докато другият не е регулиран, но трябва да бъде в определени граници.

Например, можете да наречете поддържане на определена температура в магазините на текстилната промишленост. Тук задачата е да се регулира такава температура, при която условията за поддържане на относителната влажност в определени граници ще се поддържат. Ако обаче температурата се поддържа в определените граници, колебанията в относителната влажност надхвърлят допустимата зона.

Последното обстоятелство може да се обясни с факта, че коефициентите на капацитет на контролирания обект по отношение на температурата са относително по -високи от същите коефициенти по отношение на относителната влажност. Много често на практика е необходимо да се изостави контролът на температурата за включване и изключване в такива работилници.

4. Недопустимост на рязко и значително отклонение на параметрите на контролната среда при спазване на изискванията за колебания в контролираните параметри.

Например, температурата на подаващия въздух по време на включване-изключване на регулирането на отоплителния капацитет на нагревателя на въздуха на захранващата камера може да има толкова значителни отклонения, че да предизвикат неприятни усещания от духане на работното място. Като цяло колебанията във вътрешната температура няма да надвишават установените граници.

Това обстоятелство може да се обясни и с различни стойности на коефициентите на капацитета на въздушния нагревател като обект за контрол на температурата на подавания въздух и производственото помещение като обект за контрол на вътрешната температура.

По този начин, ако има подходяща характеристика на обекта и няма причина да се изостави контролера за включване и изключване, винаги трябва да се стремите да инсталирате последния. Този тип регулатор се оказва най -простият и евтин, най -надежден в експлоатация и не изисква квалифицирана поддръжка. Освен това такива регулатори осигуряват стабилно качество на регулирането.

Важно обстоятелство е, че задвижването на двупозиционен регулатор много често изисква минимален разход на енергия, тъй като се използва само в моментите на затваряне или отваряне.

Много често се използват двупозиционни контролери за автоматичен контрол на температурата в електрически фурни.