Sistem kawalan suhu automatik

Mengikut prinsip peraturan, semua sistem kawalan automatik dibahagikan kepada empat kelas.

1. Sistem penstabilan automatik — sistem di mana pengawal selia mengekalkan nilai set tetap parameter terkawal.

2. Sistem kawalan terprogram — sistem yang menyediakan perubahan dalam parameter terkawal mengikut undang-undang yang telah ditetapkan (dalam masa).

3. Sistem penjejakan — sistem yang menyediakan perubahan dalam parameter terkawal bergantung pada beberapa nilai lain.

4. Sistem kawal selia yang melampau — sistem di mana pengawal selia mengekalkan nilai pembolehubah terkawal yang optimum untuk keadaan yang berubah-ubah.

Untuk mengawal rejim suhu pemasangan pemanasan elektrik, sistem dua kelas pertama digunakan terutamanya.

Sistem kawalan suhu automatik mengikut jenis operasinya boleh dibahagikan kepada dua kumpulan: peraturan berkala dan berterusan.

Pengawal selia automatik sistem kawalan automatik (ACS) mengikut ciri fungsinya, mereka dibahagikan kepada lima jenis: kedudukan (geganti), berkadar (statik), kamiran (astatik), isodromik (berkadar-integral), isodromik dengan pendahuluan dan dengan terbitan pertama.

Positioner tergolong dalam ACS berkala, dan jenis pengawal selia lain dipanggil ACS berterusan. Di bawah ini kami mempertimbangkan ciri-ciri utama pengawal kedudukan, berkadar, kamiran dan isodromik, yang paling kerap digunakan dalam sistem kawalan suhu automatik.

Gambar rajah berfungsi kawalan suhu automatik (Rajah 1) terdiri daripada objek kawalan 1, penderia suhu 2, peranti program atau pengatur suhu 4, pengawal selia 5 dan penggerak 8. Dalam banyak kes, penguat primer 3 diletakkan antara sensor dan peranti program, dan antara pengawal selia dan mekanisme pemacu — penguat sekunder 6. Sensor tambahan 7 digunakan dalam sistem kawalan isodromik.

nasi. 1. Skim fungsi peraturan suhu automatik

Termokopel, termokopel (thermistor) dan termometer rintangan... Termokopel yang paling biasa digunakan. Untuk butiran lanjut tentang mereka lihat di sini: Penukar termoelektrik (termokopel)

Pengatur suhu kedudukan (geganti).

Kedudukan merujuk kepada pengawal selia sedemikian di mana pengawal selia boleh menduduki dua atau tiga jawatan tertentu. Pengawal selia dua dan tiga kedudukan digunakan dalam pemasangan pemanasan elektrik. Mereka mudah dan boleh dipercayai untuk dikendalikan.

Dalam rajah. 2 menunjukkan gambarajah skematik untuk mengawal suhu udara hidup dan mati.

nasi. 2.Gambarajah skematik peraturan suhu udara semasa menghidupkan dan mematikan: 1 — objek kawalan, 2 — jambatan pengukur, 3 — geganti terkutub, 4 — belitan pengujaan motor elektrik, 5 — angker motor, 6 — kotak gear, 7 — pemanas .

Untuk mengawal suhu dalam objek peraturan, rintangan RT digunakan, yang disambungkan ke salah satu lengan jambatan pengukur 2. Nilai rintangan jambatan dipilih sedemikian rupa sehingga pada suhu tertentu jambatan adalah seimbang, iaitu, voltan dalam pepenjuru jambatan adalah sama dengan sifar. Apabila suhu meningkat, geganti terpolarisasi 3, termasuk dalam pepenjuru jambatan pengukur, menghidupkan salah satu belitan 4 motor DC, yang, dengan bantuan pengurang 6, menutup injap udara di hadapan pemanas. 7. Apabila suhu menurun, injap udara terbuka sepenuhnya.

Dengan peraturan suhu dua kedudukan, jumlah haba yang dibekalkan boleh ditetapkan kepada dua tahap sahaja — maksimum dan minimum. Jumlah haba maksimum hendaklah lebih besar daripada yang diperlukan untuk mengekalkan suhu terkawal yang ditetapkan, dan minimum hendaklah kurang. Dalam kes ini, suhu udara turun naik di sekitar nilai yang ditetapkan, iaitu, apa yang dipanggil mod berayun sendiri (Rajah 3, a).

Garis suhu τn dan τв mentakrifkan had bawah dan atas zon mati. Apabila suhu objek terkawal, menurun, mencapai nilai τJumlah haba yang dibekalkan serta-merta meningkat dan suhu objek mula meningkat. Mencapai pengertian τв, pengawal selia mengurangkan bekalan haba dan suhu berkurangan.

nasi. 3.Ciri masa bagi peraturan hidup-mati (a) dan ciri statik untuk pengawal selia hidup-mati (b).

Kelajuan kenaikan dan penurunan suhu bergantung pada sifat objek terkawal dan pada ciri masanya (lengkung pecutan). Turun naik suhu tidak melebihi zon mati jika perubahan dalam bekalan haba serta-merta menyebabkan perubahan suhu, iaitu jika tiada lag objek terkawal.

Apabila zon mati berkurangan, amplitud turun naik suhu berkurangan kepada sifar pada τn = τv. Walau bagaimanapun, ini memerlukan bekalan haba berubah pada frekuensi tinggi yang tidak terhingga, yang amat sukar untuk dilaksanakan dalam amalan. Terdapat kelewatan dalam semua objek kawalan sebenar. Proses peraturan di dalamnya berjalan seperti berikut.

Apabila suhu objek kawalan jatuh kepada nilai τ, bekalan kuasa berubah serta-merta, tetapi disebabkan kelewatan, suhu terus menurun untuk beberapa lama. Kemudian ia meningkat kepada nilai τв, di mana input haba serta-merta berkurangan. Suhu terus meningkat untuk beberapa lama, kemudian disebabkan oleh input haba yang dikurangkan, suhu menurun dan proses berulang lagi.

Dalam rajah. 3, b menunjukkan ciri statik pengawal dua kedudukan... Ia berikutan bahawa kesan pengawalseliaan pada objek boleh mengambil hanya dua nilai: maksimum dan minimum. Dalam contoh yang dipertimbangkan, maksimum sepadan dengan kedudukan di mana injap udara (lihat Rajah 2) terbuka sepenuhnya, minimum - apabila injap ditutup.

Tanda tindakan kawalan ditentukan oleh tanda sisihan nilai terkawal (suhu) daripada nilai yang ditetapkan. Tahap pengaruh pengawalseliaan adalah tetap. Semua pengawal hidup/mati mempunyai kawasan histerisis α, yang berlaku disebabkan oleh perbezaan antara arus angkat dan jatuh geganti elektromagnet.

Contoh penggunaan kawalan suhu dua titik: Kawalan suhu automatik dalam relau dengan rintangan pemanasan

Pengawal suhu berkadar (statik).

Dalam kes di mana ketepatan kawalan yang tinggi diperlukan atau apabila proses berayun sendiri tidak boleh diterima, gunakan pengawal selia dengan proses pengawalseliaan berterusan... Ini termasuk pengawal berkadar (pengawal P)yang sesuai untuk mengawal selia pelbagai proses teknologi.

Dalam kes di mana ketepatan peraturan yang tinggi diperlukan atau apabila proses berayun sendiri tidak boleh diterima, pengawal selia dengan proses peraturan berterusan digunakan. Ini termasuk pengawal berkadar (pengawal P) yang sesuai untuk mengawal selia pelbagai proses teknologi.

Dalam sistem kawalan automatik dengan pengawal selia P, kedudukan badan pengawal selia (y) adalah berkadar terus dengan nilai parameter terkawal (x):

y = k1x,

di mana k1 ialah faktor kekadaran (keuntungan pengawal).

Perkadaran ini berlaku sehingga pengawal selia mencapai kedudukan akhirnya (suis had).

Kelajuan pergerakan badan pengawal selia adalah berkadar terus dengan kelajuan perubahan parameter terkawal.

Dalam rajah.4 menunjukkan gambarajah skematik sistem kawalan suhu bilik automatik menggunakan pengawal berkadar. Suhu bilik diukur dengan termometer rintangan RTD yang disambungkan kepada litar pengukuran 1 jambatan.

nasi. 4. Skim kawalan suhu udara berkadar: 1 — jambatan pengukur, 2 — objek kawalan, 3 — penukar haba, 4 — motor kapasitor, 5 — penguat sensitif fasa.

Pada suhu tertentu, jambatan itu seimbang. Apabila suhu terkawal menyimpang daripada nilai yang ditetapkan, voltan tidak seimbang muncul dalam pepenjuru jambatan, magnitud dan tandanya bergantung pada magnitud dan tanda sisihan suhu. Voltan ini dikuatkan oleh penguat sensitif fasa 5, pada output yang penggulungan motor kapasitor dua fasa 4 pemacu dihidupkan.

Mekanisme pemacu menggerakkan badan pengawal selia, menukar aliran penyejuk dalam penukar haba 3. Pada masa yang sama dengan pergerakan badan pengawal selia, rintangan salah satu lengan jambatan pengukur berubah, akibatnya suhu di mana jambatan itu seimbang.

Oleh itu, disebabkan oleh maklum balas yang tegar, setiap kedudukan badan pengawal selia sepadan dengan nilai keseimbangannya sendiri bagi suhu terkawal.

Pengawal berkadar (statik) dicirikan oleh ketidakseragaman peraturan sisa.

Dalam kes sisihan mendadak beban daripada nilai yang ditetapkan (pada masa t1), parameter terkawal akan mencapai selepas tempoh masa tertentu (momen t2) nilai stabil baharu (Rajah 4).Walau bagaimanapun, ini hanya boleh dilakukan dengan kedudukan baharu badan pengawal selia, iaitu, dengan nilai baharu parameter terkawal, yang berbeza daripada nilai pratetap oleh δ.

nasi. 5. Ciri-ciri pemasaan kawalan berkadar

Kelemahan pengawal berkadar ialah hanya satu kedudukan elemen kawalan tertentu sepadan dengan setiap nilai parameter. Untuk mengekalkan nilai set parameter (suhu) apabila beban (penggunaan haba) berubah, badan pengawal selia perlu mengambil kedudukan berbeza sepadan dengan nilai beban baharu. Dalam pengawal berkadar, ini tidak berlaku, mengakibatkan sisihan baki parameter terkawal.

Integral (pengawal astatik)

Kamiran (astatik) dipanggil pengawal selia sedemikian di mana, apabila parameter menyimpang daripada nilai yang ditetapkan, badan pengawal selia bergerak lebih atau lebih perlahan dan sepanjang masa dalam satu arah (dalam strok kerja) sehingga parameter semula menganggap nilai yang ditetapkan . Arah pergerakan elemen pelarasan berubah hanya apabila parameter melebihi nilai yang ditetapkan.

Dalam pengawal tindakan elektrik bersepadu, zon mati buatan biasanya dibuat, di mana perubahan dalam parameter tidak menyebabkan pergerakan badan pengawal selia.

Kelajuan pergerakan badan pengawal selia dalam pengawal kamiran boleh menjadi malar dan berubah-ubah. Ciri ciri pengawal integral ialah ketiadaan hubungan berkadar antara nilai keadaan mantap parameter terkawal dan kedudukan badan pengawal selia.

Dalam rajah.6 menunjukkan gambarajah skematik sistem kawalan suhu automatik menggunakan pengawal kamiran.Berbeza dengan litar kawalan suhu berkadar (lihat Rajah 4), ia tidak mempunyai gelung maklum balas tegar.

nasi. 6. Skim kawalan suhu udara bersepadu

Dalam pengawal integral, kelajuan badan pengawal selia adalah berkadar terus dengan nilai sisihan parameter terkawal.

Proses kawalan suhu bersepadu dengan perubahan mendadak dalam beban (penggunaan haba) ditunjukkan dalam Rajah. 7 menggunakan ciri-ciri temporal. Seperti yang anda boleh lihat daripada graf, parameter terkawal dengan kawalan kamiran perlahan-lahan kembali kepada nilai yang ditetapkan.

nasi. 7. Ciri-ciri masa peraturan kamiran

Pengawal Isodromik (berkadar-integral).

Kawalan esodromik mempunyai sifat kawalan berkadar dan kamiran. Kelajuan pergerakan badan pengawal selia bergantung pada magnitud dan kelajuan sisihan parameter terkawal.

Apabila parameter terkawal menyimpang daripada nilai yang ditetapkan, pelarasan dibuat seperti berikut. Pada mulanya, badan pengawal selia bergerak bergantung pada magnitud sisihan parameter terkawal, iaitu, kawalan berkadar dijalankan. Kemudian pengawal selia membuat pergerakan tambahan, yang diperlukan untuk menghapuskan penyelewengan sisa (peraturan bersepadu).

Sistem kawalan suhu udara isodromik (Rajah 8) boleh diperolehi dengan menggantikan maklum balas tegar dalam litar kawalan berkadar (lihat Rajah.5) dengan maklum balas elastik (dari badan pengawal selia ke motor untuk rintangan maklum balas). Maklum balas elektrik dalam sistem isodromik disediakan oleh potensiometer dan dimasukkan ke dalam sistem kawalan melalui gelung yang mengandungi rintangan R dan kemuatan C.

Semasa transien, isyarat maklum balas bersama-sama dengan isyarat sisihan parameter mempengaruhi unsur-unsur sistem berikutnya (penguat, motor elektrik). Dengan badan pengawal selia pegun, dalam apa jua kedudukannya, apabila kapasitor C dicas, isyarat maklum balas mereput (dalam keadaan pegun ia sama dengan sifar).

nasi. 8. Skim peraturan isodromik suhu udara

Ia adalah ciri peraturan isodromik bahawa ketidakseragaman peraturan (ralat relatif) berkurangan dengan peningkatan masa, menghampiri sifar. Dalam kes ini, maklum balas tidak akan menyebabkan sisihan baki nilai terkawal.

Oleh itu, kawalan isodromik menghasilkan keputusan yang jauh lebih baik daripada berkadar atau kamiran (apatah lagi kawalan kedudukan). Kawalan berkadar kerana kehadiran maklum balas tegar berlaku hampir serta-merta, isodromik - lebih perlahan.

Sistem perisian untuk kawalan suhu automatik

Untuk melaksanakan kawalan terprogram, adalah perlu untuk terus mempengaruhi tetapan (setpoint) pengawal selia supaya nilai terkawal berubah mengikut undang-undang yang telah ditetapkan. Untuk tujuan ini, pengawal selia dilengkapi dengan elemen perisian. Peranti ini berfungsi untuk menetapkan hukum perubahan nilai yang ditetapkan.

Semasa pemanasan elektrik, penggerak sistem kawalan automatik boleh bertindak untuk menghidupkan atau mematikan bahagian elemen pemanas elektrik, dengan itu menukar suhu pemasangan yang dipanaskan mengikut program yang diberikan. Kawalan suhu dan kelembapan udara yang diprogramkan digunakan secara meluas dalam pemasangan iklim buatan.