ТермоФаг
 
Звоните нам бесплатно My status Skype Главная Информация Статьи
Другие полезные статьи
Измерители-регуляторы температуры. Принцип Т-регуляторов.

Позиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации. Эти регуляторы применяются наиболее часто.

Регуляторы с позиционным (релейным)
законом регулирования Структурная схема позиционной системы авторегулирования (САР) показана на рис. 1.

Структурная схема
Рис. 1. Структурная схема САР:
U, d - вектора заданий и зон нечувствительности;
X, Y - вектор регулируемой величины и выходной сигнал регулирования

Данные типы регуляторов еще называют Т-регуляторами. Они бывают с двухпозиционным и трехпозиционным законом регулирования.
Двухпозиционные имеют дискретную выходную величину Y типа вкл./выкл. (например, включение/выключение нагревателя). Т-регулятор включает или выключает выходное реле в зависимости от того, достигла или не достигла регулируемая величина заданного значения.
Трехпозиционные регуляторы имеют дискретную выходную величину Y с двумя точками переключения типа вкл./выкл. и зоной нечувствительности (например, реверсивное управление сервоприводом) см. рис. 7.

Динамические свойства объектов и выбор типа регулятора Для определения возможности применения Т-регулятора необходимо знать инерционность и время транспортного запаздывания регулируемого объекта.
Для их определения на практике чаще всего используют методику снятия переходной харак-теристики, которая излагается ниже.
Требуется, чтобы система находилась в покое и отсутствовали внешние возмущения.
На вход исполнительного органа подается ступенчатое воздействие Y, в результате чего состояние объекта представляет собой некоторый процесс X(t) – переходную характеристику (см. рис. 2).

Переходные процессы
Рис. 2.Переходные процессы для объектов с различными свойствами:
to - время транспортного запаздывания;
tи - постоянная времени (время согласования) определяется инерционностью объекта;
Xy - установившееся значение;
R - наклон разгонной кривой dX/dt (макс. скорость изменения Х)

По виду этого переходного процесса объекты можно подразделить на несколько основных категорий.
1. Объекты с малой инерционностью и без запаздывания (tи < 5 мин).
2. Объекты с инерционностью и с малым запаздыванием (to/tи < 0,1).
Исходя из соотношения to/tи и выбирается тип регулятора. Причем, Т-регулятор можно применять, если tо/tи < 0,1.
Проиллюстрировать основные понятия to, tи, R можно на примере САР с водяным отоплением, изображенной на рис. 3.

Отопление
Рис. 3. Блок-схема САР водяным отоплением
с управлением задвижкой

Величина транспортного запаздывания tо определяется временем притока воды в батарею из отопительной сети и временем распространения теплового потока в воздухе.
Инерционность tи определяется объемом помещения V. Следовательно, уменьшая длину трубопровода и приближая датчик к батарее мы можем снизить соотношение to/tи и упростить задачу регулирования.
nbsp; Итак, при соотношении to/tи<0,1 можно применять позиционные регуляторы – они не требуют настройки и обеспечивают при этом соотношении малый уход от заданной температуры.
Например, они используются для регулирования температуры воды в баках, в пастеризаторах, для управления нагревом печи Ш2ХПА-25 хлебозавода, в сушильных камерах ЖБК, в саунах и пр.
Ниже в табл. 1 описаны параметры некоторых объектов, для управления которыми можно применять Т-регуляторы.

Таблица 1

Объект to MAX знач. Х R
Муфельная печь 0,5-5 мин. 5-60 мин. 2000оС 1-0,2С/сек
Дист. колонна 1,5-10 мин. 50-90 мин. 100оС 0,1-0,5 С/сек
Автоклав, 3 м3 0,5-1,0 мин 50-90 мин. 110оС 0,1-0,5 С/сек
Автоклав 400 атм. 12-18 мин 150-230 мин 1000оС 0,1-0,5 С/сек
Произв. цех вод. отопл. 5-10 мин. 50-90 мин. 30оС 0,05-0,1 С/мин

Алгоритмы позиционного регулирования Алгоритм регулирования для позиционных регуляторов определяется статической характеристикой регулятора: зависимостью выходного сигнала Y от входного Х (см. рис. 4).

Статическая характеристика
Рис. 4. Статическая характеристика
двухпозиционного регулятора L-типа

Выходная величина Y равна максимальному воздействию (нагреватель включен) при Е = X-U<-d, Y = 0 при E>d, где d – порог.
Процесс регулирования представляет собой колебание вокруг задания (см. рис. 5). Частота и амплитуда определяются величинами to, R, tи, d.

Процессы регулирования
Рис. 5. Процессы регулирования
САР с Т-законом

Для объектов с большой инерционностью tи и с малым запаздыванием to регулирование происходит с постоянными колебаниями до 5-15% от U.
Чем больше d, to/tи, R, тем больше амплитуда колебаний. Чем больше tо и tи, тем больше период колебаний.

Виды позиционных регуляторов По виду статической характеристики двухпозиционные регуляторы могут быть в основном следующих видов (см. рис. 6).

Двухпозиционные регуляторы
Рис. 6. Виды двухпозиционных регуляторов

Вид а) применяется для вентиляции, в холодильниках и пр.
Вид б) обычно применяется в различных нагревательных приборах, термошкафах, баках и т.п.
Виды в) и г) применяются для сигнализации выхода системы на рабочий режим. Эти регуляторы еще называют компараторами.
Применяются также многопозиционные регуляторы.
Трехпозиционные регуляторы применяются для управления сервоприводом, а также для регулирования микроклимата подогревателем и вентилятором (см. рис. 7). Четырехпозиционный регулятор применяют для улучшения точности регулирования.

Многопозиционные регуляторы
Рис. 7. Многопозиционные регуляторы:
а) трехпозиционный регулятор; б) четырехпозиционный регулятор

Вид закона регулирования удобно задавать в виде таблицы решений:

P

S1

S

Y

1

-

1

1

2

1

1

1

2

2

2

0

3

-

2

0

Таблица решений состоит из одного или нескольких столбцов Р-номера области регулируемого параметра Х, столбца S1 старого состояния САР, S нового состояния САР и Y – одного или нескольких столбцов выходных сигналов.
Так, например, Т-регулятор типа б) может быть задан в виде таблицы решений для позиционного регулятора типа б).
В этой таблице,
если X если U+d >X>U-d, то Р1=2
если X>U+d, то Р1=3
«-» означает, что это значение не играет роли;
Y1=1 означает включение реле.
Легко заметить, что замена нормально-разомкнутых контактов выходного реле нормально-замк-нутыми переводит регулятор типа б) в тип а). Т.е. выход Y следует инвертировать: в таблице решений «1» заменить на «0» и наоборот.
Следует отметить, что таблицы решений можно эффективно применять для программирования очень сложных алгоритмов регулирования.

Способы увеличения точности регулирования Выше было описано, что процесс регулирования представляет собой колебание вокруг задания (см. рис. 5). Частота и амплитуда определяются величинами to, R, tи, d.
Для улучшения процесса регулирования, т.е. для уменьшения отклонений Х от задания U необходимо уменьшать транспортное запаздывание to и инерционность ti системы регулирования. Это можно сделать, изменив конструкцию объекта регулирования или соответствующим образом разместив датчик (например вблизи нагревателя).
При прочих равных условиях, чем больше Xmax - максимально-возможное значение регулируемой величины, тем больше колебания в позиционных регуляторах. Это значение следует установить по возможности равным верхней границе диапазона регулирования.
Эти же рассуждения также относятся и к нижней границе диапазона. Т.е. установив постоянный нагреватель и подключив подогреватель к регулятору можно существенно улучшить характеристики САР.
Если, тем не менее, требуется широкий диапазон регулирования, можно применить четырехпозицион-ный регулятор, подключив к нему два элемента, один из которых в два раза мощнее другого.

Достоинства микропроцессорных Т-регуляторов К достоинствам микропроцес-сорных регуляторов относятся:
– сохранение уставок в цифровом виде в энергонезависимом ОЗУ (в аналоговых регуляторах подстроечные резисторы меняют свои параметры в течение эксплуатации, что приводит к ненадежной работе);
– внешнее управление уставками;
– в одном устройстве можно реализовать несколько регуляторов (обычно до 4-х);
– повышение точности измере-ния регулируемой величины в широком диапазоне за счет цифровой коррекции нелинейности датчика;
– цифровая индикация регулируемой величины и уставок;
– возможность задания сложных программ техпроцесса, предусматривающих нагрев, выдержку и остывание с заданной скоростью, переход от одной уставки на другую по таймеру;
– наличие микропроцессора позволяет быстро адаптировать серийный регулятор под заказчика.
Кроме того, микропроцессорные регуляторы обладают дополнительными сервисными функциями без увеличения стоимости:
– документирование и регистрация параметров на принтере;
– связь с компьютером с возможностью контроля или перенастройки регулятора;
– объединение регуляторов в контрольно-измерительные системы;
Следует отметить, что позиционные регуляторы часто используют не для непосредственного регулирования, а для вспомогательных нужд. Например L-регулятор может запрещать вентиляцию при очень низкой температуре на улице или отсутствии центрального отопления.

Недостатки Т-регуляторов Позиционные регуляторы практически неприменимы для систем с существенным транспортным запаздыванием to>0,2 · tи и для объектов без самовыравнивания, так как регулируемая величина далеко выходит за необходимые пределы регулирования. В этом случае применяют регуляторы с пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) законом. Эти регуляторы позволяют для объектов с большой инерционностью Ти и с малым запаздыванием to<0,2 · tи обеспечить хорошее качество регулирования: Е<<1% от U, достаточно малое время выхода на режим и невысокую чувствительность к возмущениям.

Составлено по материалам Аркадия ЕРКОВА,
Алексея ХОРОШАВЦЕВА

Источник: http://logic-bratsk.ru/