Automatiska temperaturkontrollsystem

Enligt regleringsprincipen är alla automatiska styrsystem indelade i fyra klasser.

1. Automatiskt stabiliseringssystem — ett system där regulatorn upprätthåller ett konstant inställt värde för den kontrollerade parametern.

2. Programmerat styrsystem — ett system som ger en ändring av den kontrollerade parametern enligt en förutbestämd lag (i tid).

3. Spårningssystem — ett system som ger en ändring av den kontrollerade parametern beroende på något annat värde.

4. Extremregleringssystem — ett system där regulatorn upprätthåller värdet på den styrda variabeln som är optimalt för de förändrade förhållandena.

För att reglera temperaturregimen för elektriska värmeinstallationer används huvudsakligen system av de två första klasserna.

Automatiska temperaturkontrollsystem efter deras typ av drift kan delas in i två grupper: periodisk och kontinuerlig reglering.

Automatiska regulatorer automatiska styrsystem (ACS) enligt deras funktionella egenskaper är de indelade i fem typer: positionell (relä), proportionell (statisk), integral (astatisk), isodromisk (proportionell-integral), isodromisk med förskott och med den första derivatan.

Positioneringsanordningar tillhör periodisk ACS, och andra typer av regulatorer kallas kontinuerlig ACS. Nedan överväger vi huvudegenskaperna hos positionella, proportionella, integrerade och isodromiska styrenheter, som oftast används i automatiska temperaturkontrollsystem.

Ett funktionsschema för automatisk temperaturreglering (fig. 1) består av ett styrobjekt 1, en temperatursensor 2, en programanordning eller temperaturregulator 4, en regulator 5 och ett ställdon 8. I många fall är en primär förstärkare 3 placerad mellan sensorn och programanordningen, och mellan regulatorn och drivmekanismen — en sekundär förstärkare 6. En extra sensor 7 används i isodromiska styrsystem.

Ris. 1. Funktionsschema för automatisk temperaturreglering

Termoelement, termoelement (termistorer) och motståndstermometrar... De mest använda termoelementen. För mer information om dem se här: Termoelektriska omvandlare (termoelement)

Positionella (relä) temperaturregulatorer

Positionell avser sådana regulatorer där regulatorn kan uppta två eller tre specifika positioner. Två- och trelägesregulatorer används i elvärmeinstallationer. De är enkla och pålitliga att använda.

I fig. 2 visar ett schematiskt diagram för styrning av lufttemperaturen till och från.

Ris. 2.Schematiskt diagram över lufttemperaturreglering vid på- och avkoppling: 1 — styrobjekt, 2 — mätbrygga, 3 — polariserat relä, 4 — magnetiseringslindningar för elmotorn, 5 — motorarmatur, 6 — växellåda, 7 — värmare .

För att styra temperaturen i regleringsobjektet används resistansen RT som är kopplad till en av armarna på mätbryggan 2. Värdena på bryggans resistanser väljs på så sätt att kl. en given temperatur är bryggan balanserad, det vill säga spänningen i bryggans diagonal är lika med noll. När temperaturen stiger slår det polariserade reläet 3, som ingår i mätbryggans diagonal, på en av lindningarna 4 på DC-motorn, som med hjälp av reduceraren 6 stänger luftventilen framför värmaren 7. När temperaturen sjunker öppnas luftventilen helt.

Med temperaturreglering i två lägen kan mängden tillförd värme ställas in på endast två nivåer - max och minimum. Den maximala mängden värme bör vara större än vad som är nödvändigt för att bibehålla den inställda kontrollerade temperaturen, och minimum bör vara mindre. I detta fall fluktuerar lufttemperaturen runt det inställda värdet, det vill säga det så kallade självoscillerande läget (Fig. 3, a).

Temperaturlinjerna τn och τв definierar de nedre och övre gränserna för dödzonen. När temperaturen på det kontrollerade objektet, minskande, når värdet τMängden tillförd värme ökar omedelbart och temperaturen på objektet börjar stiga. När riktningen τв når regulatorn minskar värmetillförseln och temperaturen minskar.

Ris. 3.Tidskarakteristik för till/från-reglering (a) och statisk karaktäristik för en till/från-regulator (b).

Hastigheten för temperaturökning och -fall beror på egenskaperna hos det kontrollerade objektet och på dess tidskaraktäristik (accelerationskurva). Temperaturfluktuationer överstiger inte dödzonen om förändringar i värmetillförseln omedelbart orsakar temperaturförändringar, det vill säga om det inte finns någon fördröjning av det kontrollerade objektet.

När den döda zonen minskar, minskar amplituden av temperaturfluktuationer till noll vid τn = τv. Detta kräver dock att värmetillförseln varierar med en oändligt hög frekvens, vilket är extremt svårt att implementera i praktiken. Det finns en fördröjning i alla verkliga kontrollobjekt. Regleringsprocessen i dem fortsätter enligt följande.

När temperaturen på styrobjektet sjunker till värdet τ ändras strömförsörjningen omedelbart, men på grund av fördröjningen fortsätter temperaturen att sjunka under en tid. Sedan stiger det till värdet τв, vid vilket värmetillförseln omedelbart minskar. Temperaturen fortsätter att stiga under en tid, sedan på grund av den minskade värmetillförseln sjunker temperaturen och processen upprepas igen.

I fig. 3, b visar en statisk karaktäristik för en tvålägesregulator... Av detta följer att den reglerande effekten på objektet endast kan ha två värden: maximum och minimum. I det övervägda exemplet motsvarar maximum läget där luftventilen (se fig. 2) är helt öppen, minimum - när ventilen är stängd.

Tecknet för kontrollåtgärden bestäms av tecknet för avvikelsen för det kontrollerade värdet (temperaturen) från dess inställda värde. Graden av regulatorisk påverkan är konstant. Alla på/av-regulatorer har ett hysteresområde α, vilket uppstår på grund av skillnaden mellan det elektromagnetiska reläets upptagnings- och avgångsströmmar.

Exempel på användning av tvåpunktstemperaturkontroll: Automatisk temperaturreglering i ugnar med värmemotstånd

Proportionella (statiska) temperaturregulatorer

I de fall där hög kontrollnoggrannhet krävs eller när den självsvängande processen är oacceptabel, använd regulatorer med en kontinuerlig regleringsprocess... Dessa inkluderar proportionella regulatorer (P-regulatorer) som är lämpliga för att reglera en mängd olika tekniska processer.

I de fall där hög regleringsnoggrannhet krävs eller när den självsvängande processen är oacceptabel, används regulatorer med en kontinuerlig regleringsprocess. Dessa inkluderar proportionella regulatorer (P-regulatorer) lämpliga för att reglera en mängd olika tekniska processer.

I automatiska styrsystem med P-regulatorer är läget för regleringsorganet (y) direkt proportionell mot värdet på den kontrollerade parametern (x):

y = k1x,

där k1 är proportionalitetsfaktorn (regulatorns förstärkning).

Denna proportionalitet äger rum tills regulatorn når sina ändlägen (gränslägesbrytare).

Reglerkroppens rörelsehastighet är direkt proportionell mot ändringshastigheten för den kontrollerade parametern.

I fig.Figur 4 visar ett schematiskt diagram av ett automatiskt system för rumstemperaturreglering som använder en proportionell styrenhet. Rumstemperaturen mäts med en RTD-resistanstermometer ansluten till mätkretsen 1 på bryggan.

Ris. 4. Schema för proportionell lufttemperaturkontroll: 1 — mätbrygga, 2 — kontrollobjekt, 3 — värmeväxlare, 4 — kondensatormotor, 5 — faskänslig förstärkare.

Vid en given temperatur är bron balanserad. När den reglerade temperaturen avviker från det inställda värdet uppstår en obalansspänning i bryggans diagonal, vars storlek och tecken beror på temperaturavvikelsens storlek och tecken. Denna spänning förstärks av en faskänslig förstärkare 5, vid vars utgång lindningen av en tvåfaskondensatormotor 4 hos drivenheten slås på.

Drivmekanismen flyttar reglerkroppen och ändrar kylvätskeflödet i värmeväxlaren 3. Samtidigt med reglerkroppens rörelse ändras motståndet hos en av armarna på mätbryggan, vilket resulterar i att temperaturen vid vilken bron är balanserad.

På grund av den stela återkopplingen motsvarar således varje position av reglerkroppen sitt eget jämviktsvärde för den kontrollerade temperaturen.

Den proportionella (statiska) regulatorn kännetecknas av olikformighet i restregleringen.

Vid en kraftig avvikelse av belastningen från det inställda värdet (i ögonblicket t1) kommer den kontrollerade parametern efter en viss tid (ögonblick t2) att nå ett nytt stabilt värde (fig. 4).Detta är emellertid endast möjligt med en ny position för regleringskroppen, det vill säga med ett nytt värde på den kontrollerade parametern, som skiljer sig från det förinställda värdet med δ.

Ris. 5. Tidsegenskaper för proportionell styrning

Nackdelen med proportionalregulatorer är att endast en specifik styrelementposition motsvarar varje parametervärde. För att bibehålla det inställda värdet för parametern (temperatur) när belastningen (värmeförbrukningen) ändras, är det nödvändigt för regleringsorganet att inta en annan position som motsvarar det nya belastningsvärdet. I en proportionell regulator sker detta inte, vilket resulterar i en restavvikelse av den styrda parametern.

Integral (statiska styrenheter)

Integral (astatisk) kallas sådana regulatorer där, när parametern avviker från det inställda värdet, rör sig reglerkroppen långsammare och hela tiden i en riktning (inom arbetsslaget) tills parametern återigen antar det inställda värdet . Justeringselementets rörelseriktning ändras endast när parametern överskrider det inställda värdet.

I integrerade elektriska åtgärdsregulatorer skapas vanligtvis en konstgjord död zon, inom vilken en förändring av en parameter inte orsakar rörelser av reglerkroppen.

Rörelsehastigheten för reglerkroppen i den integrerade styrenheten kan vara konstant och variabel. En karakteristisk egenskap hos den inbyggda styrenheten är frånvaron av ett proportionellt förhållande mellan stationära värden för den kontrollerade parametern och regleringskroppens position.

I fig.Figur 6 visar ett schematiskt diagram över ett automatiskt temperaturkontrollsystem som använder en inbyggd styrenhet.Till skillnad från den proportionella temperaturreglerkretsen (se figur 4) har den ingen stel återkopplingsslinga.

Ris. 6. Schema för integrerad lufttemperaturkontroll

I en integrerad styrenhet är hastigheten hos reglerorganet direkt proportionell mot värdet på avvikelsen för den styrda parametern.

Processen för integrerad temperaturkontroll med en plötslig förändring i belastningen (värmeförbrukning) visas i fig. 7 använda tidsmässiga egenskaper. Som du kan se från grafen återgår den kontrollerade parametern med integrerad kontroll långsamt till det inställda värdet.

Ris. 7. Tidsegenskaper för integralreglering

Isodroma (proportionell-integral) styrenheter

Esodromisk kontroll har egenskaperna för både proportionell och integral kontroll. Reglerkroppens rörelsehastighet beror på storleken och hastigheten för avvikelsen för den kontrollerade parametern.

När den kontrollerade parametern avviker från det inställda värdet görs justeringen enligt följande. Inledningsvis rör sig regleringskroppen beroende på storleken på avvikelsen för den kontrollerade parametern, det vill säga proportionell kontroll utförs. Sedan gör regulatorn en ytterligare rörelse, som är nödvändig för att ta bort de kvarvarande oegentligheterna (integrerad reglering).

Ett isodromiskt lufttemperaturkontrollsystem (fig. 8) kan erhållas genom att ersätta den stela återkopplingen i den proportionella styrkretsen (se fig.5) med elastisk återkoppling (från reglerkroppen till motorn för återkopplingsmotstånd). Elektrisk återkoppling i ett isodromiskt system tillhandahålls av en potentiometer och matas in i styrsystemet genom en slinga som innehåller motstånd R och kapacitans C.

Under transienter påverkar återkopplingssignalen tillsammans med parameteravvikelsesignalen de efterföljande elementen i systemet (förstärkare, elmotor). Med en stationär reglerkropp, i vilket läge den än är, när kondensatorn C laddas, avtar återkopplingssignalen (i det stationära tillståndet är den lika med noll).

Ris. 8. Schema för isodromisk reglering av lufttemperatur

Det är karakteristiskt för isodrom reglering att olikformigheten i regleringen (relativt fel) minskar med ökande tid och närmar sig noll. I detta fall kommer återkopplingen inte att orsaka kvarvarande avvikelser av det kontrollerade värdet.

Således ger isodromisk kontroll betydligt bättre resultat än proportionell eller integral (för att inte tala om positionskontroll). Proportionell kontroll på grund av närvaron av stel återkoppling sker nästan omedelbart, isodromisk - långsammare.

Programvara för automatisk temperaturkontroll

För att implementera programmerad styrning är det nödvändigt att kontinuerligt påverka regulatorns inställning (börvärde) så att det styrda värdet ändras enligt en förutbestämd lag. För detta ändamål är regulatorn utrustad med ett mjukvaruelement. Denna enhet tjänar till att fastställa lagen för ändring av det inställda värdet.

Under elektrisk uppvärmning kan ställdonet för det automatiska styrsystemet verka för att slå på eller stänga av sektionerna av de elektriska värmeelementen, och därigenom ändra temperaturen på den uppvärmda installationen i enlighet med ett givet program. Programmerad styrning av lufttemperatur och luftfuktighet används i stor utsträckning i konstgjorda klimatanläggningar.