Mga awtomatikong sistema ng pagkontrol sa temperatura

Ayon sa prinsipyo ng regulasyon, ang lahat ng mga awtomatikong sistema ng kontrol ay nahahati sa apat na klase.

1. Automatic stabilization system — isang sistema kung saan ang regulator ay nagpapanatili ng pare-parehong set value ng kinokontrol na parameter.

2. Programmed control system — isang sistema na nagbibigay ng pagbabago sa kinokontrol na parameter ayon sa isang paunang natukoy na batas (sa oras).

3. Tracking system — isang system na nagbibigay ng pagbabago sa kinokontrol na parameter depende sa ibang value.

4. Extreme regulation system — isang sistema kung saan pinapanatili ng regulator ang halaga ng kinokontrol na variable na pinakamainam para sa pagbabago ng mga kondisyon.

Upang ayusin ang rehimen ng temperatura ng mga pag-install ng electric heating, ang mga sistema ng unang dalawang klase ay pangunahing ginagamit.

Ang mga awtomatikong sistema ng pagkontrol sa temperatura ayon sa kanilang uri ng operasyon ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: pana-panahon at tuluy-tuloy na regulasyon.

Mga awtomatikong regulator awtomatikong control system (ACS) ayon sa kanilang functional features, nahahati sila sa limang uri: positional (relay), proportional (static), integral (astatic), isodromic (proportional-integral), isodromic na may advance at may unang derivative.

Ang mga positioner ay nabibilang sa pana-panahong ACS, at ang iba pang mga uri ng regulator ay tinatawag na tuluy-tuloy na ACS. Sa ibaba ay isinasaalang-alang namin ang mga pangunahing katangian ng positional, proportional, integral at isodromic controllers, na kadalasang ginagamit sa mga awtomatikong sistema ng pagkontrol sa temperatura.

Ang isang functional na diagram ng awtomatikong kontrol ng temperatura (Larawan 1) ay binubuo ng isang control object 1, isang sensor ng temperatura 2, isang aparato ng programa o regulator ng temperatura 4, isang regulator 5 at isang actuator 8. Sa maraming mga kaso, isang pangunahing amplifier 3 ang inilalagay sa pagitan ng sensor at ng program device, at sa pagitan ng regulator at ng drive mechanism - isang pangalawang amplifier 6. Ang isang karagdagang sensor 7 ay ginagamit sa isodromic control system.

kanin. 1. Functional na pamamaraan ng awtomatikong regulasyon ng temperatura

Thermocouples, thermocouples (thermistors) at mga thermometer ng paglaban... Ang pinakakaraniwang ginagamit na thermocouple. Para sa higit pang mga detalye tungkol sa kanila tingnan dito: Thermoelectric converter (thermocouples)

Mga regulator ng temperatura ng posisyon (relay).

Ang posisyon ay tumutukoy sa mga naturang regulator kung saan ang regulator ay maaaring maghawak ng dalawa o tatlong partikular na posisyon. Ang mga regulator ng dalawa at tatlong posisyon ay ginagamit sa mga pag-install ng electric heating. Ang mga ito ay simple at maaasahang patakbuhin.

Sa fig. Ang 2 ay nagpapakita ng isang schematic diagram para sa pagkontrol sa temperatura ng hangin on at off.

kanin. 2.Schematic diagram ng regulasyon ng temperatura ng hangin kapag naka-on at naka-off: 1 — control object, 2 — panukat na tulay, 3 — polarized relay, 4 — excitation windings ng electric motor, 5 — motor armature, 6 — gearbox, 7 — heater .

Upang kontrolin ang temperatura sa object ng regulasyon, ginagamit ang resistance RT, na konektado sa isa sa mga braso ng panukat na tulay 2. Ang mga halaga ng mga resistensya ng tulay ay pinili sa paraang sa isang naibigay na temperatura ang tulay ay balanse, iyon ay, ang boltahe sa dayagonal ng tulay ay katumbas ng zero. Kapag tumaas ang temperatura, ang polarized relay 3, kasama sa dayagonal ng pagsukat na tulay, ay lumiliko sa isa sa mga windings 4 ng DC motor, na, sa tulong ng reducer 6, isinasara ang air valve sa harap ng heater. 7. Kapag bumaba ang temperatura, ganap na bubukas ang balbula ng hangin.

Sa dalawang posisyong regulasyon ng temperatura, ang dami ng ibinibigay na init ay maaaring itakda sa dalawang antas lamang — maximum at minimum. Ang maximum na halaga ng init ay dapat na mas malaki kaysa sa kinakailangan upang mapanatili ang set na kinokontrol na temperatura, at ang minimum ay dapat na mas mababa. Sa kasong ito, ang temperatura ng hangin ay nagbabago sa paligid ng itinakdang halaga, iyon ay, ang tinatawag na self-oscillating mode (Larawan 3, a).

Tinutukoy ng mga linya ng temperatura τn at τв ang ibaba at itaas na limitasyon ng dead zone. Kapag ang temperatura ng kinokontrol na bagay, bumababa, ay umabot sa halaga τAng halaga ng ibinibigay na init ay agad na tumataas at ang temperatura ng bagay ay nagsimulang tumaas. Naabot ang kahulugan τв, binabawasan ng regulator ang supply ng init at bumababa ang temperatura.

kanin. 3.Katangian ng oras ng on-off na regulasyon (a) at static na katangian para sa isang on-off na regulator (b).

Ang bilis ng pagtaas at pagbaba ng temperatura ay nakasalalay sa mga katangian ng kinokontrol na bagay at sa katangian ng oras nito (acceleration curve). Ang mga pagbabago sa temperatura ay hindi lalampas sa dead zone kung ang mga pagbabago sa supply ng init ay agad na nagdudulot ng mga pagbabago sa temperatura, iyon ay, kung walang lag ng kinokontrol na bagay.

Habang bumababa ang dead zone, bumababa ang amplitude ng mga pagbabago sa temperatura sa zero sa τn = τv. Gayunpaman, ito ay nangangailangan ng supply ng init na mag-iba sa isang walang katapusang mataas na dalas, na lubhang mahirap ipatupad sa pagsasanay. Mayroong pagkaantala sa lahat ng tunay na kontrol na mga bagay. Ang proseso ng regulasyon sa kanila ay nagpapatuloy tulad ng sumusunod.

Kapag ang temperatura ng control object ay bumaba sa halagang τ, ang power supply ay agad na nagbabago, ngunit dahil sa pagkaantala, ang temperatura ay patuloy na bumababa nang ilang panahon. Pagkatapos ay tumataas ito sa halagang τв, kung saan agad na bumababa ang input ng init. Ang temperatura ay patuloy na tumataas nang ilang panahon, pagkatapos ay dahil sa pinababang input ng init, ang temperatura ay bumaba at ang proseso ay umuulit muli.

Sa fig. 3, b ay nagpapakita ng isang static na katangian ng isang dalawang-posisyon na controller... Ito ay sumusunod na ang regulating effect sa object ay maaaring tumagal lamang ng dalawang halaga: maximum at minimum. Sa isinasaalang-alang na halimbawa, ang maximum ay tumutugma sa posisyon kung saan ang balbula ng hangin (tingnan ang Fig. 2) ay ganap na bukas, ang pinakamababa - kapag ang balbula ay sarado.

Ang tanda ng pagkilos ng kontrol ay tinutukoy ng tanda ng paglihis ng kinokontrol na halaga (temperatura) mula sa itinakdang halaga nito. Ang antas ng impluwensya ng regulasyon ay pare-pareho. Ang lahat ng on/off controllers ay may hysteresis area α, na nangyayari dahil sa pagkakaiba sa pagitan ng pick-up at drop-off na mga alon ng electromagnetic relay.

Halimbawa ng paggamit ng two-point temperature control: Awtomatikong kontrol sa temperatura sa mga hurno na may paglaban sa pag-init

Proporsyonal (static) na mga controller ng temperatura

Sa mga kaso kung saan kinakailangan ang mataas na katumpakan ng kontrol o kapag ang proseso ng self-oscillating ay hindi katanggap-tanggap, gumamit ng mga regulator na may tuluy-tuloy na proseso ng regulasyon... Kabilang dito ang mga proporsyonal na controller (P-controllers) na angkop para sa pag-regulate ng maraming uri ng mga teknolohikal na proseso.

Sa mga kaso kung saan kinakailangan ang mataas na katumpakan ng regulasyon o kapag ang proseso ng self-oscillating ay hindi katanggap-tanggap, ginagamit ang mga regulator na may tuluy-tuloy na proseso ng regulasyon. Kabilang dito ang mga proporsyonal na controller (P-controllers) na angkop para sa pag-regulate ng malawak na iba't ibang mga teknolohikal na proseso.

Sa mga awtomatikong control system na may mga P-regulator, ang posisyon ng regulating body (y) ay direktang proporsyonal sa halaga ng kinokontrol na parameter (x):

y = k1x,

kung saan ang k1 ay ang proportionality factor (controller gain).

Ang proporsyonalidad na ito ay nagaganap hanggang sa maabot ng regulator ang mga dulo nitong posisyon (limit switch).

Ang bilis ng paggalaw ng regulating body ay direktang proporsyonal sa bilis ng pagbabago ng kinokontrol na parameter.

Sa fig.Ang 4 ay nagpapakita ng isang schematic diagram ng isang awtomatikong sistema ng pagkontrol sa temperatura ng silid gamit ang isang proporsyonal na controller. Ang temperatura ng silid ay sinusukat gamit ang isang RTD resistance thermometer na konektado sa measurement circuit 1 ng tulay.

kanin. 4. Scheme ng proporsyonal na kontrol sa temperatura ng hangin: 1 — tulay ng pagsukat, 2 — control object, 3 — heat exchanger, 4 — capacitor motor, 5 — phase-sensitive amplifier.

Sa isang naibigay na temperatura, ang tulay ay balanse. Kapag ang kinokontrol na temperatura ay lumihis mula sa itinakdang halaga, lumilitaw ang isang hindi balanseng boltahe sa dayagonal ng tulay, ang magnitude at tanda nito ay nakasalalay sa magnitude at tanda ng paglihis ng temperatura. Ang boltahe na ito ay pinalakas ng isang phase-sensitive amplifier 5, sa output kung saan naka-on ang winding ng isang two-phase capacitor motor 4 ng drive.

Ang mekanismo ng drive ay gumagalaw sa regulating body, binabago ang daloy ng coolant sa heat exchanger 3. Kasabay ng paggalaw ng regulating body, ang paglaban ng isa sa mga braso ng pagsukat ng tulay ay nagbabago, bilang isang resulta kung saan ang temperatura kung saan balanse ang tulay.

Kaya, dahil sa matibay na feedback, ang bawat posisyon ng katawan na nagre-regulate ay tumutugma sa sarili nitong equilibrium na halaga ng kinokontrol na temperatura.

Ang proporsyonal (static) na controller ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi pagkakapareho ng natitirang regulasyon.

Sa kaso ng isang matalim na paglihis ng load mula sa itinakdang halaga (sa sandaling t1), ang kinokontrol na parameter ay maaabot pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon (sandali t2) ng isang bagong matatag na halaga (Fig. 4).Gayunpaman, ito ay posible lamang sa isang bagong posisyon ng katawan ng regulasyon, iyon ay, sa isang bagong halaga ng kinokontrol na parameter, na naiiba mula sa preset na halaga ng δ.

kanin. 5. Mga katangian ng timing ng proporsyonal na kontrol

Ang kawalan ng mga proporsyonal na controller ay isang partikular na posisyon ng elemento ng kontrol ang tumutugma sa bawat halaga ng parameter. Upang mapanatili ang itinakdang halaga ng parameter (temperatura) kapag nagbago ang pag-load (pagkonsumo ng init), kinakailangan para sa katawan ng regulasyon na kumuha ng ibang posisyon na naaayon sa bagong halaga ng pagkarga. Sa isang proporsyonal na controller, hindi ito nangyayari, na nagreresulta sa isang natitirang paglihis ng kinokontrol na parameter.

Integral (astatic controllers)

Ang integral (astatic) ay tinatawag na mga naturang regulators kung saan, kapag ang parameter ay lumihis mula sa itinakdang halaga, ang nagre-regulate na katawan ay gumagalaw nang higit pa o mas mabagal at sa lahat ng oras sa isang direksyon (sa loob ng gumaganang stroke) hanggang ang parameter ay muling ipagpalagay ang itinakdang halaga . Ang direksyon ng paggalaw ng elemento ng pagsasaayos ay nagbabago lamang kapag ang parameter ay lumampas sa itinakdang halaga.

Sa integral electrical action controllers, ang isang artipisyal na patay na zone ay kadalasang nalilikha, kung saan ang pagbabago sa isang parameter ay hindi nagiging sanhi ng mga paggalaw ng nagre-regulate na katawan.

Ang bilis ng paggalaw ng nagre-regulate na katawan sa integral controller ay maaaring pare-pareho at variable. Ang isang tampok na katangian ng integral controller ay ang kawalan ng isang proporsyonal na relasyon sa pagitan ng mga steady-state na halaga ng kinokontrol na parameter at ang posisyon ng katawan na nagre-regulate.

Sa fig.Ang 6 ay nagpapakita ng isang schematic diagram ng isang awtomatikong sistema ng pagkontrol ng temperatura gamit ang isang integral na controller.

kanin. 6. Scheme ng integrated air temperature control

Sa isang integral na controller, ang bilis ng regulating body ay direktang proporsyonal sa halaga ng paglihis ng kinokontrol na parameter.

Ang proseso ng pinagsamang kontrol ng temperatura na may biglaang pagbabago sa pagkarga (pagkonsumo ng init) ay ipinapakita sa Fig. 7 gamit ang temporal na katangian. Gaya ng nakikita mo mula sa graph, ang kinokontrol na parameter na may integral na kontrol ay dahan-dahang bumabalik sa itinakdang halaga.

kanin. 7. Mga katangian ng oras ng integral na regulasyon

Isodromic (proportional-integral) controllers

Ang esodromic control ay may mga katangian ng parehong proporsyonal at integral na kontrol. Ang bilis ng paggalaw ng regulating body ay depende sa magnitude at bilis ng paglihis ng kinokontrol na parameter.

Kapag ang kinokontrol na parameter ay lumihis mula sa itinakdang halaga, ang pagsasaayos ay gagawin tulad ng sumusunod. Sa una, ang regulating body ay gumagalaw depende sa magnitude ng paglihis ng kinokontrol na parameter, iyon ay, ang proporsyonal na kontrol ay isinasagawa. Pagkatapos ang regulator ay gumagawa ng karagdagang paggalaw, na kinakailangan upang alisin ang mga natitirang iregularidad (integral na regulasyon).

Ang isang isodromic air temperature control system (Fig. 8) ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagpapalit ng matibay na feedback sa proportional control circuit (tingnan ang Fig.5) na may nababanat na feedback (mula sa nagre-regulate na katawan hanggang sa motor para sa feedback resistance). Ang elektrikal na feedback sa isang isodromic system ay ibinibigay ng isang potentiometer at ipinapasok sa control system sa pamamagitan ng isang loop na naglalaman ng resistance R at capacitance C.

Sa panahon ng transients, ang feedback signal kasama ang parameter deviation signal ay nakakaapekto sa mga kasunod na elemento ng system (amplifier, electric motor). Sa isang nakatigil na regulating body, sa anumang posisyon nito, kapag ang capacitor C ay sisingilin, ang feedback signal ay nabubulok (sa nakatigil na estado ito ay katumbas ng zero).

kanin. 8. Scheme ng isodromic na regulasyon ng temperatura ng hangin

Ito ay katangian ng isodromic na regulasyon na ang hindi pagkakapareho ng regulasyon (relative error) ay bumababa sa pagtaas ng oras, papalapit sa zero. Sa kasong ito, ang feedback ay hindi magdudulot ng mga natitirang deviation ng kinokontrol na halaga.

Kaya, ang isodromic control ay gumagawa ng makabuluhang mas mahusay na mga resulta kaysa sa proporsyonal o integral (hindi banggitin ang positional control). Ang proporsyonal na kontrol dahil sa pagkakaroon ng matibay na feedback ay nangyayari halos kaagad, isodromic - mas mabagal.

Mga sistema ng software para sa awtomatikong kontrol ng temperatura

Upang ipatupad ang naka-program na kontrol, kinakailangan na patuloy na maimpluwensyahan ang setting (setpoint) ng regulator upang ang kinokontrol na halaga ay magbago ayon sa isang paunang natukoy na batas. Para sa layuning ito, ang regulatory regulator ay nilagyan ng elemento ng software. Nagsisilbi ang device na ito upang itatag ang batas ng pagbabago ng itinakdang halaga.

Sa panahon ng electric heating, ang actuator ng automatic control system ay maaaring kumilos upang i-on o i-off ang mga seksyon ng electric heating elements, at sa gayon ay binabago ang temperatura ng heated installation alinsunod sa isang ibinigay na programa. Ang naka-program na kontrol sa temperatura at halumigmig ng hangin ay malawakang ginagamit sa mga artipisyal na pag-install ng klima.