Ελεγκτές θέσης και έλεγχος δύο θέσεων
Σε αντικείμενα ελέγχου που δεν έχουν αυτοεπιπεδούμενο, οποιαδήποτε επίδραση διαταραχής δεν μπορεί να εντοπιστεί χωρίς τη βοήθεια ενός αυτόματου ελεγκτή και η κατάσταση ισορροπίας δεν θα επιτευχθεί.
Η λειτουργία του αυτόματου ρυθμιστή καθορίζεται από τον τύπο της σχέσης μεταξύ των αποκλίσεων της ελεγχόμενης παραμέτρου και της ρυθμιστικής επίδρασης του ρυθμιστικού σώματος, που προκύπτει ως αποτέλεσμα της κίνησής του. Αυτή η εξάρτηση ονομάζεται δυναμικό χαρακτηριστικό του ελεγκτή ή ρυθμιστικός νόμος του ελεγκτή... Ανάλογα με τον τύπο αυτής της εξάρτησης, οι ρυθμιστές χωρίζονται σε θέσιους, στατικούς ή αναλογικούς, αστατικούς και ισοδρομικούς.
Ο ρυθμιστής σε έναν ρυθμιστή θέσης μπορεί να έχει δύο ή περισσότερες σταθερές θέσεις, καθεμία από τις οποίες αντιστοιχεί σε ορισμένες τιμές της ελεγχόμενης παραμέτρου.
Ανάλογα με τον αριθμό των θέσεων, οι ρυθμιστές μπορούν να είναι δύο θέσεων, τριών θέσεων και πολλαπλών θέσεων.
Στην πράξη, η μεγαλύτερη εφαρμογή βρίσκεται ρυθμιστές δύο θέσεων... Θα πρέπει να συζητηθούν λεπτομερέστερα.
Σε έναν ρυθμιστή δύο θέσεων, όταν η ελεγχόμενη παράμετρος αποκλίνει από την καθορισμένη τιμή (κατά μια ποσότητα μεγαλύτερη από την έλλειψη ευαισθησίας του ρυθμιστή), το ρυθμιστικό σώμα καταλαμβάνει μία από τις ακραίες θέσεις που αντιστοιχεί στη μέγιστη ή ελάχιστη δυνατή ροή της ρυθμιστικής ουσίας . Σε μια συγκεκριμένη περίπτωση, η ελάχιστη τιμή μπορεί να είναι μηδενική εισροή.
Η κίνηση του ρυθμιστικού σώματος από τη μια τελική θέση στην άλλη με ρύθμιση on-off συνήθως πραγματοποιείται με υψηλή ταχύτητα — θεωρητικά στιγμιαία σε χρονική στιγμή ίση με το μηδέν.
Η ισότητα μεταξύ εισροής και εκροής δεν παρατηρείται για μια δεδομένη τιμή της ελεγχόμενης παραμέτρου. Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο σε μέγιστα ή ελάχιστα φορτία. Επομένως, στον έλεγχο δύο θέσεων, το σύστημα είναι συνήθως σε κατάσταση μη ισορροπίας. Ως αποτέλεσμα, η ελεγχόμενη παράμετρος ταλαντώνεται συνεχώς και προς τις δύο κατευθύνσεις από την καθορισμένη τιμή.
Το πλάτος αυτών των ταλαντώσεων ελλείψει καθυστερήσεων, όπως είναι εύκολο να υποθέσει κανείς, θα είναι μια ορισμένη αναισθησία του ρυθμιστή... Η ζώνη των πιθανών ταλαντώσεων της ελεγχόμενης παραμέτρου εξαρτάται από τη νεκρή ζώνη του ρυθμιστή και προσδιορίζεται με την προϋπόθεση ότι υπάρχει δεν υπάρχει καθυστέρηση.
Η νεκρή ζώνη του ελεγκτή είναι το εύρος αλλαγής της ελεγχόμενης παραμέτρου που απαιτείται για την έναρξη της κίνησης του ελεγκτή προς την εμπρός και την αντίστροφη κατεύθυνση. Έτσι, για παράδειγμα, εάν ο ρυθμιστής θερμοκρασίας δωματίου, ρυθμισμένος να διατηρεί τους 20 ° C, αρχίζει να κλείνει τον ρυθμιστή κατά την παροχή ζεστού νερού στον θερμαντήρα, όταν η θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα αυξάνεται στους 21 ° και τον ανοίγει σε θερμοκρασία 19 ° , τότε η νεκρή ζώνη αυτού του ρυθμιστή είναι ίση με 2 °.
Η ακρίβεια διατήρησης των καθορισμένων παραμέτρων με on-off είναι σχετικά υψηλή.
Εάν η ακρίβεια ελέγχου είναι αρκετά υψηλή, τότε φαίνεται ότι οι ελεγκτές on-off μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλες τις εγκαταστάσεις. Η δυνατότητα εφαρμογής του ελέγχου on-off καθορίζεται στις περισσότερες περιπτώσεις όχι από την επιτυγχανόμενη ακρίβεια ελέγχου, αλλά από την επιτρεπόμενη συχνότητα μεταγωγής. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η συχνή εναλλαγή οδηγεί σε γρήγορη φθορά των εξαρτημάτων (πολύ συχνά επαφές) του ρυθμιστή και, επομένως, σε μείωση της αξιοπιστίας της λειτουργίας του.
Η παρουσία καθυστέρησης επιδεινώνει τη διαδικασία ρύθμισης, καθώς αυξάνει το εύρος των διακυμάνσεων των παραμέτρων, αλλά από την άλλη πλευρά, η καθυστέρηση μειώνει τη συχνότητα ενεργοποίησης και επεκτείνει έτσι το πεδίο της ρύθμισης on-off.
Ένα σχηματικό διάγραμμα ενός ηλεκτρικού ελεγκτή θερμοκρασίας δύο θέσεων σε φούρνο ξήρανσης φαίνεται στο σχ. 1.
Ρύζι. 1. Σχηματικό διάγραμμα ηλεκτρικού θερμοστάτη δύο θέσεων σε θάλαμο στεγνώματος: 1 — διμεταλλικός αισθητήρας. 2 — ηλεκτρικό στοιχείο θέρμανσης
Αυτός ο ρυθμιστής αποτελείται από έναν αισθητήρα 1 και ένα ηλεκτρικό θερμαντικό στοιχείο 2. Ο αισθητήρας αποτελείται από δύο διμεταλλικές πλάκες επαφής, που υπό την επίδραση της θερμοκρασίας μπορούν, πλησιάζοντας το ένα το άλλο, να κλείσουν ή, αντίθετα, να ανοίξουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.
Συνήθως, στο ντουλάπι στεγνώματος διατηρείται θερμοκρασία 105 ° C. Στη συνέχεια, όταν επιτευχθεί η καθορισμένη θερμοκρασία, οι επαφές πρέπει να κλείσουν και να χειριστεί μέρος του θερμαντικού στοιχείου.Η απαιτούμενη τιμή του Qpr μετά τον ελιγμό του θερμαντήρα μπορεί να επιλεγεί με τέτοιο τρόπο ώστε να αντισταθμίζει πλήρως τις απώλειες θερμότητας από τον φούρνο ξήρανσης Qst.
Αλλά μπορεί επίσης να ρυθμιστεί με τέτοιο τρόπο ώστε όταν επιτευχθεί η καθορισμένη θερμοκρασία, ο θερμαντήρας σβήνει εντελώς. Στην πρώτη παραλλαγή, είναι δυνατό να επιτευχθεί Qpr = Qst, τότε ο ρυθμιστής δεν θα αλλάξει.
Στο σχ. 2 δείχνει τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας ελέγχου δύο θέσεων. Αυτό το σχήμα δείχνει τις αλλαγές στην ελεγχόμενη παράμετρο με την πάροδο του χρόνου μετά από μια απότομη αλλαγή στο φορτίο αντικειμένου Qpr ή Qst. Η κίνηση του ρυθμιστικού σώματος με την πάροδο του χρόνου φαίνεται επίσης εδώ.
Ρύζι. 2. Χαρακτηριστικά της διαδικασίας ελέγχου δύο θέσεων
Πρέπει να σημειωθεί ότι στη ρύθμιση δύο θέσεων, μια αλλαγή στο φορτίο προκαλεί αλλαγή στη μέση τιμή της ελεγχόμενης τιμής, δηλ. χαρακτηρίζεται από ορισμένες παρατυπίες. Η απόκλιση από τη μέση τιμή της ελεγχόμενης παραμέτρου μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο
ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qpr/2 — Qct),
όπου ΔPcm — μέγιστη μετατόπιση της ελεγχόμενης παραμέτρου από τη μέση καθορισμένη τιμή. ΔTzap — χρόνος καθυστέρησης μεταφοράς. W είναι ο συντελεστής χωρητικότητας του αντικειμένου.
Σε κανονικές περιπτώσεις, Qpr = Qct και ΔTzap — η τιμή είναι ασήμαντη. Επομένως, η μετατόπιση δεν μπορεί να είναι πολύ σημαντική και δεν υπερβαίνει τη νεκρή ζώνη του ρυθμιστή.
Περιοχές εφαρμογής ελεγκτών ενεργοποίησης και απενεργοποίησης
Ένας ελεγκτής δύο θέσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περίπτωση που ο βαθμός αυτοεπιπεδώματος του ελεγχόμενου αντικειμένου είναι κοντά στη μονάδα και η ευαισθησία του αντικειμένου σε διαταραχές δεν υπερβαίνει το 0,0005 1 / s, εάν δεν υπάρχουν άλλοι λόγοι που σας αναγκάζουν να εγκαταλείψει αυτόν τον ελεγκτή. Αυτοί οι λόγοι περιλαμβάνουν:
1. Συχνό, λιγότερο από 4 — 5 λεπτά, ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του ρυθμιστή, που συνήθως γίνεται σε τοποθεσίες με χαμηλούς συντελεστές χωρητικότητας και με συχνές αλλαγές στο φορτίο του χώρου.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η επιτρεπόμενη συχνότητα μεταγωγής καθορίζεται από την τεχνική πολυπλοκότητα των ρυθμιστών σε αυτό το επίπεδο. Αυτά τα στοιχεία καθορίζονται από την πρακτική του συστήματος αυτόματου ελέγχου. Ίσως στο μέλλον να μπορέσουν να τελειοποιηθούν, κυρίως προς τα κάτω. Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι είναι δυνατός ο προσδιορισμός της επιτρεπόμενης συχνότητας μεταγωγής ρυθμίζοντας την απαιτούμενη διάρκεια ζωής του ρυθμιστή, ενώ γνωρίζουμε τον ελάχιστο τυποποιημένο αριθμό λειτουργιών (κύκλων) ενός από τα ρυθμιστικά στοιχεία.
2. Απαράδεκτο διακοπής της τροφοδοσίας του φορέα θερμότητας, για παράδειγμα στους αερόθερμους της μονάδας εξαερισμού παροχής ή στους θερμαντήρες αέρα της πρώτης θέρμανσης της μονάδας κλιματισμού. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι εάν κατά τη χειμερινή περίοδο η παροχή ψυκτικού στους θερμαντήρες σταματήσει εντελώς ή και μερικώς, τότε όταν λειτουργεί ο ανεμιστήρας, ο οποίος αναρροφά κρύο αέρα με υψηλή ταχύτητα, μπορεί να παγώσει πολύ γρήγορα.
3.Απαράδεκτο μεγάλων αποκλίσεων μη ρυθμιζόμενων περιβαλλοντικών παραμέτρων Εδώ εννοείται ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η μία από τις παραμέτρους του αέρα ρυθμίζεται, ενώ η άλλη δεν ρυθμίζεται, αλλά πρέπει να είναι εντός ορισμένων ορίων.
Για παράδειγμα, μπορείτε να καλέσετε τη διατήρηση μιας συγκεκριμένης θερμοκρασίας στα καταστήματα της κλωστοϋφαντουργίας. Εδώ το καθήκον είναι να ρυθμιστεί μια τέτοια θερμοκρασία στην οποία θα διατηρηθούν οι συνθήκες διατήρησης της σχετικής υγρασίας εντός ορισμένων ορίων. Ωστόσο, εάν η θερμοκρασία διατηρείται εντός των καθορισμένων ορίων, οι διακυμάνσεις της σχετικής υγρασίας υπερβαίνουν την επιτρεπόμενη ζώνη.
Η τελευταία περίσταση μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι οι συντελεστές χωρητικότητας του ελεγχόμενου αντικειμένου σε σχέση με τη θερμοκρασία είναι σχετικά υψηλότεροι από τους ίδιους συντελεστές σε σχέση με τη σχετική υγρασία. Πολύ συχνά στην πράξη είναι απαραίτητο να εγκαταλείψετε τον έλεγχο θερμοκρασίας on-off σε τέτοια συνεργεία.
4. Απαράδεκτο έντονης και σημαντικής απόκλισης των παραμέτρων του περιβάλλοντος ελέγχου σε συμμόρφωση με τις απαιτήσεις για διακυμάνσεις στις ελεγχόμενες παραμέτρους.
Για παράδειγμα, η θερμοκρασία του αέρα τροφοδοσίας κατά τη διάρκεια της ρύθμισης on-off της ικανότητας θέρμανσης του θερμαντήρα αέρα του θαλάμου τροφοδοσίας μπορεί να έχει τόσο σημαντικές αποκλίσεις ώστε να προκαλεί δυσάρεστες αισθήσεις φυσήματος στο χώρο εργασίας. Γενικά, οι διακυμάνσεις της εσωτερικής θερμοκρασίας δεν θα υπερβαίνουν τα καθορισμένα όρια.
Αυτή η περίσταση μπορεί επίσης να εξηγηθεί από διαφορετικές τιμές των συντελεστών χωρητικότητας του θερμαντήρα αέρα ως αντικείμενο ελέγχου της θερμοκρασίας του αέρα παροχής και του δωματίου παραγωγής ως αντικείμενο ελέγχου της εσωτερικής θερμοκρασίας.
Επομένως, εάν υπάρχει ένα κατάλληλο χαρακτηριστικό του αντικειμένου και δεν υπάρχει λόγος να εγκαταλείψετε τον ελεγκτή on-off, θα πρέπει πάντα να στοχεύετε στην εγκατάσταση του τελευταίου. Αυτός ο τύπος ρυθμιστή αποδεικνύεται ότι είναι ο απλούστερος και φθηνότερος, ο πιο αξιόπιστος στη λειτουργία και δεν απαιτεί ειδική συντήρηση. Επιπλέον, τέτοιοι ρυθμιστές διασφαλίζουν σταθερή ποιότητα ρύθμισης.
Ένα σημαντικό γεγονός είναι ότι η ενεργοποίηση ενός ρυθμιστή δύο θέσεων πολύ συχνά απαιτεί ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας, καθώς χρησιμοποιείται μόνο τις στιγμές του κλεισίματος ή του ανοίγματος.
Πολύ συχνά χρησιμοποιούνται ελεγκτές δύο θέσεων για αυτόματο έλεγχο θερμοκρασίας σε ηλεκτρικούς φούρνους.