Πώς λειτουργεί και λειτουργεί ένας αυτόματος ρυθμιστής στο παράδειγμα ενός θαλάμου θερμοκοιτίδας

Η απλούστερη και πιο κοινή μορφή αυτόματου ελέγχου της λειτουργίας των τεχνικών συσκευών είναι ο αυτόματος έλεγχος, ο οποίος ονομάζεται μέθοδος διατήρησης μιας δεδομένης παραμέτρου σταθερή (για παράδειγμα, ταχύτητα περιστροφής άξονα, μέση θερμοκρασία, πίεση ατμού) ή μέθοδος διασφάλισης αλλαγή του σύμφωνα με συγκεκριμένο νόμο. Μπορεί να πραγματοποιηθεί με κατάλληλες ανθρώπινες ενέργειες ή αυτόματα, δηλαδή με τη βοήθεια κατάλληλων τεχνικών συσκευών — αυτόματων ρυθμιστών.

Οι ρυθμιστές που διατηρούν μια σταθερή τιμή της παραμέτρου ονομάζονται δικοί τους και οι ελεγκτές που παρέχουν μια αλλαγή μιας παραμέτρου σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο νόμο ονομάζονται λογισμικό.

Το 1765, ο Ρώσος μηχανικός I. I. Polzunov εφηύρε έναν αυτόματο ρυθμιστή για βιομηχανικούς σκοπούς, ο οποίος διατηρούσε περίπου σταθερή στάθμη νερού στους λέβητες ατμού. Το 1784, ο Άγγλος μηχανικός Τζ. Ο Watt εφηύρε έναν αυτόματο ρυθμιστή που διατηρούσε σταθερή ταχύτητα περιστροφής του άξονα μιας ατμομηχανής.

Διαδικασία ρύθμισης

Σκεφτείτε πώς μπορείτε να διατηρήσετε μια σταθερή θερμοκρασία σε έναν θάλαμο που ονομάζεται θερμοστάτης, ένα παράδειγμα του οποίου θα ήταν ένας θάλαμος θερμοκοιτίδας.

Εκκολαπτήριο

Οι θερμοστάτες χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους βιομηχανικούς τομείς, ιδιαίτερα στη βιομηχανία τροφίμων. Τέλος, ο χώρος διαβίωσης μπορεί να θεωρηθεί και θερμοστάτης το χειμώνα εάν διατηρεί σταθερή θερμοκρασία με τη βοήθεια ειδικών βαλβίδων που προσφέρονται στα καλοριφέρ θέρμανσης. Ας δείξουμε πώς εκτελείται ο μη αυτόματος έλεγχος θερμοκρασίας δωματίου.

Ας υποθέσουμε ότι είναι επιθυμητό να διατηρείται θερμοκρασία 20 ° C. Παρακολουθείται από ένα θερμόμετρο δωματίου. Εάν ανέβει ψηλότερα, τότε η βαλβίδα του ψυγείου είναι ελαφρώς κλειστή. Αυτό επιβραδύνει τη ροή του ζεστού νερού στο τελευταίο. Η θερμοκρασία του μειώνεται και επομένως μειώνεται η ροή ενέργειας στο δωμάτιο, όπου και η θερμοκρασία του αέρα γίνεται χαμηλότερη.

Όταν η θερμοκρασία του αέρα στο δωμάτιο είναι μικρότερη από 20 ° C, η βαλβίδα ανοίγει και έτσι αυξάνεται η ροή ζεστού νερού στο ψυγείο, λόγω της οποίας αυξάνεται η θερμοκρασία στο δωμάτιο.

Με μια τέτοια ρύθμιση, παρατηρούνται μικρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του αέρα γύρω από την καθορισμένη τιμή (στο εξεταζόμενο παράδειγμα, περίπου 20 ° C).

Μηχανικός θερμοστάτης

Αυτό το παράδειγμα δείχνει ότι ορισμένες ενέργειες πρέπει να εκτελεστούν στη διαδικασία ρύθμισης:

• μετρήστε τη ρυθμιζόμενη παράμετρο.
• συγκρίνετε την τιμή του με την προκαθορισμένη τιμή (σε αυτή την περίπτωση, προσδιορίζεται το λεγόμενο σφάλμα ελέγχου - η διαφορά μεταξύ της πραγματικής τιμής και της προκαθορισμένης τιμής).
• να επηρεάσει τη διαδικασία σύμφωνα με την τιμή και το πρόσημο του σφάλματος ελέγχου.

Στη μη αυτόματη ρύθμιση, αυτές οι ενέργειες εκτελούνται από έναν άνθρωπο χειριστή.

Αυτόματη ρύθμιση

Η ρύθμιση μπορεί να γίνει χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, δηλαδή με τεχνικά μέσα. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για αυτόματη ρύθμιση, η οποία πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας έναν αυτόματο ρυθμιστή. Ας μάθουμε από ποια μέρη αποτελείται και πώς αυτά τα μέρη αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Η μέτρηση της πραγματικής τιμής της ελεγχόμενης παραμέτρου πραγματοποιείται από μια συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αισθητήρας (στο παράδειγμα της θερμοκοιτίδας — αισθητήρας θερμοκρασίας).

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων δίνονται από τον αισθητήρα με τη μορφή κάποιου φυσικού σήματος (ύψος θερμομετρικής στήλης υγρού, παραμόρφωση της διμεταλλικής πλάκας, τιμή τάσης ή ρεύματος στην έξοδο του αισθητήρα κ.λπ.).

Η σύγκριση της πραγματικής τιμής της ελεγχόμενης παραμέτρου με τη δεδομένη γίνεται από έναν ειδικό συγκριτή που ονομάζεται μηδενικό σώμα. Σε αυτήν την περίπτωση, προσδιορίζεται η διαφορά μεταξύ της πραγματικής τιμής της ελεγχόμενης παραμέτρου και της καθορισμένης (δηλαδή απαιτούμενης) τιμής της. Αυτή η διαφορά ονομάζεται σφάλμα ελέγχου. Μπορεί να είναι και θετικό και αρνητικό.

Η τιμή του σφάλματος ελέγχου μετατρέπεται σε ένα συγκεκριμένο φυσικό σήμα που επηρεάζει το στέλεχος που ελέγχει την κατάσταση του ελεγχόμενου αντικειμένου. Ως αποτέλεσμα της επίδρασης του εκτελεστικού οργάνου στο αντικείμενο, η ελεγχόμενη παράμετρος αυξάνεται ή μειώνεται ανάλογα με το πρόσημο του σφάλματος προσαρμογής.

Έτσι, τα κύρια μέρη του αυτόματου ρυθμιστή είναι: ένα στοιχείο μέτρησης (αισθητήρας), ένα στοιχείο αναφοράς (στοιχείο μηδέν) και ένα εκτελεστικό στοιχείο.

Προκειμένου το μηδενικό στοιχείο να συγκρίνει τη μετρούμενη τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής με την καθορισμένη τιμή, είναι απαραίτητο να εισαγάγετε την καθορισμένη τιμή της παραμέτρου στον αυτόματο ελεγκτή. Αυτό γίνεται με τη βοήθεια μιας ειδικής συσκευής, το λεγόμενο Master, το οποίο μετατρέπει την αυτόματη προσαρμογή της καθορισμένης τιμής της παραμέτρου σε φυσικό σήμα σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο.

Σε αυτήν την περίπτωση, είναι σημαντικό τα φυσικά σήματα των εξόδων του αισθητήρα και η καθορισμένη τιμή να είναι της ίδιας φύσης. Μόνο σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατή η σύγκριση με μηδενικό σώμα.

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η ισχύς του σήματος εξόδου που αντιστοιχεί στο σφάλμα ρύθμισης είναι, κατά κανόνα, ανεπαρκής για τον έλεγχο της λειτουργίας του εκτελεστικού οργάνου. Από αυτή την άποψη, το καθορισμένο σήμα είναι προενισχυμένο. Επομένως, ο αυτόματος ρυθμιστής, εκτός από τα τρία κύρια μέρη που υποδεικνύονται (αισθητήρας, μηδενικό στοιχείο και ενεργοποιητής), περιλαμβάνει επίσης μια ρύθμιση και έναν ενισχυτή.

Ένα τυπικό μπλοκ διάγραμμα ενός αυτόματου συστήματος ελέγχου

Όπως φαίνεται από αυτό το διάγραμμα, το αυτόματο σύστημα ελέγχου είναι κλειστό. Από το αντικείμενο ελέγχου, οι πληροφορίες σχετικά με την τιμή της ελεγχόμενης παραμέτρου πηγαίνουν στον αισθητήρα και, στη συνέχεια, στο μηδενικό σώμα, μετά το οποίο το σήμα που αντιστοιχεί στο σφάλμα ελέγχου περνά μέσω του ενισχυτή στο εκτελεστικό σώμα, το οποίο έχει την απαραίτητη επίδραση στο αντικείμενο ελέγχου.

Η κίνηση των σημάτων από το αντικείμενο ελέγχου στο μηδενικό σώμα είναι ένας βρόχος ανάδρασης. Η ανατροφοδότηση είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη διαδικασία ρύθμισης. Ένας τέτοιος κλειστός βρόχος επηρεάζεται επίσης από εξωτερικές επιρροές.

Πρώτον (και αυτό είναι το πιο σημαντικό), το αντικείμενο ρύθμισης εκτίθεται σε εξωτερικές επιρροές.Αυτές οι επιρροές είναι που προκαλούν αλλαγές στις παραμέτρους της κατάστασής του και επιβάλλουν ρύθμιση.

Δεύτερον, η εξωτερική επίδραση στο κύκλωμα του αυτόματου συστήματος ελέγχου είναι η είσοδος στο μηδενικό σώμα μέσω της καθορισμένης τιμής της απαιτούμενης τιμής της ελεγχόμενης παραμέτρου, η οποία προσδιορίζεται με βάση την ανάλυση του τρόπου λειτουργίας ολόκληρου του συστήματος, η οποία περιλαμβάνει αυτή την αυτόματη συσκευή. Αυτή η ανάλυση εκτελείται από έναν άνθρωπο ή έναν υπολογιστή ελέγχου.

Παραδείγματα αυτόματων ρυθμιστών:

Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρικού θερμοστάτη για σίδερο

Η χρήση ελεγκτή PID σε συστήματα αυτοματισμού στο παράδειγμα του TRM148 OWEN