Автоматика. Составление электрических схем автоматизации, страница 3

Рисунок 14 – Характеристики регуляторов: а) двухпозиционного, б) пропорционального ("П")

Двухпозиционный регулятор либо включает нагреватель на

полную мощность, когда холодно, либо отключает их совсем, когда "жарко". Этот  регулятор простой, дешёвый и он предназначен для простых систем. Но он часто не справляется с работой, так как он раскачивает систему. Другой, пропорциональный регулятор (“П”),  работает по-другому: если недогрев большой, то он включает нагреватель на большую мощность. Если недогрев мал, то мощность мала. Это более сложный регулятор и он применяется, когда имеются более строгие требования к системе.

Но и этот регулятор не всесилен. Иногда бывают ситуации, когда, например, имеется мощная и металлоёмкая печь и её требуется отключать ранее, чем она достигнет заданной температуры. Иначе запасённая энергия в разогретой печи приведёт к значительному перегреву. В этих случаях и применяются  пропорционально – дифференциальные ("ПД") – регуляторы. Для этого используют, например, скоростные термопары.

Скоростная термопара – это две термопары, включенные навстречу друг другу. Термопары развивают одинаковую ЭДС, их сумма всегда равна нулю, милливольтметр всегда будет на нуле. Стоит одну из термопар закрыть теплоизолятором, температура их спаев будет отличаться. Отличие тем сильнее, чем быстрее будет повышаться температура печи. Такая термопара называется скоростной термопарой. Шкалу подключенного к ней милливольтметра можно градуировать в град/сек нагрева и охлаждения. При нагреве печи теплоизолированный спай будет всегда холоднее открытого спая, а при охлаждении печи – горячее.

Рисунок 15 – Пример реализации "П"- регулятора и скоростная термопара: 1-термопара, 2-регулирующий милливольтметр,

3-реостат, 4-нагреватель

"ПД"-регулятор.

Соединив все три термопары последовательно, их суммарный сигнал подадим на регулирующий милливольтметр 4. Сейчас "холодно". Милливольтметр находится в начале шкалы около нулевой отметки. На нагреватель поступает всё напряжение с реостата 5 и нагреватель 6 работает с максимальной мощностью. Печь разогревается с большой скоростью. Теплоизолированная термопара 3 фактически ещё не работает, а две открытые термопары 1 и 2 уже выдают двойной сигнал на милливольтметр. Показания  милливольтметра становятся увеличенными вдвое против того, какие бы они были, будь всего одна термопара.

Рисунок 16 –

"ПД"-регулятор с термопарными датчиками:

1-термопара, дающая "П"-сигнал,

2, 3-термопары, дающие "Д"-сигнал,

4-регулирующий

милливольтметр,

5-реостат с ползунком,

6-нагреватель.

Сейчас, конечно, увеличенные показания милливольтметра не соответствуют реальной температуре печи. Но этого и не надо. Главная задача милливольтметра здесь не измерять температуру, а регулировать.  Милливольтметр сейчас показывает сигнал, равный сумме температуры и скорости её изменения. Полезность такого увеличенного сигнала заключается в том, что дополнительно уменьшается напряжение питания нагревателя и, следовательно, его мощность. Регулятор ограничивает скорость нарастания температуры, чтобы при подходе к заданной температуре θзад не произошло выброса температуры сверх заданного. А также превышение может наступить, если нагреватель, например, обладает большой инерцией, большим запасом тепловой энергии, накопившейся ещё в начале разогрева. Это имеет место, когда нагреватель имеет большую массу.

"ПД" – регуляторы нужны, чтобы успокоить систему, склонную к колебаниям.

Задача 10. Рассказать про датчики скорости, скорости изменения уровня и скорости изменения давления

На рисунке изображен проточный водяной бак (а) с двумя поплавковыми указателями уровня. Каждый из них передвигает свой токосъемник на общем реохорде. К обоим токо-съемникам подключен милливольтметр. Один поплавок расположен в открытой части бака. Другой поплавок - в закрытой сверху части бака, можно сказать – колоколе. Верхная часть колокола сообщается с атмосферой через патрубок с регулируемым зажимом. Этот зажим затрудняет свободный проток воздуха. Поэтому уровень воды под колоколом несколько отстает от изменения уровня воды в открытой части бака.

На рисунке (б) изображен воздушный ресивер, подсоединенный к  мембранному измерителю давления. Обе воздушные полости мембранного измерителя подсоединены к ресиверу. Правая полость подключена через открытый патрубок, а левая - через патрубок с зажимом. Изменение давления в ресивере быстро воздействует на мембрану справа и с запаздыванием – слева. Разница давлений воздуха в обеих полостях мембранного измерителя определяет положение ползунка на реохорде и, следовательно, показания милливольтметра.

Рисунок 17 – Датчики скорости изменения уровня (а) и скорости изменения давления (б).

Вопросы:

1.  В каких единицах должны быть проградуированы милливольтметры а и б? Можно ли их использовать для построения "ПД" регуляторов? Если "да", то как? Если "нет", то почему?

2.  Что такое двухпозиционный регулятор?

3.  Что такое "П" регулятор?

4.  Что такое "ПД" регулятор? Что такое "ПИД" регулятор?

Задача 11. Автоматическое управление температурным

режимом в блочных теплицах

Система управления режимом обогрева. В холодное время года управление температурным режимом в теплице может быть обеспечено за счет изменения температуры Т (качество) или расхода G (количество) теплоносителя.