Otomatik sıcaklık kontrol sistemleri

Düzenleme ilkesine göre, tüm otomatik kontrol sistemleri dört sınıfa ayrılır.

1. Otomatik stabilizasyon sistemi — regülatörün, kontrol edilen parametrenin sabit bir ayar değerini koruduğu bir sistem.

2. Programlanmış kontrol sistemi — önceden belirlenmiş bir yasaya göre (zaman içinde) kontrol edilen parametrede değişiklik sağlayan bir sistem.

3. İzleme sistemi — başka bir değere bağlı olarak kontrol edilen parametrede değişiklik sağlayan bir sistem.

4. Ekstrem regülasyon sistemi — regülatörün, değişen koşullar için en uygun olan kontrol edilen değişkenin değerini koruduğu bir sistem.

Elektrikli ısıtma tesisatlarının sıcaklık rejimini düzenlemek için esas olarak ilk iki sınıftaki sistemler kullanılır.

Otomatik sıcaklık kontrol sistemleri, çalışma türlerine göre periyodik ve sürekli regülasyon olmak üzere iki gruba ayrılabilir.

otomatik regülatörler otomatik kontrol sistemleri (ACS) fonksiyonel özelliklerine göre konumsal (röle), oransal (statik), integral (astatik), izodromik (orantılı-integral), avanslı ve birinci türevli izodromik olmak üzere beş türe ayrılırlar.

Konumlayıcılar periyodik ACS'ye aittir ve diğer düzenleyici türleri sürekli ACS olarak adlandırılır. Aşağıda, otomatik sıcaklık kontrol sistemlerinde en sık kullanılan konumsal, oransal, integral ve izodromik kontrolörlerin temel özelliklerini ele alıyoruz.

Otomatik sıcaklık kontrolünün işlevsel bir diyagramı (Şekil 1), bir kontrol nesnesi 1, bir sıcaklık sensörü 2, bir program cihazı veya sıcaklık regülatörü 4, bir regülatör 5 ve bir aktüatörden 8 oluşur. Çoğu durumda, bir birincil amplifikatör 3 yerleştirilir. sensör ile program cihazı arasında ve regülatör ile tahrik mekanizması arasında - ikincil bir amplifikatör 6. İzodromik kontrol sistemlerinde ek bir sensör 7 kullanılır.

Pirinç. 1. Otomatik sıcaklık düzenlemesinin işlevsel şeması

Termokupllar, termokupllar (termistörler) ve dirençli termometreler... En sık kullanılan termokupllar. Onlar hakkında daha fazla ayrıntı için buraya bakın: Termoelektrik dönüştürücüler (termokupllar)

Konumsal (röle) sıcaklık regülatörleri

Konumsal, düzenleyicinin iki veya üç belirli konumu işgal edebildiği bu tür düzenleyicileri ifade eder. Elektrikli ısıtma tesisatlarında iki ve üç konumlu regülatörler kullanılmaktadır. Çalıştırmaları basit ve güvenilirdir.

İncirde. Şekil 2, hava sıcaklığının açık ve kapalı olarak kontrol edilmesi için şematik bir diyagramı göstermektedir.

Pirinç. 2.Açma ve kapatma sırasında hava sıcaklığı düzenlemesinin şematik diyagramı: 1 - kontrol nesnesi, 2 - ölçüm köprüsü, 3 - polarize röle, 4 - elektrik motorunun uyarma sargıları, 5 - motor armatürü, 6 - dişli kutusu, 7 - ısıtıcı .

Düzenleme nesnesindeki sıcaklığı kontrol etmek için, ölçüm köprüsünün 2 kollarından birine bağlı olan direnç RT kullanılır. Köprü dirençlerinin değerleri, şu şekilde seçilir: belirli bir sıcaklıkta köprü dengelenir, yani köprünün köşegenindeki voltaj sıfıra eşittir. Sıcaklık yükseldiğinde, ölçüm köprüsünün diyagonalinde bulunan polarize röle 3, redüktör 6 yardımıyla ısıtıcının önündeki hava valfini kapatan DC motorun sargılarından 4 birini açar. 7. Sıcaklık düştüğünde hava valfi tamamen açılır.

İki konumlu sıcaklık düzenlemesi ile sağlanan ısı miktarı maksimum ve minimum olmak üzere yalnızca iki seviyeye ayarlanabilir. Ayarlanan kontrollü sıcaklığı korumak için maksimum ısı miktarı gerekenden fazla olmalı ve minimum miktar daha az olmalıdır. Bu durumda, hava sıcaklığı ayarlanan değer etrafında dalgalanır, yani kendi kendine salınım modu (Şekil 3, a).

Sıcaklık çizgileri τn ve τв ölü bölgenin alt ve üst sınırlarını tanımlar. Kontrol edilen nesnenin sıcaklığı azalarak τ değerine ulaştığındaVerilen ısı miktarı anında artar ve nesnenin sıcaklığı yükselmeye başlar. τв duyusuna ulaşan regülatör, ısı beslemesini azaltır ve sıcaklık düşer.

Pirinç. 3.Açma-kapama düzenlemesinin (a) zaman karakteristiği ve açma-kapama regülatörünün (b) statik karakteristiği.

Sıcaklık yükselme ve düşme hızı, kontrol edilen nesnenin özelliklerine ve zaman karakteristiğine (hızlanma eğrisi) bağlıdır. Isı kaynağındaki değişiklikler hemen sıcaklık değişikliklerine neden oluyorsa, yani kontrol edilen nesnede gecikme yoksa, sıcaklık dalgalanmaları ölü bölgeyi aşmaz.

Ölü bölge azaldıkça, sıcaklık dalgalanmalarının genliği τn = τv'de sıfıra düşer. Ancak bu, ısı kaynağının sonsuz yüksek frekansta değişmesini gerektirir ki bu pratikte uygulanması son derece zordur. Tüm gerçek kontrol nesnelerinde bir gecikme vardır. İçlerindeki düzenleme süreci şu şekilde ilerler.

Kontrol nesnesinin sıcaklığı τ değerine düştüğünde, güç kaynağı hemen değişir, ancak gecikme nedeniyle sıcaklık bir süre daha düşmeye devam eder. Ardından, ısı girişinin anında azaldığı τв değerine yükselir. Sıcaklık bir süre yükselmeye devam eder, ardından azalan ısı girdisi nedeniyle sıcaklık düşer ve süreç tekrar eder.

İncirde. Şekil 3, b, iki konumlu bir kontrolörün statik karakteristiğini gösterir... Buradan, nesne üzerindeki düzenleyici etkinin yalnızca iki değer alabileceği sonucu çıkar: maksimum ve minimum. Ele alınan örnekte, maksimum, hava valfinin (bkz. Şekil 2) tamamen açık olduğu konuma, minimum ise valf kapalıyken olan konuma karşılık gelir.

Kontrol eyleminin işareti, kontrol edilen değerin (sıcaklık) ayar değerinden sapmasının işareti ile belirlenir. Düzenleyici etkinin derecesi sabittir. Tüm açma/kapama kontrolörleri, elektromanyetik rölenin başlatma ve bırakma akımları arasındaki fark nedeniyle oluşan bir histerezis alanına α sahiptir.

İki noktalı sıcaklık kontrolü kullanımına örnek: Isıtma rezistanslı fırınlarda otomatik sıcaklık kontrolü

Oransal (statik) sıcaklık kontrolörleri

Yüksek kontrol doğruluğunun gerekli olduğu durumlarda veya kendi kendine salınım işleminin kabul edilemez olduğu durumlarda, sürekli düzenleme işlemine sahip regülatörler kullanın... Bunlar, çok çeşitli teknolojik süreçleri düzenlemek için uygun oransal kontrolörleri (P-kontrolörler) içerir.

Yüksek regülasyon hassasiyetinin gerektiği durumlarda veya kendiliğinden salınımlı prosesin kabul edilemez olduğu durumlarda sürekli regülasyon prosesli regülatörler kullanılır. Bunlar, çok çeşitli teknolojik süreçleri düzenlemek için uygun oransal kontrolörleri (P-kontrolörleri) içerir.

P-regülatörlü otomatik kontrol sistemlerinde, düzenleyici gövdenin (y) konumu, kontrol edilen parametrenin (x) değeri ile doğru orantılıdır:

y = k1x,

burada k1 orantılılık faktörüdür (kontrolör kazancı).

Bu orantılılık, regülatör son konumlarına (limit anahtarları) ulaşana kadar devam eder.

Düzenleyici gövdenin hareket hızı, kontrol edilen parametrenin değişim hızı ile doğru orantılıdır.

İncirde.Şekil 4, bir oransal kontrolör kullanan bir otomatik oda sıcaklığı kontrol sisteminin şematik bir diyagramını göstermektedir. Oda sıcaklığı, köprünün ölçüm devresi 1'e bağlı bir RTD dirençli termometre ile ölçülür.

Pirinç. 4. Orantılı hava sıcaklığı kontrol şeması: 1 — ölçüm köprüsü, 2 — kontrol nesnesi, 3 — ısı eşanjörü, 4 — kapasitör motoru, 5 — faza duyarlı amplifikatör.

Belirli bir sıcaklıkta köprü dengelenir. Kontrol edilen sıcaklık ayarlanan değerden saptığında, köprünün köşegeninde, büyüklüğü ve işareti sıcaklık sapmasının büyüklüğüne ve işaretine bağlı olan bir dengesizlik voltajı belirir. Bu voltaj, çıkışında sürücünün iki fazlı kapasitör motorunun 4 sargısının açıldığı faza duyarlı bir amplifikatör 5 tarafından yükseltilir.

Tahrik mekanizması, ısı eşanjöründeki 3 soğutucu akışını değiştirerek düzenleyici gövdeyi hareket ettirir. Düzenleyici gövdenin hareketiyle eş zamanlı olarak, ölçüm köprüsünün kollarından birinin direnci değişir ve bunun sonucunda sıcaklık değişir. köprü dengelidir.

Bu nedenle, sert geri besleme nedeniyle, düzenleyici gövdenin her konumu, kontrol edilen sıcaklığın kendi denge değerine karşılık gelir.

Orantılı (statik) kontrolör, artık düzenlemenin tekdüze olmaması ile karakterize edilir.

Yükün ayarlanan değerden (t1 anında) keskin bir şekilde sapması durumunda, kontrol edilen parametre belirli bir süre sonra (t2 anı) yeni bir sabit değere ulaşacaktır (Şekil 4).Ancak bu, yalnızca düzenleyici gövdenin yeni bir konumu ile, yani ön ayar değerinden δ kadar farklı olan, kontrol edilen parametrenin yeni bir değeri ile mümkündür.

Pirinç. 5. Orantılı kontrolün zamanlama özellikleri

Oransal denetleyicilerin dezavantajı, her bir parametre değerine yalnızca bir özel kontrol elemanı konumunun karşılık gelmesidir. Yük (ısı tüketimi) değiştiğinde parametrenin ayarlanan değerini (sıcaklık) korumak için düzenleyici gövdenin yeni yük değerine karşılık gelen farklı bir pozisyon alması gerekir. Orantılı bir kontrolörde bu gerçekleşmez ve kontrol edilen parametrenin artık sapmasına neden olur.

İntegral (astatik kontrolörler)

İntegral (astatik), parametre ayarlanan değerden saptığında, düzenleyici gövdenin parametre tekrar ayarlanan değeri alana kadar her zaman bir yönde (çalışma stroku içinde) daha yavaş veya daha yavaş hareket ettiği bu tür düzenleyiciler olarak adlandırılır. Ayarlama elemanının hareket yönü, yalnızca parametre ayarlanan değeri aştığında değişir.

Entegre elektrikli eylem kontrolörlerinde, genellikle içinde bir parametredeki değişikliğin düzenleyici gövdenin hareketlerine neden olmadığı yapay bir ölü bölge oluşturulur.

Düzenleyici gövdenin entegre kontrolördeki hareket hızı sabit ve değişken olabilir. İntegral denetleyicinin karakteristik bir özelliği, kontrol edilen parametrenin sabit durum değerleri ile düzenleyici gövdenin konumu arasında orantılı bir ilişkinin olmamasıdır.

İncirde.Şekil 6, entegre bir kontrolör kullanan bir otomatik sıcaklık kontrol sisteminin şematik bir diyagramını göstermektedir Oransal sıcaklık kontrol devresinin aksine (bkz. Şekil 4), katı bir geri besleme döngüsüne sahip değildir.

Pirinç. 6. Entegre hava sıcaklığı kontrol şeması

Entegre bir kontrolörde, düzenleyici gövdenin hızı, kontrol edilen parametrenin sapma değeri ile doğru orantılıdır.

Ani yük değişikliği (ısı tüketimi) ile entegre sıcaklık kontrolü işlemi Şekil 1'de gösterilmektedir. 7 zamansal özellikleri kullanarak. Grafikten de görebileceğiniz gibi integral kontrolü ile kontrol edilen parametre yavaş yavaş ayarlanan değere döner.

Pirinç. 7. İntegral düzenlemenin zaman özellikleri

İzodromik (oransal-integral) kontrolörler

Ezodromik kontrol, hem orantılı hem de integral kontrol özelliklerine sahiptir. Düzenleyici gövdenin hareket hızı, kontrol edilen parametrenin sapma büyüklüğüne ve hızına bağlıdır.

Kontrol edilen parametre set değerinden saptığında aşağıdaki gibi ayar yapılır. Başlangıçta düzenleyici gövde, kontrol edilen parametrenin sapmasının büyüklüğüne bağlı olarak hareket eder, yani oransal kontrol gerçekleştirilir. Daha sonra regülatör, kalan düzensizlikleri gidermek için gerekli olan ek bir hareket yapar (entegre düzenleme).

Bir izodromik hava sıcaklığı kontrol sistemi (Şekil 8), orantılı kontrol devresindeki sert geri beslemeyi değiştirerek elde edilebilir (bkz.5) elastik geri besleme ile (geri besleme direnci için düzenleyici gövdeden motora). Bir izodromik sistemdeki elektriksel geri besleme, bir potansiyometre tarafından sağlanır ve direnç R ve kapasitans C içeren bir döngü yoluyla kontrol sistemine beslenir.

Geçici durumlar sırasında, parametre sapma sinyali ile birlikte geri besleme sinyali, sistemin müteakip elemanlarını (amplifikatör, elektrik motoru) etkiler. Sabit bir düzenleyici gövde ile, hangi konumda olursa olsun, kapasitör C şarj edildiğinde, geri besleme sinyali azalır (durağan durumda sıfıra eşittir).

Pirinç. 8. Hava sıcaklığının izodromik düzenleme şeması

Düzenleme tekdüzeliğinin (göreceli hata) sıfıra yaklaşan zamanla azalması izodromik düzenlemenin karakteristiğidir. Bu durumda, geri bildirim, kontrol edilen değerde artık sapmalara neden olmaz.

Bu nedenle, izodromik kontrol, orantılı veya integralden (konumsal kontrolden bahsetmiyorum bile) önemli ölçüde daha iyi sonuçlar üretir. Katı geri bildirimin varlığı nedeniyle orantılı kontrol neredeyse anında, izodromik - daha yavaş gerçekleşir.

Otomatik sıcaklık kontrolü için yazılım sistemleri

Programlanmış kontrolü uygulamak için, kontrol edilen değerin önceden belirlenmiş bir yasaya göre değişmesi için regülatörün ayarını (ayar noktası) sürekli olarak etkilemek gerekir. Bu amaçla, düzenleyici düzenleyici bir yazılım unsuru ile donatılmıştır. Bu cihaz, ayarlanan değerin değişim yasasını oluşturmaya yarar.

Elektrikli ısıtma sırasında, otomatik kontrol sisteminin aktüatörü, elektrikli ısıtma elemanlarının bölümlerini açmak veya kapatmak için hareket edebilir, böylece ısıtmalı tesisatın sıcaklığını belirli bir programa göre değiştirir. Hava sıcaklığının ve nemin programlanmış kontrolü, yapay iklimlendirme kurulumlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.