Kuidas automaatregulaator töötab ja töötab inkubaatorikambri näitel
Tehniliste seadmete töö automaatjuhtimise lihtsaim ja levinuim vorm on automaatjuhtimine, mida nimetatakse antud parameetri (näiteks võlli pöörlemiskiirus, keskmise temperatuuri, aururõhk) konstantsena hoidmise meetodiks või meetodiks, millega tagatakse selle muutumine vastavalt teatud seadusele. Seda saab läbi viia sobiva inimtegevuse kaudu või automaatselt, st vastavate tehniliste seadmete - automaatsete regulaatorite abil.
Regulaatoreid, mis hoiavad parameetri konstantset väärtust, nimetatakse omadeks ja kontrollereid, mis tagavad parameetri muutmise vastavalt teatud seadusele, nimetatakse tarkvaraks.
1765. aastal leiutas vene mehaanik I. I. Polzunov tööstuslikuks otstarbeks mõeldud automaatregulaatori, mis hoidis aurukateldes ligikaudu konstantset veetaset. 1784. aastal tegi inglise mehaanik J. Watt leiutas automaatse regulaatori, mis säilitas aurumasina võlli konstantse pöörlemiskiiruse.
Reguleerimisprotsess
Mõelge, kuidas saate hoida püsivat temperatuuri kambris nimega termostaat, mille näiteks oleks inkubaatorikamber.
Inkubaator
Termostaate kasutatakse laialdaselt erinevates tööstussektorites, eriti toiduainetööstuses. Lõpuks võib elamispinda pidada ka talvel termostaadiks, kui see hoiab kütteradiaatoritel pakutavate spetsiaalsete klappide abil ühtlast temperatuuri. Näitame, kuidas toimub ruumitemperatuuri mitteautomaatne reguleerimine.
Oletame, et soovitav on hoida temperatuuri 20 ° C. Seda jälgitakse ruumitermomeetriga. Kui see tõuseb kõrgemale, on radiaatori klapp veidi suletud. See aeglustab kuuma vee voolu viimases. Selle temperatuur langeb ja seetõttu väheneb energia vool ruumi, kus ka õhutemperatuur muutub madalamaks.
Kui ruumi õhutemperatuur on alla 20 ° C, avaneb klapp ja seega suureneb kuuma vee vool radiaatoris, mille tõttu ruumi temperatuur tõuseb.
Sellise reguleerimise korral täheldatakse õhutemperatuuri väikeseid kõikumisi seatud väärtuse ümber (vaadatud näites umbes 20 ° C).
Mehaaniline termostaat
See näide näitab, et reguleerimisprotsessis tuleb teha teatud toiminguid:
- mõõta reguleeritavat parameetrit;
- võrrelda selle väärtust eelseadistatud väärtusega (sel juhul määratakse nn juhtimisviga - erinevus tegeliku väärtuse ja eelseadistatud väärtuse vahel);
- protsessi mõjutada vastavalt juhtvea väärtusele ja märgile.
Mitteautomaatse reguleerimise korral teostab neid toiminguid inimene.
Automaatne reguleerimine
Reguleerimist saab teha ilma inimese sekkumiseta ehk tehniliste vahenditega. Sel juhul räägime automaatsest reguleerimisest, mis viiakse läbi automaatregulaatori abil. Uurime, millistest osadest see koosneb ja kuidas need osad omavahel suhtlevad.
Kontrollitava parameetri tegeliku väärtuse mõõtmine toimub mõõteseadmega, mida nimetatakse anduriks (inkubaatori näites — temperatuuriandur).
Mõõtmistulemused annab andur mingi füüsilise signaali kujul (termomeetrilise vedelikusamba kõrgus, bimetallplaadi deformatsioon, pinge või voolu väärtus anduri väljundis jne).
Kontrollitava parameetri tegeliku väärtuse võrdlemine antud parameetriga toimub spetsiaalse komparaatoriga, mida nimetatakse nullkehaks. Sel juhul määratakse erinevus kontrollitava parameetri tegeliku väärtuse ja selle määratud (st nõutava) väärtuse vahel. Seda erinevust nimetatakse juhtimisveaks. See võib olla nii positiivne kui ka negatiivne.
Juhtvea väärtus teisendatakse teatud füüsiliseks signaaliks, mis mõjutab juhitavat objekti, mis juhib juhitava objekti olekut. Täitevorgani mõju tulemusena objektile suureneb või väheneb juhitav parameeter sõltuvalt reguleerimisvea märgist.
Seega on automaatregulaatori põhiosad: mõõteelement (sensor), võrdluselement (nullelement) ja täitevelement.
Selleks, et nullelement saaks võrrelda juhitava muutuja mõõdetud väärtust seatud väärtusega, on vaja automaatregulaatorisse sisestada parameetri seatud väärtus. Seda tehakse spetsiaalse seadme, nn Master, mis teisendab parameetri seatud väärtuse automaatse reguleerimise teatud tasemel füüsiliseks signaaliks.
Sel juhul on oluline, et anduri väljundite füüsilised signaalid ja seatud väärtus oleksid sama laadi. Ainult sel juhul on võimalik võrrelda nullkehaga.
Samuti tuleb märkida, et reguleerimisveale vastava väljundsignaali võimsus on reeglina ebapiisav täitevorgani töö juhtimiseks. Sellega seoses on määratud signaal eelnevalt võimendatud. Seetõttu sisaldab automaatregulaator lisaks kolmele näidatud põhiosale (sensor, nullelement ja täiturmehhanism) ka seadistust ja võimendit.
Tüüpiline automaatjuhtimissüsteemi plokkskeem
Nagu sellelt diagrammil näha, on automaatjuhtimissüsteem suletud. Juhtobjektilt läheb info juhitava parameetri väärtuse kohta andurisse ja sealt edasi nullkehasse, misjärel liigub juhtimisveale vastav signaal läbi võimendi täitevorganisse, millel on vajalik mõju. juhtobjekt.
Signaalide liikumine juhtobjektilt nullkehale on tagasiside ahel. Tagasiside on reguleerimisprotsessi eeltingimus. Sellist suletud ahelat mõjutavad ka välismõjud.
Esiteks (ja see on kõige olulisem) on reguleerimisobjekt avatud välismõjudele.Just need mõjud põhjustavad muutusi selle oleku parameetrites ja kehtestavad regulatsiooni.
Teiseks on välismõju automaatjuhtimissüsteemi vooluringile sisend nullkehasse läbi kontrollitava parameetri nõutava väärtuse seatud väärtuse, mis määratakse kogu süsteemi töörežiimi analüüsi põhjal, mis sisaldab seda automaatset seadet. Seda analüüsi teeb inimene või kontrollarvuti.
Näited automaatsetest regulaatoritest:
Triikraua elektritermostaadi seade ja tööpõhimõte
PID-regulaatori kasutamine automaatikasüsteemides TRM148 OWEN näitel