Kako deluje in deluje avtomatski regulator na primeru inkubatorske komore

Najenostavnejša in najpogostejša oblika avtomatskega krmiljenja delovanja tehničnih naprav je avtomatsko krmiljenje, ki ga imenujemo način vzdrževanja določenega parametra konstantnega (na primer hitrost vrtenja gredi, temperatura medija, tlak pare) ali način zagotavljanja njeno spremembo po določenem zakonu. Izvaja se lahko z ustreznimi človeškimi dejanji ali samodejno, to je s pomočjo ustreznih tehničnih naprav — avtomatskih regulatorjev.

Regulatorji, ki vzdržujejo konstantno vrednost parametra, se imenujejo lastni, krmilniki, ki zagotavljajo spremembo parametra po določenem zakonu, pa se imenujejo programska oprema.

Leta 1765 je ruski mehanik I. I. Polzunov izumil avtomatski regulator za industrijske namene, ki je vzdrževal približno konstanten nivo vode v parnih kotlih. Leta 1784 je angleški mehanik J. Watt je izumil avtomatski regulator, ki je vzdrževal konstantno hitrost vrtenja gredi parnega stroja.

Postopek regulacije

Razmislite, kako lahko vzdržujete stalno temperaturo v komori, imenovani termostat, primer tega bi bila inkubatorska komora.

Inkubator

Termostati se pogosto uporabljajo v različnih industrijskih sektorjih, zlasti v živilski industriji. Nenazadnje bivalni prostor lahko tudi pozimi štejemo za termostat, če vzdržuje konstantno temperaturo s pomočjo posebnih ventilov, ki so na voljo na radiatorjih ogrevanja. Pokažimo, kako se izvaja neavtomatsko uravnavanje sobne temperature.

Predpostavimo, da je zaželeno vzdrževati temperaturo 20 ° C. To spremlja sobni termometer. Če se dvigne višje, je radiatorski ventil rahlo zaprt. To upočasni pretok tople vode v slednjem. Njena temperatura se zniža in zato se zmanjša dotok energije v prostor, kjer postane nižja tudi temperatura zraka.

Ko je temperatura zraka v prostoru nižja od 20 °C, se ventil odpre in s tem se poveča pretok tople vode v radiatorju, zaradi česar se temperatura v prostoru dvigne.

S takšno regulacijo opazimo majhna nihanja temperature zraka okoli nastavljene vrednosti (v obravnavanem primeru približno 20 ° C).

Mehanski termostat

Ta primer kaže, da je treba v procesu regulacije izvesti določena dejanja:

• izmerite nastavljivi parameter;
• primerjajte njegovo vrednost s prednastavljeno vrednostjo (v tem primeru se določi tako imenovana krmilna napaka - razlika med dejansko vrednostjo in prednastavljeno vrednostjo);
• vplivati ​​na proces glede na vrednost in predznak krmilne napake.

Pri neavtomatski regulaciji ta dejanja izvaja človeški operater.

Samodejna prilagoditev

Regulacijo je mogoče izvesti brez človekovega posredovanja, to je s tehničnimi sredstvi. V tem primeru govorimo o avtomatski regulaciji, ki se izvaja s pomočjo avtomatskega regulatorja. Ugotovimo, iz katerih delov je sestavljen in kako ti deli medsebojno delujejo.

Meritev dejanske vrednosti nadzorovanega parametra se izvaja z merilno napravo, imenovano senzor (v primeru inkubatorja - temperaturni senzor).

Rezultate meritev daje senzor v obliki nekega fizikalnega signala (višina termometričnega stebra tekočine, deformacija bimetalne plošče, vrednost napetosti ali toka na izhodu senzorja itd.).

Primerjavo dejanske vrednosti nadzorovanega parametra z dano izvede poseben primerjalnik, imenovan ničelno telo. V tem primeru se določi razlika med dejansko vrednostjo kontroliranega parametra in njegovo določeno (tj. zahtevano) vrednostjo. Ta razlika se imenuje krmilna napaka. Lahko je pozitiven in negativen.

Vrednost krmilne napake se pretvori v določen fizični signal, ki vpliva na izvršilno enoto, ki nadzoruje stanje nadzorovanega objekta. Zaradi vpliva izvršilnega organa na objekt se nadzorovani parameter poveča ali zmanjša glede na znak napake nastavitve.

Tako so glavni deli avtomatskega regulatorja: merilni element (senzor), referenčni element (ničelni element) in izvršilni element.

Da lahko ničelni element primerja izmerjeno vrednost regulirane veličine z nastavljeno vrednostjo, je potrebno v avtomatski regulator vnesti nastavljeno vrednost parametra. To se naredi s pomočjo posebne naprave, ti Master, ki avtomatsko prilagoditev nastavljene vrednosti parametra pretvori v fizični signal na določeni ravni.

V tem primeru je pomembno, da so fizični signali senzorskih izhodov in nastavljena vrednost enake narave. Samo v tem primeru je možna primerjava z ničelnim telesom.

Upoštevati je treba tudi, da je moč izhodnega signala, ki ustreza napaki regulacije, praviloma nezadostna za nadzor delovanja izvršilnega organa. V zvezi s tem je navedeni signal predhodno ojačan. Zato avtomatski regulator poleg navedenih treh glavnih delov (senzor, ničelni element in aktuator) vključuje tudi nastavitev in ojačevalnik.

Tipičen blokovni diagram avtomatskega krmilnega sistema

Kot je razvidno iz tega diagrama, je avtomatski krmilni sistem zaprt. Od krmilnega objekta gredo informacije o vrednosti nadzorovanega parametra na senzor in nato na ničelno telo, po katerem signal, ki ustreza krmilni napaki, preide skozi ojačevalnik v izvršilni organ, ki ima potreben učinek na objekt nadzora.

Gibanje signalov od krmilnega objekta do ničelnega telesa je povratna zanka. Povratne informacije so predpogoj za regulacijski proces. Na tako zaprto zanko vplivajo tudi zunanji vplivi.

Prvič (in to je najpomembnejše), je objekt regulacije izpostavljen zunanjim vplivom.Prav ti vplivi povzročajo spremembe parametrov njegovega stanja in nalagajo regulacijo.

Drugič, zunanji vpliv na vezje avtomatskega krmilnega sistema je vnos v ničelno telo skozi nastavljeno vrednost zahtevane vrednosti nadzorovanega parametra, ki se določi na podlagi analize načina delovanja celotnega sistema, ki vključuje to avtomatsko napravo. To analizo opravi človek ali nadzorni računalnik.

Primeri avtomatskih regulatorjev:

Naprava in princip delovanja električnega termostata za likalnik

Uporaba PID regulatorja v sistemih avtomatizacije na primeru TRM148 OWEN