Cum funcționează și funcționează un regulator automat pe exemplul unei camere de incubator

Cea mai simplă și comună formă de control automat al funcționării dispozitivelor tehnice este controlul automat, care se numește o metodă de menținere constantă a unui parametru dat (de exemplu, viteza de rotație a arborelui, temperatura medie, presiunea aburului) sau o metodă de asigurare a schimbarea sa conform unei anumite legi. Poate fi realizat prin acțiuni umane adecvate sau automat, adică cu ajutorul unor dispozitive tehnice adecvate - regulatoare automate.

Regulatoarele care mențin o valoare constantă a parametrului se numesc proprii, iar controlerele care asigură modificarea unui parametru conform unei anumite legi se numesc software.

În 1765, mecanicul rus I. I. Polzunov a inventat un regulator automat în scopuri industriale, care menținea un nivel aproximativ constant al apei în cazanele cu abur. În 1784, mecanicul englez J. Watt a inventat un regulator automat care menține o viteză constantă de rotație a arborelui unei mașini cu abur.

Procesul de reglementare

Luați în considerare cum puteți menține o temperatură constantă într-o cameră numită termostat, un exemplu din care ar fi o cameră de incubator.

Incubator

Termostatele sunt utilizate pe scară largă în diverse sectoare industriale, în special în industria alimentară. In sfarsit, spatiul de locuit poate fi considerat si un termostat iarna daca mentine o temperatura constanta cu ajutorul robinetelor speciale oferite pe caloriferele de incalzire. Să arătăm cum se efectuează controlul neautomat al temperaturii camerei.

Să presupunem că este de dorit să se mențină o temperatură de 20 ° C. Este monitorizată de un termometru de cameră. Dacă se ridică mai sus, atunci supapa radiatorului este ușor închisă. Acest lucru încetinește fluxul de apă caldă în acesta din urmă. Temperatura acestuia scade și, prin urmare, fluxul de energie în încăpere scade, unde și temperatura aerului devine mai scăzută.

Când temperatura aerului din încăpere este mai mică de 20 ° C, supapa se deschide și astfel debitul de apă caldă în calorifer crește, datorită faptului că temperatura din cameră crește.

Cu o astfel de reglare, se observă fluctuații mici ale temperaturii aerului în jurul valorii setate (în exemplul considerat, aproximativ 20 ° C).

Termostat mecanic

Acest exemplu arată că anumite acțiuni trebuie efectuate în procesul de reglementare:

• măsurați parametrul reglabil;
• comparați valoarea acesteia cu valoarea prestabilită (în acest caz, se determină așa-numita eroare de control - diferența dintre valoarea reală și valoarea prestabilită);
• să afecteze procesul în funcție de valoarea și semnul erorii de control.

În reglarea neautomată, aceste acțiuni sunt efectuate de un operator uman.

Reglare automată

Reglementarea se poate face fără intervenția omului, adică prin mijloace tehnice. În acest caz, vorbim despre reglarea automată, care se realizează cu ajutorul unui regulator automat. Să aflăm din ce părți constă și cum interacționează aceste părți între ele.

Măsurarea valorii reale a parametrului controlat este efectuată de un dispozitiv de măsurare numit senzor (în exemplul incubatorului - senzor de temperatura).

Rezultatele măsurătorilor sunt date de senzor sub forma unui semnal fizic (înălțimea coloanei termometrice de lichid, deformarea plăcii bimetalice, valoarea tensiunii sau curentului la ieșirea senzorului etc.).

Compararea valorii reale a parametrului controlat cu cea dată se face printr-un comparator special numit corp nul. În acest caz, se determină diferența dintre valoarea reală a parametrului controlat și valoarea specificată (adică necesară) a acestuia. Această diferență se numește eroare de control. Poate fi atât pozitiv, cât și negativ.

Valoarea erorii de control este convertită într-un anumit semnal fizic care afectează executivul care controlează starea obiectului controlat. Ca urmare a impactului organului executiv asupra obiectului, parametrul controlat crește sau scade în funcție de semnul erorii de reglare.

Astfel, principalele părți ale regulatorului automat sunt: ​​un element de măsurare (senzor), un element de referință (element zero) și un element executiv.

Pentru ca elementul zero să compare valoarea măsurată a variabilei controlate cu valoarea setată, este necesar să introduceți valoarea setată a parametrului în controlerul automat. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui dispozitiv special, așa-numitul Master, care convertește reglarea automată a valorii setate a parametrului într-un semnal fizic la un anumit nivel.

În acest caz, este important ca semnalele fizice ale ieșirilor senzorului și valoarea setată să fie de aceeași natură. Numai în acest caz este posibil să se compare cu un corp nul.

De asemenea, trebuie menționat că puterea semnalului de ieșire corespunzătoare erorii de reglare este, de regulă, insuficientă pentru a controla funcționarea organului executiv. În acest sens, semnalul specificat este preamplificat. Prin urmare, regulatorul automat, pe lângă cele trei părți principale indicate (senzor, element zero și actuator), include și o setare și un amplificator.

O diagramă bloc tipică a unui sistem de control automat

După cum se poate observa din această diagramă, sistemul de control automat este închis. Din obiectul de control, informațiile despre valoarea parametrului controlat ajung la senzor și apoi la corpul zero, după care semnalul corespunzător erorii de control trece prin amplificator către corpul executiv, ceea ce are efectul necesar asupra obiect de control.

Mișcarea semnalelor de la obiectul de control la corpul nul este o buclă de feedback. Feedback-ul este o condiție prealabilă pentru procesul de reglementare. O astfel de buclă închisă este afectată și de influențe externe.

În primul rând (și acesta este cel mai important), obiectul reglementării este expus influențelor externe.Aceste influențe provoacă modificări ale parametrilor stării sale și impun reglementări.

În al doilea rând, influența externă asupra circuitului sistemului de control automat este intrarea în corpul zero prin valoarea setată a valorii necesare a parametrului controlat, care este determinată pe baza analizei modului de funcționare a întregului sistem, care include acest dispozitiv automat. Această analiză este efectuată de un om sau de un computer de control.

Exemple de regulatoare automate:

Dispozitivul și principiul de funcționare al termostatului electric pentru fier de călcat

Utilizarea unui controler PID în sistemele de automatizare pe exemplul TRM148 OWEN