स्वयंचलित तापमान नियंत्रण प्रणाली

नियमन तत्त्वानुसार, सर्व स्वयंचलित नियंत्रण प्रणाली चार वर्गांमध्ये विभागल्या आहेत.

1. स्वयंचलित स्थिरीकरण प्रणाली — एक प्रणाली ज्यामध्ये नियामक नियंत्रित पॅरामीटरचे स्थिर मूल्य राखते.

2. प्रोग्राम केलेली नियंत्रण प्रणाली — एक प्रणाली जी पूर्वनिर्धारित कायद्यानुसार (वेळेनुसार) नियंत्रित पॅरामीटरमध्ये बदल प्रदान करते.

3. ट्रॅकिंग सिस्टीम — इतर काही मूल्यांवर अवलंबून नियंत्रित पॅरामीटरमध्ये बदल प्रदान करणारी प्रणाली.

4. एक्स्ट्रीम रेग्युलेशन सिस्टीम — एक प्रणाली ज्यामध्ये नियामक नियंत्रित व्हेरिएबलचे मूल्य राखतो जे बदलत्या परिस्थितीसाठी अनुकूल असते.

इलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्सच्या तापमान नियमांचे नियमन करण्यासाठी, पहिल्या दोन वर्गांच्या प्रणाली प्रामुख्याने वापरल्या जातात.

स्वयंचलित तापमान नियंत्रण प्रणाली त्यांच्या ऑपरेशनच्या प्रकारानुसार दोन गटांमध्ये विभागली जाऊ शकते: नियतकालिक आणि सतत नियमन.

स्वयंचलित नियामक स्वयंचलित नियंत्रण प्रणाली (ACS) त्यांच्या कार्यात्मक वैशिष्ट्यांनुसार, ते पाच प्रकारांमध्ये विभागले गेले आहेत: स्थितीत्मक (रिले), आनुपातिक (स्थिर), अविभाज्य (अस्टॅटिक), आयसोड्रोमिक (प्रपोर्शनल-इंटीग्रल), आयसोड्रोमिक आगाऊ आणि प्रथम व्युत्पन्न सह.

पोझिशनर्स नियतकालिक एसीएसचे आहेत आणि इतर प्रकारच्या नियामकांना सतत एसीएस म्हणतात. खाली आम्ही स्थितीत्मक, आनुपातिक, अविभाज्य आणि आयसोड्रोमिक नियंत्रकांच्या मुख्य वैशिष्ट्यांचा विचार करतो, जे बहुतेकदा स्वयंचलित तापमान नियंत्रण प्रणालींमध्ये वापरले जातात.

स्वयंचलित तापमान नियंत्रणाच्या कार्यात्मक आकृती (चित्र 1) मध्ये एक नियंत्रण ऑब्जेक्ट 1, तापमान सेन्सर 2, एक प्रोग्राम डिव्हाइस किंवा तापमान नियामक 4, एक नियामक 5 आणि एक अॅक्ट्युएटर 8 असतो. बर्‍याच प्रकरणांमध्ये, प्राथमिक अॅम्प्लीफायर 3 ठेवला जातो. सेन्सर आणि प्रोग्रॅम डिव्हाइस दरम्यान आणि रेग्युलेटर आणि ड्राइव्ह यंत्रणा दरम्यान - एक दुय्यम अॅम्प्लिफायर 6. आयसोड्रोमिक कंट्रोल सिस्टममध्ये अतिरिक्त सेन्सर 7 वापरला जातो.

तांदूळ. 1. स्वयंचलित तापमान नियमनाची कार्यात्मक योजना

थर्मोकूपल्स, थर्मोकूपल्स (थर्मिस्टर) आणि प्रतिरोधक थर्मामीटर... सर्वात जास्त वापरले जाणारे थर्माकोल. त्यांच्याबद्दल अधिक तपशीलांसाठी येथे पहा: थर्मोइलेक्ट्रिक कन्व्हर्टर (थर्मोकपल्स)

पोझिशनल (रिले) तापमान नियामक

पोझिशनल अशा नियामकांना संदर्भित करते जेथे नियामक दोन किंवा तीन विशिष्ट स्थानांवर कब्जा करू शकतो. इलेक्ट्रिक हीटिंग इंस्टॉलेशन्समध्ये दोन- आणि तीन-स्थितीचे नियामक वापरले जातात. ते ऑपरेट करण्यासाठी सोपे आणि विश्वासार्ह आहेत.

अंजीर मध्ये. 2 हवेचे तापमान चालू आणि बंद नियंत्रित करण्यासाठी योजनाबद्ध आकृती दाखवते.

तांदूळ. 2.चालू आणि बंद करताना हवेच्या तपमानाच्या नियमनाचे योजनाबद्ध आकृती: 1 — कंट्रोल ऑब्जेक्ट, 2 — मेजरिंग ब्रिज, 3 — ध्रुवीकृत रिले, 4 — इलेक्ट्रिक मोटरचे एक्सिटेशन विंडिंग्स, 5 — मोटर आर्मेचर, 6 — गियरबॉक्स, 7 — हीटर.

रेग्युलेशन ऑब्जेक्टमध्ये तापमान नियंत्रित करण्यासाठी, रेझिस्टन्स आरटी वापरला जातो, जो मेजरिंग ब्रिज 2 च्या एका हाताला जोडलेला असतो. ब्रिजच्या रेझिस्टन्सची मूल्ये अशा प्रकारे निवडली जातात की दिलेल्या तापमानात पूल संतुलित असतो, म्हणजेच पुलाच्या कर्णमधला व्होल्टेज शून्य असतो. जेव्हा तापमान वाढते तेव्हा, ध्रुवीकृत रिले 3, मापन पुलाच्या कर्णात समाविष्ट केले जाते, डीसी मोटरच्या विंडिंग 4 पैकी एक चालू करते, जे रेड्यूसर 6 च्या मदतीने हीटरच्या समोरील एअर व्हॉल्व्ह बंद करते. 7. जेव्हा तापमान कमी होते, तेव्हा एअर व्हॉल्व्ह पूर्णपणे उघडते.

दोन-स्थिती तापमान नियमनासह, पुरवलेल्या उष्णतेचे प्रमाण केवळ दोन स्तरांवर सेट केले जाऊ शकते - कमाल आणि किमान. सेट नियंत्रित तापमान राखण्यासाठी उष्णतेचे कमाल प्रमाण आवश्यकतेपेक्षा जास्त असावे आणि किमान कमी असावे. या प्रकरणात, हवेचे तापमान सेट मूल्याभोवती चढ-उतार होते, म्हणजे, तथाकथित स्व-ओसीलेटिंग मोड (Fig. 3, a).

तापमान रेषा τn आणि τв मृत क्षेत्राच्या खालच्या आणि वरच्या मर्यादा परिभाषित करतात. जेव्हा नियंत्रित वस्तूचे तापमान, घटते, मूल्यापर्यंत पोहोचते τ पुरवलेल्या उष्णतेचे प्रमाण त्वरित वाढते आणि ऑब्जेक्टचे तापमान वाढू लागते. अर्थ τв पर्यंत पोहोचल्यावर, नियामक उष्णता पुरवठा कमी करतो आणि तापमान कमी होते.

तांदूळ. 3.ऑन-ऑफ रेग्युलेशनचे वेळेचे वैशिष्ट्य (a) आणि ऑन-ऑफ नियामक (b) साठी स्थिर वैशिष्ट्य.

तापमान वाढण्याची आणि पडण्याची गती नियंत्रित वस्तूच्या गुणधर्मांवर आणि त्याच्या वेळेच्या वैशिष्ट्यांवर (प्रवेग वक्र) अवलंबून असते. उष्णतेच्या पुरवठ्यातील बदलांमुळे तत्काळ तापमानात बदल झाल्यास तापमानातील चढउतार डेड झोनपेक्षा जास्त होत नाहीत, म्हणजे, नियंत्रित ऑब्जेक्टचा कोणताही अंतर नसल्यास.

जसजसे डेड झोन कमी होतो तसतसे तापमान चढउतारांचे मोठेपणा τn = τv वर शून्यावर कमी होते. तथापि, यासाठी उष्णता पुरवठा अमर्याद उच्च वारंवारतेने बदलणे आवश्यक आहे, जे व्यवहारात लागू करणे अत्यंत कठीण आहे. सर्व वास्तविक नियंत्रण वस्तूंमध्ये विलंब होतो. त्यातील नियमन प्रक्रिया खालीलप्रमाणे पुढे जाते.

जेव्हा कंट्रोल ऑब्जेक्टचे तापमान τ मूल्यापर्यंत खाली येते, तेव्हा वीज पुरवठा ताबडतोब बदलतो, परंतु विलंबामुळे, काही काळ तापमान कमी होत राहते. नंतर ते मूल्य τv पर्यंत वाढते, ज्यावर उष्णता इनपुट त्वरित कमी होते. तापमान काही काळ वाढतच राहते, त्यानंतर उष्णता कमी झाल्यामुळे तापमान कमी होते आणि प्रक्रिया पुन्हा होते.

अंजीर मध्ये. 3, b दोन-स्थिती नियंत्रकाचे एक स्थिर वैशिष्ट्य दर्शविते... हे खालीलप्रमाणे आहे की ऑब्जेक्टवरील नियमन प्रभाव फक्त दोन मूल्ये घेऊ शकतात: कमाल आणि किमान. विचारात घेतलेल्या उदाहरणात, जास्तीत जास्त त्या स्थितीशी संबंधित आहे जेथे वायु झडप (चित्र 2 पहा) पूर्णपणे उघडे असते, किमान — जेव्हा वाल्व बंद असते.

नियंत्रण क्रियेचे चिन्ह त्याच्या सेट मूल्यापासून नियंत्रित मूल्य (तापमान) च्या विचलनाच्या चिन्हाद्वारे निर्धारित केले जाते. नियामक प्रभावाची डिग्री स्थिर आहे. सर्व ऑन/ऑफ कंट्रोलर्समध्ये हिस्टेरेसिस क्षेत्र α आहे, जे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रिलेच्या पिक-अप आणि ड्रॉप-ऑफ करंट्समधील फरकामुळे उद्भवते.

दोन-बिंदू तापमान नियंत्रण वापरण्याचे उदाहरण: हीटिंग प्रतिरोधनासह भट्टीमध्ये स्वयंचलित तापमान नियंत्रण

आनुपातिक (स्थिर) तापमान नियंत्रक

ज्या प्रकरणांमध्ये उच्च नियंत्रण अचूकता आवश्यक असते किंवा जेव्हा स्वयं-दोलन प्रक्रिया अस्वीकार्य असते, तेव्हा सतत नियमन प्रक्रियेसह नियामकांचा वापर करा... यामध्ये विविध प्रकारच्या तांत्रिक प्रक्रियांचे नियमन करण्यासाठी योग्य प्रमाणात नियंत्रक (पी-कंट्रोलर्स) यांचा समावेश होतो.

ज्या प्रकरणांमध्ये उच्च नियमन अचूकतेची आवश्यकता असते किंवा जेव्हा स्वयं-ओसीलेटिंग प्रक्रिया अस्वीकार्य असते, तेव्हा सतत नियमन प्रक्रिया असलेले नियामक वापरले जातात. यामध्ये विविध प्रकारच्या तांत्रिक प्रक्रियांचे नियमन करण्यासाठी योग्य आनुपातिक नियंत्रक (पी-कंट्रोलर्स) समाविष्ट आहेत.

पी-रेग्युलेटरसह स्वयंचलित नियंत्रण प्रणालींमध्ये, नियामक संस्था (y) ची स्थिती नियंत्रित पॅरामीटर (x) च्या मूल्याशी थेट प्रमाणात असते:

y = k1x,

जेथे k1 आनुपातिकता घटक आहे (नियंत्रक लाभ).

रेग्युलेटर त्याच्या शेवटच्या पोझिशन्स (मर्यादा स्विचेस) पर्यंत पोहोचेपर्यंत हे आनुपातिकता घडते.

रेग्युलेटिंग बॉडीच्या हालचालीची गती नियंत्रित पॅरामीटरच्या बदलाच्या गतीशी थेट प्रमाणात असते.

अंजीर मध्ये.4 आनुपातिक नियंत्रक वापरून स्वयंचलित खोली तापमान नियंत्रण प्रणालीचे योजनाबद्ध आकृती दर्शविते. खोलीचे तापमान ब्रिजच्या मापन सर्किट 1 ला जोडलेल्या RTD प्रतिरोधक थर्मामीटरने मोजले जाते.

तांदूळ. 4. आनुपातिक हवेच्या तापमान नियंत्रणाची योजना: 1 — मेजरिंग ब्रिज, 2 — कंट्रोल ऑब्जेक्ट, 3 — हीट एक्सचेंजर, 4 — कॅपेसिटर मोटर, 5 — फेज-सेन्सिटिव्ह अॅम्प्लिफायर.

दिलेल्या तापमानात, पूल संतुलित आहे. जेव्हा नियंत्रित तापमान सेट मूल्यापासून विचलित होते, तेव्हा पुलाच्या कर्णात एक असंतुलित व्होल्टेज दिसून येतो, ज्याचे परिमाण आणि चिन्ह तापमान विचलनाच्या विशालतेवर आणि चिन्हावर अवलंबून असते. हा व्होल्टेज फेज-सेन्सिटिव्ह अॅम्प्लिफायर 5 द्वारे वाढविला जातो, ज्याच्या आउटपुटवर ड्राइव्हच्या दोन-फेज कॅपेसिटर मोटर 4 चे विंडिंग चालू केले जाते.

ड्राइव्ह यंत्रणा हीट एक्सचेंजरमध्ये शीतलकचा प्रवाह बदलून, रेग्युलेटिंग बॉडी हलवते 3. त्याचवेळी रेग्युलेटिंग बॉडीच्या हालचालींसह, मोजमाप करणाऱ्या ब्रिजच्या एका हाताचा प्रतिकार बदलतो, परिणामी तापमान कोणत्या पूल संतुलित आहे.

अशा प्रकारे, कठोर अभिप्रायामुळे, नियामक शरीराची प्रत्येक स्थिती नियंत्रित तापमानाच्या स्वतःच्या समतोल मूल्याशी संबंधित असते.

आनुपातिक (स्थिर) नियंत्रक अवशिष्ट नियमनाच्या गैर-एकरूपतेद्वारे दर्शविले जाते.

सेट मूल्यापासून लोडच्या तीव्र विचलनाच्या बाबतीत (या क्षणी t1), नियंत्रित पॅरामीटर विशिष्ट कालावधीनंतर (क्षण t2) नवीन स्थिर मूल्य (Fig. 4) पर्यंत पोहोचेल.तथापि, हे केवळ रेग्युलेटिंग बॉडीच्या नवीन स्थितीसह शक्य आहे, म्हणजे, नियंत्रित पॅरामीटरच्या नवीन मूल्यासह, जे पूर्वनिर्धारित मूल्यापेक्षा δ ने वेगळे आहे.

तांदूळ. 5. आनुपातिक नियंत्रणाची वेळेची वैशिष्ट्ये

आनुपातिक नियंत्रकांचा गैरसोय असा आहे की प्रत्येक पॅरामीटर मूल्याशी फक्त एक विशिष्ट नियंत्रण घटक स्थिती संबंधित आहे. जेव्हा लोड (उष्णतेचा वापर) बदलतो तेव्हा पॅरामीटर (तापमान) चे सेट मूल्य राखण्यासाठी, नियामक संस्थेने नवीन लोड मूल्याशी संबंधित भिन्न स्थिती घेणे आवश्यक आहे. आनुपातिक नियंत्रकामध्ये, हे घडत नाही, परिणामी नियंत्रित पॅरामीटरचे अवशिष्ट विचलन होते.

इंटिग्रल (अस्टॅटिक कंट्रोलर्स)

इंटिग्रल (अस्टॅटिक) ला अशा रेग्युलेटर म्हणतात ज्यामध्ये पॅरामीटर सेट मूल्यापासून विचलित झाल्यावर, पॅरामीटर पुन्हा सेट मूल्य गृहीत करेपर्यंत रेग्युलेटिंग बॉडी अधिक किंवा अधिक हळू आणि सर्व वेळ एकाच दिशेने (कार्यरत स्ट्रोकमध्ये) हलते. जेव्हा पॅरामीटर सेट मूल्यापेक्षा जास्त असेल तेव्हाच समायोजन घटकाच्या हालचालीची दिशा बदलते.

इंटिग्रल इलेक्ट्रिकल अॅक्शन कंट्रोलर्समध्ये, एक कृत्रिम डेड झोन सहसा तयार केला जातो, ज्यामध्ये पॅरामीटरमधील बदलामुळे नियामक शरीराच्या हालचाली होत नाहीत.

इंटिग्रल कंट्रोलरमध्ये रेग्युलेटिंग बॉडीच्या हालचालीची गती स्थिर आणि परिवर्तनीय असू शकते. अविभाज्य नियंत्रकाचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे नियंत्रित पॅरामीटरची स्थिर-स्थिती मूल्ये आणि नियामक मंडळाची स्थिती यांच्यातील आनुपातिक संबंधांची अनुपस्थिती.

अंजीर मध्ये.6 एक अविभाज्य नियंत्रक वापरून स्वयंचलित तापमान नियंत्रण प्रणालीचे योजनाबद्ध आकृती दर्शविते. आनुपातिक तापमान नियंत्रण सर्किटच्या विपरीत (चित्र 4 पहा), त्यात कठोर फीडबॅक लूप नाही.

तांदूळ. 6. एकात्मिक हवा तापमान नियंत्रण योजना

अविभाज्य नियंत्रकामध्ये, नियामक शरीराची गती नियंत्रित पॅरामीटरच्या विचलनाच्या मूल्याशी थेट प्रमाणात असते.

लोडमध्ये अचानक बदल (उष्णतेचा वापर) सह एकात्मिक तापमान नियंत्रणाची प्रक्रिया अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. 7 ऐहिक वैशिष्ट्ये वापरणे. जसे आपण आलेखावरून पाहू शकता, अविभाज्य नियंत्रणासह नियंत्रित पॅरामीटर हळूहळू सेट मूल्याकडे परत येतो.

तांदूळ. 7. अविभाज्य नियमनाची वेळ वैशिष्ट्ये

आयसोड्रोमिक (आनुपातिक-अविभाज्य) नियंत्रक

एसोड्रोमिक नियंत्रणामध्ये आनुपातिक आणि अविभाज्य नियंत्रणाचे गुणधर्म आहेत. रेग्युलेटिंग बॉडीच्या हालचालीचा वेग नियंत्रित पॅरामीटरच्या विचलनाच्या विशालतेवर आणि गतीवर अवलंबून असतो.

जेव्हा नियंत्रित पॅरामीटर सेट मूल्यापासून विचलित होते, तेव्हा समायोजन खालीलप्रमाणे केले जाते. सुरुवातीला, नियंत्रित पॅरामीटरच्या विचलनाच्या विशालतेवर अवलंबून नियामक शरीराची हालचाल होते, म्हणजेच आनुपातिक नियंत्रण केले जाते. मग रेग्युलेटर एक अतिरिक्त हालचाल करतो, जी अवशिष्ट अनियमितता (अविभाज्य नियमन) काढून टाकण्यासाठी आवश्यक आहे.

समानुपातिक नियंत्रण सर्किटमध्ये कठोर अभिप्राय बदलून आयसोड्रोमिक वायु तापमान नियंत्रण प्रणाली (चित्र 8) मिळवता येते (चित्र पहा.5) लवचिक फीडबॅकसह (प्रतिक्रिया प्रतिरोधासाठी रेग्युलेटिंग बॉडीपासून मोटरपर्यंत). आयसोड्रोमिक प्रणालीमध्ये विद्युतीय अभिप्राय पोटेंशियोमीटरद्वारे प्रदान केला जातो आणि प्रतिरोधक R आणि कॅपेसिटन्स C असलेल्या लूपद्वारे नियंत्रण प्रणालीमध्ये दिले जाते.

ट्रान्झिएंट्स दरम्यान, पॅरामीटर विचलन सिग्नलसह फीडबॅक सिग्नल सिस्टमच्या त्यानंतरच्या घटकांवर (एम्पलीफायर, इलेक्ट्रिक मोटर) प्रभाव पाडतो. स्थिर रेग्युलेटिंग बॉडीसह, ते कोणत्याही स्थितीत असले तरी, जेव्हा कॅपेसिटर C चार्ज केला जातो तेव्हा फीडबॅक सिग्नल खराब होतो (स्थिर स्थितीत ते शून्याच्या बरोबरीचे असते).

तांदूळ. 8. हवेच्या तपमानाच्या आयसोड्रोमिक नियमनाची योजना

आयसोड्रोमिक रेग्युलेशनचे हे वैशिष्ट्य आहे की नियमनची एकसमानता (सापेक्ष त्रुटी) वाढत्या वेळेसह कमी होते, शून्याच्या जवळ येते. या प्रकरणात, फीडबॅकमुळे नियंत्रित मूल्याचे अवशिष्ट विचलन होणार नाही.

अशा प्रकारे, आयसोड्रोमिक नियंत्रण आनुपातिक किंवा अविभाज्य (स्थिती नियंत्रणाचा उल्लेख करू नये) पेक्षा लक्षणीय चांगले परिणाम देते. कठोर अभिप्रायाच्या उपस्थितीमुळे आनुपातिक नियंत्रण जवळजवळ त्वरित होते, isodromic - अधिक हळूहळू.

स्वयंचलित तापमान नियंत्रणासाठी सॉफ्टवेअर प्रणाली

प्रोग्राम केलेले नियंत्रण लागू करण्यासाठी, नियामकाच्या सेटिंग (सेटपॉईंट) वर सतत प्रभाव टाकणे आवश्यक आहे जेणेकरून नियंत्रित मूल्य पूर्वनिर्धारित कायद्यानुसार बदलते. या उद्देशासाठी, नियामक नियामक सॉफ्टवेअर घटकासह सुसज्ज आहे. हे डिव्हाइस सेट मूल्याच्या बदलाचा कायदा स्थापित करण्यासाठी कार्य करते.

इलेक्ट्रिक हीटिंग दरम्यान, स्वयंचलित नियंत्रण प्रणालीचा अॅक्ट्युएटर इलेक्ट्रिक हीटिंग घटकांचे विभाग चालू किंवा बंद करण्यासाठी कार्य करू शकतो, ज्यामुळे दिलेल्या प्रोग्रामनुसार गरम केलेल्या स्थापनेचे तापमान बदलते. हवेचे तापमान आणि आर्द्रता यांचे प्रोग्राम केलेले नियंत्रण कृत्रिम हवामान प्रतिष्ठापनांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.