Ako funguje a funguje automatický regulátor na príklade komory inkubátora

Najjednoduchšou a najbežnejšou formou automatického riadenia chodu technických zariadení je automatické riadenie, ktoré sa nazýva spôsob udržiavania konštantného daného parametra (napríklad rýchlosť otáčania hriadeľa, teplota média, tlak pary) alebo spôsob zabezpečenia jeho zmena podľa určitého zákona. Môže sa vykonávať prostredníctvom vhodných ľudských činností alebo automaticky, to znamená pomocou vhodných technických zariadení - automatických regulátorov.

Regulátory, ktoré udržujú konštantnú hodnotu parametra, sa nazývajú vlastné a regulátory, ktoré zabezpečujú zmenu parametra podľa určitého zákona, sa nazývajú softvér.

V roku 1765 ruský mechanik I. I. Polzunov vynašiel automatický regulátor pre priemyselné účely, ktorý udržiaval približne konštantnú hladinu vody v parných kotloch. V roku 1784 anglický mechanik J. Watt vynašiel automatický regulátor, ktorý udržiaval konštantnú rýchlosť otáčania hriadeľa parného stroja.

Regulačný proces

Zvážte, ako môžete udržiavať stálu teplotu v komore tzv termostat, ktorého príkladom by bola komora inkubátora.

Inkubátor

Termostaty sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach, najmä v potravinárskom priemysle. Napokon, obytný priestor možno považovať za termostat aj v zime, ak udržiava stálu teplotu pomocou špeciálnych ventilov ponúkaných na radiátoroch vykurovania. Ukážme si, ako sa vykonáva neautomatická regulácia teploty v miestnosti.

Predpokladajme, že je žiaduce udržiavať teplotu 20 ° C. Monitoruje sa izbovým teplomerom. Ak stúpa vyššie, potom je ventil radiátora mierne zatvorený. To spomaľuje tok horúcej vody v druhom. Klesá jeho teplota a tým sa znižuje tok energie do miestnosti, kde sa znižuje aj teplota vzduchu.

Keď je teplota vzduchu v miestnosti nižšia ako 20°C, ventil sa otvorí a tým sa zvýši prietok teplej vody v radiátore, vďaka čomu teplota v miestnosti stúpa.

Pri takejto regulácii sa pozorujú malé výkyvy teploty vzduchu okolo nastavenej hodnoty (v uvažovanom príklade asi 20 °C).

Mechanický termostat

Tento príklad ukazuje, že v procese regulácie je potrebné vykonať určité akcie:

• zmerajte nastaviteľný parameter;
• porovnajte jeho hodnotu s prednastavenou hodnotou (v tomto prípade sa zisťuje tzv. chyba riadenia - rozdiel medzi skutočnou hodnotou a prednastavenou hodnotou);
• ovplyvniť proces podľa hodnoty a znamienka chyby riadenia.

Pri neautomatickej regulácii tieto úkony vykonáva ľudský operátor.

Automatické nastavenie

Regulácia sa dá robiť bez ľudského zásahu, teda technickými prostriedkami. V tomto prípade hovoríme o automatickej regulácii, ktorá sa vykonáva pomocou automatického regulátora. Poďme zistiť, z akých častí sa skladá a ako tieto časti navzájom ovplyvňujú.

Meranie skutočnej hodnoty kontrolovaného parametra sa vykonáva meracím zariadením nazývaným senzor (v príklade inkubátora — teplotný senzor).

Výsledky meraní dáva snímač vo forme nejakého fyzikálneho signálu (výška stĺpca teplomernej kvapaliny, deformácia bimetalovej platne, hodnota napätia alebo prúdu na výstupe snímača a pod.).

Porovnanie skutočnej hodnoty kontrolovaného parametra s danou robí špeciálny komparátor nazývaný nulové telo. V tomto prípade sa zisťuje rozdiel medzi skutočnou hodnotou kontrolovaného parametra a jeho špecifikovanou (teda požadovanou) hodnotou. Tento rozdiel sa nazýva chyba riadenia. Môže byť pozitívny aj negatívny.

Hodnota chyby riadenia je prevedená na určitý fyzikálny signál, ktorý ovplyvňuje exekutívu, ktorá riadi stav riadeného objektu. V dôsledku vplyvu výkonného orgánu na objekt sa kontrolovaný parameter zvyšuje alebo znižuje v závislosti od znamienka chyby nastavenia.

Hlavnými časťami automatického regulátora sú teda: merací prvok (snímač), referenčný prvok (nulový prvok) a výkonný prvok.

Aby nulový prvok porovnal nameranú hodnotu regulovanej veličiny s nastavenou hodnotou, je potrebné zadať nastavenú hodnotu parametra do automatického regulátora. Robí sa to pomocou špeciálneho prístroja, tzv Master, ktorý prevádza automatickú úpravu nastavenej hodnoty parametra na fyzický signál na určitej úrovni.

V tomto prípade je dôležité, aby fyzické signály výstupov snímača a nastavená hodnota boli rovnakého charakteru. Iba v tomto prípade je možné porovnávať s nulovým telom.

Treba tiež poznamenať, že výkon výstupného signálu zodpovedajúci chybe regulácie je spravidla nedostatočný na kontrolu činnosti výkonného orgánu. V tomto ohľade je špecifikovaný signál predzosilnený. Automatický regulátor preto okrem indikovaných troch hlavných častí (snímač, nulový prvok a aktuátor) obsahuje aj nastavenie a zosilňovač.

Typická bloková schéma automatického riadiaceho systému

Ako je zrejmé z tohto diagramu, automatický riadiaci systém je uzavretý. Z riadiaceho objektu ide informácia o hodnote kontrolovaného parametra do snímača a potom do nulového telesa, po ktorom signál zodpovedajúci chybe riadenia prechádza zosilňovačom do výkonného orgánu, čo má potrebný vplyv na riadiaci objekt.

Pohyb signálov z riadiaceho objektu do nulového tela je spätnoväzbová slučka. Spätná väzba je predpokladom regulačného procesu. Takúto uzavretú slučku ovplyvňujú aj vonkajšie vplyvy.

Po prvé (a to je najdôležitejšie), objekt regulácie je vystavený vonkajším vplyvom.Práve tieto vplyvy spôsobujú zmeny parametrov jeho stavu a ukladajú reguláciu.

Po druhé, vonkajším vplyvom na obvod automatického riadiaceho systému je vstup do nulového telesa cez nastavenú hodnotu požadovanej hodnoty riadeného parametra, ktorá je určená na základe analýzy prevádzkového režimu celého systému, ktorý zahŕňa toto automatické zariadenie. Túto analýzu vykonáva človek alebo riadiaci počítač.

Príklady automatických regulátorov:

Zariadenie a princíp činnosti elektrického termostatu pre žehličku

Použitie PID regulátora v automatizačných systémoch na príklade TRM148 OWEN