أنظمة تحكم أوتوماتيكي في درجة الحرارة

وفقًا لمبدأ التنظيم ، يتم تقسيم جميع أنظمة التحكم الآلي إلى أربع فئات.

1. نظام التثبيت الأوتوماتيكي - نظام يحافظ فيه المنظم على قيمة ثابتة ثابتة للمعامل المتحكم به.

2. نظام تحكم مبرمج - نظام يوفر تغييرًا في المعلمة الخاضعة للرقابة وفقًا لقانون محدد مسبقًا (في الوقت المناسب).

3. نظام التتبع - نظام يوفر تغييرًا في المعلمة الخاضعة للرقابة اعتمادًا على بعض القيم الأخرى.

4. نظام التنظيم المتطرف - نظام يحافظ فيه المنظم على قيمة المتغير الخاضع للرقابة والذي يعتبر الأمثل للظروف المتغيرة.

لتنظيم نظام درجة حرارة تركيبات التدفئة الكهربائية ، يتم استخدام أنظمة الفئتين الأوليين بشكل أساسي.

يمكن تقسيم أنظمة التحكم التلقائي في درجة الحرارة حسب نوع التشغيل إلى مجموعتين: التنظيم الدوري والمستمر.

منظمات تلقائية أنظمة التحكم الآلي (ACS) وفقًا لخصائصها الوظيفية ، يتم تقسيمها إلى خمسة أنواع: الموضع (التتابع) ، النسبي (الثابت) ، المتكامل (الاستاتيكي) ، متساوي (متناسب - متكامل) ، متساوي مع مقدم ومع المشتق الأول.

تنتمي محددات الوضع إلى ACS الدورية ، وتسمى الأنواع الأخرى من المنظمين ACS المستمر. فيما يلي نأخذ في الاعتبار الخصائص الرئيسية لوحدات التحكم الموضعية والتناسبية والمتكاملة والمتساوية ، والتي غالبًا ما تستخدم في أنظمة التحكم في درجة الحرارة التلقائية.

يتكون الرسم التخطيطي الوظيفي للتحكم التلقائي في درجة الحرارة (الشكل 1) من كائن تحكم 1 ، ومستشعر درجة الحرارة 2 ، وجهاز برنامج أو منظم درجة الحرارة 4 ، ومنظم 5 ومشغل 8. وفي كثير من الحالات ، يتم وضع مضخم أساسي 3 بين المستشعر وجهاز البرنامج ، وبين المنظم وآلية القيادة - مضخم ثانوي 6. يتم استخدام مستشعر إضافي 7 في أنظمة التحكم المتساوية.

أرز. 1. مخطط وظيفي لتنظيم درجة الحرارة التلقائي

المزدوجات الحرارية والمزدوجات الحرارية (الثرمستورات) و موازين الحرارة المقاومة... المزدوجات الحرارية الأكثر استخدامًا. لمزيد من التفاصيل حولهم انظر هنا: المحولات الحرارية (المزدوجات الحرارية)

منظمات درجة الحرارة الموضعية (الترحيل)

يشير الموضع إلى المنظمين حيث يمكن للمنظم أن يشغل وظيفتين أو ثلاثة مواقع محددة. تُستخدم المنظمات ثنائية وثلاثية المواضع في تركيبات التدفئة الكهربائية. إنها بسيطة وموثوقة للعمل.

في التين. يوضح الشكل 2 مخططًا تخطيطيًا للتحكم في درجة حرارة الهواء وإيقاف تشغيلها.

أرز. 2.رسم تخطيطي لتنظيم درجة حرارة الهواء عند التشغيل والإيقاف: 1 - عنصر التحكم ، 2 - جسر القياس ، 3 - مرحل مستقطب ، 4 - لفات الإثارة للمحرك الكهربائي ، 5 - المحرك ، 6 - علبة التروس ، 7 - سخان.

للتحكم في درجة الحرارة في موضوع التنظيم ، يتم استخدام المقاومة RT ، والتي يتم توصيلها بأحد أذرع جسر القياس 2. يتم تحديد قيم مقاومة الجسر بطريقة درجة حرارة معينة يكون الجسر متوازنًا ، أي أن الجهد في قطر الجسر يساوي صفرًا. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يقوم المرحل المستقطب 3 ، المتضمن في قطري جسر القياس ، بتشغيل إحدى اللفات 4 لمحرك التيار المستمر ، والتي ، بمساعدة المخفض 6 ، تغلق صمام الهواء أمام السخان 7. عندما تنخفض درجة الحرارة ، يفتح صمام الهواء بالكامل.

مع تنظيم درجة الحرارة ثنائي الموضع ، يمكن ضبط كمية الحرارة المزودة على مستويين فقط - الحد الأقصى والأدنى. يجب أن يكون الحد الأقصى لمقدار الحرارة أكبر من اللازم للحفاظ على درجة الحرارة المضبوطة ، ويجب أن يكون الحد الأدنى أقل. في هذه الحالة ، تتقلب درجة حرارة الهواء حول القيمة المحددة ، أي ما يسمى بوضع التذبذب الذاتي (الشكل 3 ، أ).

تحدد خطوط درجة الحرارة τn و в الحدود الدنيا والعليا للمنطقة الميتة. عندما تنخفض درجة حرارة الجسم المتحكم به ، تصل إلى القيمة تزداد كمية الحرارة المزودة على الفور وتبدأ درجة حرارة الجسم في الارتفاع. للوصول إلى المعنى ، يقلل المنظم من إمداد الحرارة وتنخفض درجة الحرارة.

أرز. 3.خاصية الوقت للتنظيم المتقطع (أ) والخصائص الثابتة لمنظم التشغيل المتقطع (ب).

تعتمد سرعة ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة على خصائص الكائن المتحكم فيه وعلى خصائصه الزمنية (منحنى التسارع). لا تتجاوز تقلبات درجة الحرارة المنطقة الميتة إذا تسببت التغيرات في مصدر الحرارة على الفور في تغيرات في درجة الحرارة ، أي إذا لم يكن هناك تأخر في الجسم المتحكم فيه.

مع انخفاض المنطقة الميتة ، يتناقص اتساع تقلبات درجة الحرارة إلى الصفر عند τn = τv. ومع ذلك ، فإن هذا يتطلب أن يتغير مصدر الحرارة بتردد عالٍ بشكل لا نهائي ، وهو أمر صعب للغاية في الممارسة العملية. هناك تأخير في جميع عناصر التحكم الحقيقية. تتم عملية التنظيم فيها على النحو التالي.

عندما تنخفض درجة حرارة كائن التحكم إلى القيمة τ ، يتغير مصدر الطاقة على الفور ، ولكن بسبب التأخير ، تستمر درجة الحرارة في الانخفاض لبعض الوقت. ثم يرتفع إلى القيمة τв ، التي تنخفض عندها مدخلات الحرارة على الفور. تستمر درجة الحرارة في الارتفاع لبعض الوقت ، ثم بسبب انخفاض مدخلات الحرارة ، تنخفض درجة الحرارة وتتكرر العملية مرة أخرى.

في التين. يوضح الشكل 3 ، b خاصية ثابتة لوحدة التحكم ذات الموضعين ... ويترتب على ذلك أن التأثير التنظيمي على الكائن يمكن أن يأخذ قيمتين فقط: الحد الأقصى والحد الأدنى. في المثال المدروس ، يتوافق الحد الأقصى مع الوضع الذي يكون فيه صمام الهواء (انظر الشكل 2) مفتوحًا بالكامل ، والحد الأدنى - عندما يكون الصمام مغلقًا.

يتم تحديد علامة إجراء التحكم من خلال علامة انحراف القيمة الخاضعة للرقابة (درجة الحرارة) عن قيمتها المحددة. درجة التأثير التنظيمي ثابتة. تحتوي جميع وحدات التحكم في التشغيل / الإيقاف على منطقة التباطؤ α ، والتي تحدث بسبب الاختلاف بين تيارات الالتقاط والإسقاط في المرحل الكهرومغناطيسي.

مثال على استخدام التحكم في درجة الحرارة من نقطتين: تحكم أوتوماتيكي في درجة الحرارة في الأفران ذات مقاومة التسخين

أجهزة التحكم في درجة الحرارة النسبية (الثابتة)

في الحالات التي تتطلب دقة تحكم عالية أو عندما تكون عملية التذبذب الذاتي غير مقبولة ، استخدم المنظمين مع عملية تنظيم مستمرة ... وتشمل هذه وحدات تحكم متناسبة (وحدات تحكم P) مناسبة لتنظيم مجموعة متنوعة من العمليات التكنولوجية.

في الحالات التي تتطلب دقة تنظيم عالية أو عندما تكون عملية التأرجح الذاتي غير مقبولة ، يتم استخدام المنظمين مع عملية التنظيم المستمر. وتشمل هذه وحدات تحكم تناسبية (P- كونترولر) مناسبة لتنظيم مجموعة متنوعة من العمليات التكنولوجية.

في أنظمة التحكم الأوتوماتيكية مع P-regulators ، يكون موضع هيئة التنظيم (y) متناسبًا طرديًا مع قيمة المعلمة الخاضعة للرقابة (x):

ص = k1x ،

حيث k1 هو عامل التناسب (كسب وحدة التحكم).

يحدث هذا التناسب حتى يصل المنظم إلى مواضعه النهائية (مفاتيح الحد).

سرعة حركة الجسم المنظم تتناسب طرديا مع سرعة تغيير المعلمة الخاضعة للرقابة.

في التين.يوضح الشكل 4 مخططًا تخطيطيًا لنظام أوتوماتيكي للتحكم في درجة حرارة الغرفة باستخدام وحدة تحكم تناسبية. تُقاس درجة حرارة الغرفة بميزان حرارة مقاوم RTD متصل بدائرة القياس 1 للجسر.

أرز. 4. مخطط التحكم في درجة حرارة الهواء التناسبية: 1 - جسر القياس ، 2 - عنصر التحكم ، 3 - مبادل حراري ، 4 - محرك مكثف ، 5 - مضخم حساس للطور.

عند درجة حرارة معينة ، يكون الجسر متوازنًا. عندما تنحرف درجة الحرارة التي يتم التحكم فيها عن القيمة المحددة ، يظهر جهد غير متوازن في قطري الجسر ، ويعتمد حجمها وعلاماتها على حجم الانحراف في درجة الحرارة وعلامة ذلك. يتم تضخيم هذا الجهد بواسطة مضخم حساس للطور 5 ، حيث يتم تشغيل ملف محرك مكثف ثنائي الطور 4 من محرك الأقراص.

تعمل آلية القيادة على تحريك الجسم المنظم ، وتغيير تدفق المبرد في المبادل الحراري 3. بالتزامن مع حركة الجسم المنظم ، تتغير مقاومة أحد أذرع جسر القياس ، ونتيجة لذلك تتغير درجة الحرارة التي عندها الجسر متوازن.

وبالتالي ، نظرًا للتغذية المرتدة الصارمة ، فإن كل موضع من الجسم المنظم يتوافق مع قيمة التوازن الخاصة به لدرجة الحرارة التي يتم التحكم فيها.

تتميز وحدة التحكم التناسبية (الساكنة) بعدم انتظام التنظيم المتبقي.

في حالة الانحراف الحاد للحمل عن القيمة المحددة (في الوقت الحالي t1) ، ستصل المعلمة المتحكم بها بعد فترة زمنية معينة (لحظة t2) إلى قيمة ثابتة جديدة (الشكل 4).ومع ذلك ، فإن هذا ممكن فقط مع وضع جديد للهيئة التنظيمية ، أي بقيمة جديدة للمعامل المتحكم به ، والذي يختلف عن القيمة المحددة مسبقًا بواسطة δ.

أرز. 5. خصائص توقيت التحكم النسبي

عيب وحدات التحكم التناسبية هو أن موضع عنصر تحكم واحد فقط يتوافق مع كل قيمة معلمة. للحفاظ على القيمة المحددة للمعلمة (درجة الحرارة) عندما يتغير الحمل (استهلاك الحرارة) ، من الضروري أن تتخذ هيئة التنظيم موضعًا مختلفًا يتوافق مع قيمة الحمل الجديدة. في وحدة التحكم التناسبية ، لا يحدث هذا ، مما يؤدي إلى انحراف متبقي للمعامل المتحكم به.

لا يتجزأ (وحدات تحكم استاتيكية)

تسمى Integral (astatic) بالمنظمات التي ، عندما تنحرف المعلمة عن القيمة المحددة ، يتحرك الجسم المنظم أكثر أو أكثر ببطء وطوال الوقت في اتجاه واحد (داخل حد العمل) حتى تفترض المعلمة القيمة المحددة مرة أخرى. يتغير اتجاه حركة عنصر الضبط فقط عندما تتجاوز المعلمة القيمة المحددة.

في وحدات التحكم في العمل الكهربائي المتكاملة ، عادةً ما يتم إنشاء منطقة ميتة اصطناعية ، لا يتسبب فيها تغيير المعلمة في حركات الجسم المنظم.

يمكن أن تكون سرعة حركة الجسم المنظم في وحدة التحكم المتكاملة ثابتة ومتغيرة. السمة المميزة لوحدة التحكم المتكاملة هي عدم وجود علاقة تناسبية بين قيم الحالة المستقرة للمعلمة الخاضعة للرقابة وموضع الهيئة المنظمة.

في التين.يوضح الشكل 6 مخططًا تخطيطيًا لنظام التحكم التلقائي في درجة الحرارة باستخدام وحدة تحكم متكاملة ، على عكس دائرة التحكم في درجة الحرارة التناسبية (انظر الشكل 4) ، فإنه لا يحتوي على حلقة تغذية مرتدة صلبة.

أرز. 6. مخطط متكامل للتحكم في درجة حرارة الهواء

في وحدة تحكم متكاملة ، تتناسب سرعة الجسم المنظم بشكل مباشر مع قيمة انحراف المعلمة الخاضعة للرقابة.

تظهر عملية التحكم في درجة الحرارة المتكاملة مع التغيير المفاجئ في الحمل (استهلاك الحرارة) في الشكل. 7 باستخدام الخصائص الزمنية. كما ترى من الرسم البياني ، فإن المعلمة التي يتم التحكم فيها مع التحكم المتكامل تعود ببطء إلى القيمة المحددة.

أرز. 7. خصائص الوقت للتنظيم المتكامل

وحدات تحكم متساوية (متناسبة - متكاملة)

التحكم Esodromic له خصائص كل من التحكم النسبي والمتكامل. تعتمد سرعة حركة الجسم المنظم على حجم وسرعة انحراف المعلمة الخاضعة للرقابة.

عندما تنحرف المعلمة الخاضعة للرقابة عن القيمة المحددة ، يتم إجراء التعديل على النحو التالي. في البداية ، يتحرك الجسم المنظم اعتمادًا على حجم انحراف المعلمة الخاضعة للرقابة ، أي يتم تنفيذ التحكم النسبي. ثم يقوم المنظم بحركة إضافية ، وهو أمر ضروري لإزالة المخالفات المتبقية (تنظيم متكامل).

يمكن الحصول على نظام تحكم في درجة حرارة الهواء متساوي (الشكل 8) عن طريق استبدال ردود الفعل الصلبة في دائرة التحكم التناسبي (انظر الشكل.5) مع ردود فعل مرنة (من الجسم المنظم إلى المحرك لمقاومة ردود الفعل). يتم توفير التغذية المرتدة الكهربائية في نظام متساوي بواسطة مقياس جهد ويتم إدخالها في نظام التحكم من خلال حلقة تحتوي على المقاومة R والسعة C.

أثناء العبور ، تؤثر إشارة التغذية المرتدة مع إشارة انحراف المعلمة على العناصر اللاحقة للنظام (مكبر للصوت ، محرك كهربائي). مع وجود جسم منظم ثابت ، في أي موضع يكون فيه ، عندما يكون المكثف C مشحونًا ، تتحلل إشارة التغذية المرتدة (في الحالة الثابتة تساوي الصفر).

أرز. 8. مخطط تنظيم متساوي لدرجة حرارة الهواء

من سمات التنظيم المتساوي أن عدم انتظام التنظيم (الخطأ النسبي) يتناقص مع زيادة الوقت ، ويقترب من الصفر. في هذه الحالة ، لن تسبب التغذية المرتدة انحرافات متبقية للقيمة الخاضعة للرقابة.

وبالتالي ، فإن التحكم المتساوي ينتج نتائج أفضل بكثير من النتائج النسبية أو المتكاملة (ناهيك عن التحكم الموضعي). يحدث التحكم النسبي بسبب وجود ردود فعل صلبة على الفور تقريبًا ، متساوي - أبطأ.

أنظمة برمجية للتحكم الآلي في درجة الحرارة

لتنفيذ التحكم المبرمج ، من الضروري التأثير باستمرار على الإعداد (نقطة الضبط) للجهة التنظيمية بحيث تتغير القيمة الخاضعة للرقابة وفقًا لقانون محدد مسبقًا. لهذا الغرض ، تم تجهيز المنظم التنظيمي بعنصر برمجي. يعمل هذا الجهاز على إنشاء قانون تغيير القيمة المحددة.

أثناء التسخين الكهربائي ، يمكن أن يعمل مشغل نظام التحكم التلقائي لتشغيل أو إيقاف تشغيل أقسام عناصر التسخين الكهربائي ، وبالتالي تغيير درجة حرارة التركيب الساخن وفقًا لبرنامج معين. يستخدم التحكم المبرمج في درجة حرارة الهواء والرطوبة على نطاق واسع في تركيبات المناخ الاصطناعي.