Автоматические регуляторы прямого действия.
Классификация регуляторов
Автоматические регуляторы
Автоматический регулятор на входе имеет информацию о текущем и заданном значениях регулируемой величины. Он выполняет следующие функции:
- вычисление отклонения, т.е. разности между текущим и заданным значениями регулируемой величины;
- вычисление в зависимости от отклонения управляющего воздействия в соответствии с законом регулирования.
Автоматические регуляторы классифицируются в зависимости от
- регулируемого параметра,
- используемой энергии,
-характера изменения регулирующего воздействия.
Современные регуляторы, как правило, являются универсальными. На их входы подается информация о любой измеряемой величине, преобразованной в унифицированный сигнал. Таким образом, выходной сигнал регулятора не зависит от того, какова регулируемая величина-температура, давление и т.д., однако в некоторых случаях выпускаются промышленные регуляторы для конкретной технологической величины, например, температуры.
В зависимости от источника используемой энергии автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.
В регуляторах прямого действия одновременно с изменением регулируемой величины от объекта отбирается часть энергии, которая используется для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм и регулирующий орган объекта. Таким образом, к регулятору энергия извне не подводится.
К регуляторам непрямого действия извне подводится энергия для работы самого регулятора и воздействия на исполнительный механизм.
По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на линейные и нелинейные.
Линейные регуляторы формируют свой выходной сигнал (регулирующее воздействие) в соответствии с одним из линейных законов регулирования: П- пропорциональный, ПИ - пропорционально-интегральный, ПИД – пропорционально-интегрально- дифференциальный.
Они получили широкое распространение в системах стабилизации давления, температуры, уровня и т.д. Регуляторы прямого действия, как правило, реализуют П-закон регулирования.
Рис. 4.1. Автоматический регулятор давления прямого действия.
Рассмотрим систему регулирования давления с регулятором прямого действия (рис. 4.1 ) На мембрану 1 действует регулируемая величина (давление р измеряемой среды) и противодействующее усилие, создаваемое пружиной 2 задатчика. При появлении разности между измеряемым и заданным давлениями эта разность воздействует на мембрану в сторону уменьшения этого отклонения, перемещая штоком 4 клапан 5.Заданное значение меняют, изменяя натяжение пружины гайкой 3. Коэффициент усиления (настройка) регулятора зависит от расходной характеристики клапана.
В регуляторах температуры прямого действия (терморегулирующий вентиль) датчиком служит, как правило, термобаллон. При изменении температуры среды изменяется давление в термобаллоне, в результате чего сильфон термометрической системы сжимается или разжимается, перемещая аналогично мембране регулирующий клапан.
Традиционно широкое развитие на ЗАО у«ОРЛЭКС» имеют работы, связанные с созданием манометрических датчиков-реле температуры. Их принцип действия и кинематическую схему рассмотрим на примере промышленного датчика-реле температуры с уменьшенными массогабаритными характеристиками.
Принцип действия этих датчиков основан на сравнение усилия, создаваемого насыщенными парами наполнителя, например, хладона с усилием пружины настройки.
При повышении температуры термобаллона 1 изменяется давление наполнителя, которое в чувствительной системе 2 преобразуется в усилие, которое, в свою очередь, через шток 3 передается на рычаг 4. Последний, преодолевая усилие пружины 5, поворачивается вокруг оси 6 и воздействует на переключатель 7. Происходит переключение контактов. При понижении температуры происходит обратное срабатывание. Настройка на требуемую температуру срабатывания производится винтом 8. Значение срабатывания устанавливается по шкале 9.
4.3 Регуляторы позиционные.
Для поддержания регулируемой величины в несложной системе, когда не требуется высокой точности, возможно использование нелинейного двухпозиционного регулятора типа «включено-выключено».
Рассмотрим работу двухпозиционного регулятора фирмы ОВЕН. Обобщенная блок-схема регуляторов ОВЕН представлена на рис. 4.2. Входы служат для подключения различных типов датчиков.
Рис.4.2. Обобщенная блок схема регуляторов фирмы «ОВЕН»
Блок обработки сигналов выполняет коррекцию показаний датчиков, цифровую фильтрацию: устраняет сигнальные единичные помехи, сглаживает показания прибора за счет их усреднения (при заданном числе измерений). Логическое устройство сравнивает измеренное значение с заданным и вырабатывает управляющее воздействие.
При двухпозиционном регулировании сигнал выходного устройства меняется на противоположный, если измеренная величина пересекает заданное значение (уставку). Для такой работы требуется выходное устройство ключевого типа: электронное реле, транзисторная оптопара, симисторная оптопара, выход для управления внешним твердотельным (полупроводниковым) реле. 
Рис 4.3. Схема (а) и графики (б) двухпозиционного регулирования.
На рис. 4.3 Представлена схема (а) двухпозиционного регулирования температуры в объекте таким регулятором и графики (б) изменения температуры и состояния реле (Δ – зона возврата регулятора). График процесса регулирования представляет собой незатухающие колебания определенной амплитуды А.
На лицевой панели регулятора имеются:
· цифровой дисплей для показания значений регулируемой температуры;
· кнопка для входа в режим программирования;
· кнопки для увеличения или уменьшения заданного значения (уставки);
· светодиоды для сигнализации состояния прибора.