Controladores de posição e controle de duas posições

Em objetos de controle que não possuem autonivelamento, qualquer efeito de perturbação não pode ser localizado sem a ajuda de um controlador automático e o estado de equilíbrio não será alcançado.

O funcionamento do regulador automático é determinado pelo tipo de relação entre os desvios do parâmetro controlado e o efeito regulador do corpo regulador, que ocorre como resultado do seu movimento. Essa dependência é chamada de característica dinâmica do controlador ou lei regulatória do controlador... De acordo com o tipo dessa dependência, os reguladores são divididos em posicionais, estáticos ou proporcionais, astáticos e isodrômicos.

O regulador em um posicionador pode ter duas ou mais posições fixas, cada uma correspondendo a determinados valores do parâmetro controlado.

De acordo com o número de posições, os reguladores podem ser de duas posições, três posições e multiposições.

Na prática, a maior aplicação é encontrada reguladores de duas posições... Eles devem ser discutidos com mais detalhes.

Em um regulador de duas posições, quando o parâmetro controlado desvia do valor definido (em um valor maior que a insensibilidade do regulador), o regulador ocupa uma das posições extremas correspondentes ao fluxo máximo ou mínimo possível da substância reguladora . Em um caso particular, o valor mínimo pode ser afluência zero.

O movimento do corpo regulador de uma posição final para outra com regulação on-off é geralmente realizado em alta velocidade - teoricamente instantâneo em um instante de tempo igual a zero.

A igualdade entre entrada e saída não é observada para um determinado valor do parâmetro controlado. Isso só pode acontecer em cargas máximas ou mínimas. Portanto, no controle de duas posições, o sistema geralmente está em um estado de não equilíbrio. Como resultado, o parâmetro controlado oscila continuamente em ambas as direções a partir do valor definido.

A amplitude destas oscilações na ausência de atrasos, como é fácil supor, será uma certa insensibilidade do regulador... A zona de possíveis oscilações do parâmetro controlado depende da zona morta do regulador e é determinada assumindo que existe é sem demora.

A zona morta do controlador é a faixa de alteração do parâmetro controlado necessária para iniciar o movimento do controlador nas direções direta e reversa. Assim, por exemplo, se o regulador de temperatura ambiente, definido para manter 20 ° C, começa a fechar o regulador ao fornecer água quente ao aquecedor, quando a temperatura interna do ar sobe para 21 ° e o abre a uma temperatura de 19 ° , então a zona morta deste regulador é igual a 2 °.

A precisão de manter os parâmetros definidos com on-off é relativamente alta.

Se a precisão do controle for alta o suficiente, parece que os controladores on-off podem ser usados ​​em todas as instalações. A aplicabilidade do controle on-off é, na maioria dos casos, determinada não pela precisão de controle alcançada, mas pela frequência de comutação permitida. Deve-se ter em mente que a comutação frequente leva ao desgaste rápido das peças (muitas vezes contatos) do regulador e, portanto, a uma diminuição na confiabilidade de sua operação.

A presença de um atraso piora o processo de regulação, pois aumenta a amplitude das flutuações dos parâmetros, mas, por outro lado, o atraso reduz a frequência de comutação e, portanto, amplia o escopo da regulação on-off.

Um diagrama esquemático de um controlador elétrico de temperatura de duas posições em um forno de secagem é mostrado na fig. 1.

Arroz. 1. Diagrama esquemático de um termostato elétrico de duas posições em uma cabine de secagem: 1 — sensor bimetálico; 2 - elemento elétrico de aquecimento

Este regulador consiste em um sensor 1 e um elemento de aquecimento elétrico 2. O sensor consiste em dois placas de contato bimetálicas, que sob a influência da temperatura podem, aproximando-se, fechar ou, ao contrário, abrir um circuito elétrico.

Normalmente, na cabine de secagem é mantida uma temperatura de 105 ° C. Então, quando a temperatura definida é atingida, os contatos devem ser fechados e parte do elemento de aquecimento é manipulada.O valor requerido de Qpr após manobrar o aquecedor pode ser escolhido de forma que compense totalmente as perdas de calor do forno de secagem Qst.

Mas também pode ser ajustado de forma que, ao atingir a temperatura definida, o aquecedor desligue completamente. Na primeira variante, é possível conseguir que Qpr = Qst, então o regulador não mudará.

Na fig. 2 mostra a característica do processo de controle de duas posições. Esta figura mostra as mudanças no parâmetro controlado ao longo do tempo após uma única mudança abrupta na carga do objeto Qpr ou Qst. O movimento do corpo regulador ao longo do tempo também é mostrado aqui.

Arroz. 2. Características do processo de controle de duas posições

Deve-se observar que na regulagem de duas posições, uma alteração na carga causa uma alteração no valor médio do valor controlado, ou seja, caracterizada por algumas irregularidades. O desvio do valor médio do parâmetro controlado pode ser calculado pela fórmula

ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qpr/2 — Qct),

onde ΔPcm — deslocamento máximo do parâmetro controlado do valor médio definido; ΔTzap — tempo de atraso de transferência; W é o fator de capacidade do objeto.

Em casos normais, Qpr = Qct e ΔTzap — o valor é insignificante. Portanto, o deslocamento não pode ser muito significativo e não ultrapassa a zona morta do regulador.

Áreas de aplicação de controladores on e off

Um controlador de duas posições pode ser usado caso o grau de autonivelamento do objeto controlado seja próximo da unidade e a sensibilidade do objeto a distúrbios não exceda 0,0005 1 / s, se não houver outros motivos que o forcem abandonar este controlador. Esses motivos incluem:

1. Frequente, menos de 4 — 5 minutos, ligando e desligando o regulador, o que geralmente é feito em locais com fatores de capacidade baixos e com mudanças frequentes na carga do local.

Deve-se ter em mente que a frequência de comutação permitida é determinada pela sofisticação técnica dos reguladores desse nível. Esses números são estabelecidos pela prática do sistema de controle automático. Talvez no futuro eles possam ser refinados, principalmente para baixo. Além disso, deve-se ter em mente que é possível determinar a frequência de comutação permitida definindo a vida útil necessária do regulador, conhecendo o número mínimo padronizado de operações (ciclos) de um dos elementos reguladores.

2. Inadmissibilidade de interromper o fornecimento do transportador de calor, por exemplo, aos aquecedores de ar da unidade de ventilação de insuflação ou aos aquecedores de ar do primeiro aquecimento da unidade de ar condicionado. Deve-se ter em mente que se durante o inverno o fornecimento de refrigerante para os aquecedores for total ou mesmo parcialmente interrompido, quando o ventilador estiver funcionando, que suga o ar frio em alta velocidade, ele pode congelar muito rapidamente.

3.Inadmissibilidade de grandes desvios de parâmetros ambientais não regulamentados Aqui se entende que em alguns casos um dos parâmetros do ar é regulado, enquanto o outro não é regulado, mas deve estar dentro de certos limites.

Por exemplo, você pode chamar de manutenção de uma certa temperatura nas lojas da indústria têxtil. Aqui a tarefa é regular uma temperatura na qual as condições para manter a umidade relativa dentro de certos limites sejam mantidas. No entanto, se a temperatura for mantida dentro dos limites especificados, as flutuações na umidade relativa excedem a zona permitida.

A última circunstância pode ser explicada pelo fato de que os coeficientes de capacidade do objeto controlado em relação à temperatura são relativamente maiores que os mesmos coeficientes em relação à umidade relativa. Muitas vezes, na prática, é necessário abandonar o controle de temperatura on-off em tais oficinas.

4. Inadmissibilidade de desvio acentuado e significativo dos parâmetros do ambiente de controle em conformidade com os requisitos de flutuações nos parâmetros controlados.

Por exemplo, a temperatura do ar de alimentação durante o ajuste on-off da capacidade de aquecimento do aquecedor de ar da câmara de alimentação pode ter desvios tão significativos que causam sensações desagradáveis ​​de sopro no local de trabalho. Em geral, as flutuações na temperatura interna não excederão os limites estabelecidos.

Esta circunstância também pode ser explicada por diferentes valores dos coeficientes de capacidade do aquecedor de ar como objeto de controle da temperatura do ar insuflado e da sala de produção como objeto de controle da temperatura interna.

Assim, se houver uma característica adequada do objeto e não houver razão para abandonar o controlador on-off, deve-se sempre procurar instalar este último. Esse tipo de regulador acaba sendo o mais simples e barato, o mais confiável na operação e não requer manutenção qualificada. Além disso, tais reguladores garantem uma qualidade regulatória estável.

Um fato importante é que o acionamento de um regulador de duas posições muitas vezes requer um consumo mínimo de energia, pois é utilizado apenas nos momentos de fechamento ou abertura.

Os controladores de duas posições são muito usados para controle automático de temperatura em fornos elétricos.