Регуляторы температуры. Вводная часть

Законы регулирования

Регуляторы температуры имеют различные типы (законы) регулирования:

Позиционное регулирование (позиционный закон)

- при этом выходная величина может изменять свое значение дискретно за определенное время в зависимости от величины отклонения. Дискрет (шаг) определяется числом позиций в диапазоне регулирования. Число позиций определяет процесс регулирования: двухпозиционный, трехпозиционный, многопозиционный.

Самое простое - 2-х позиционное, - регулирование обеспечивает либо максимальное значение выходной величины (нагреватель включен), либо минимальное, нулевое значение (нагреватель выключен).

2-х позиционный закон может быть реализован потребителем, если регулятор имеет 1 канал регулирования для одного канала измерения. В этом случае один набор уставок управляет одним выходным устройством.

3-х позиционный закон может быть реализован потребителем, если регулятор имеет 2 канала регулирования для одного канала измерения. В этом случае необходимо задать два набора уставок для двух выходных устройств. Рассмотрим, для примера, случай для логики срабатывания выходных устройств - тип 1, прямой гистерезис ("нагрев") - см. описание ниже. При температуре ниже обеих уставок будут включены два выходных устройства. При температуре между двумя уставками одно выходное устройство будет включено, другое - выключено. При температуре выше обеих уставок оба выходных устройства будут выключены. Таким образом, данная схема подразумевает 3 позиции выходных устройств - оба включены, оба выключены, и одно включено, другое выключено.

Например, можно использовать 3-х позиционное регулирование для ускорения процесса нагрева. Одно выходное устройство управляет работой мощного нагревателя, другое - менее мощного. С мощным нагревателем трудно поддерживать заданную температуру, с маломощным нагревателем очень долго осуществляется первоначальный "грубый" разогрев. Подбором уставок можно добиться, чтобы на начальном этапе нагрева ("грубом") работали оба нагревателя, при этом нагрев осуществляется быстро. При подходе к зоне заданной температуры (переход за уставку мощного нагревателя) мощный нагреватель отключается и нагрев осуществляется маломощным нагревателем.

Аналогичным образом можно построить схему 4-х позиционного регулирования с использованием 3 каналов регулирования на 1 канал измерения и т.д.

Пропорциональное регулирование (П-закон)

- при этом выходная величина пропорциональна входной. Они связаны коэффициентом пропорциональности. При импульсном регулировании линейно изменяется среднее значение выходной величины за определенное время в зависимости от входной.

Пропорционально-дифференциальное регулирование (ПД-закон)

- при этом изменение среднего значения выходной величины за определенное время происходит с учетом величины отклонения и скорости изменения отклонения в соответствии с заданными коэффициентами.

Пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-закон)

- при этом изменение среднего значения выходной величины за определенное время происходит с учетом величины отклонения и изменения интегральной составляющей, зависимой от величины отклонения и постоянной времени интегрирования (накопленного за некоторое время значения).

Пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование (ПИД-закон)

- при этом выходная величина содержит три составляющие регулирования: пропорциональную, интегральную и дифференциальную. ПИД-регулирование является более универсальным по сравнению с типами, перечисленными выше. Устанавливая соответствующие значения коэффициентов ПИД-регулирования, можно получить П-, ПД- или ПИ-регулирование. Ограничения на такой переход накладываются конкретным регулятором.

Наборы уставок

Обычно каждому выходному устройству соответствует отдельный набор уставок - верхняя и нижняя уставки.

В зависимости от конкретного прибора они задаются в виде верхней и нижней уставок или в виде уставки и величины гистерезиса. Если уставки нормируются в виде уставки и величины гистерезиса, то значение верхней уставки определяется суммированием значений уставки и гистерезиса, значение нижней уставки - вычитанием значения гистерезиса от значения уставки.

Подробнее об использовании верхней и нижней уставок при регулировании см. "Тип логики срабатывания выходных устройств" ниже.

Тип логики срабатывания выходных устройств

Помимо законов регулирования регуляторы имеют различный тип логики срабатывания выходных устройств (см. рисунок и таблицу).