Kako radi i radi automatski regulator na primjeru komore inkubatora

Najjednostavniji i najčešći oblik automatske regulacije rada tehničkih uređaja je automatska regulacija, koja se naziva način održavanja konstantnim određenog parametra (primjerice brzina vrtnje osovine, temperatura medija, tlak pare) ili način osiguravanja njegovu promjenu prema određenom zakonu. Može se provoditi odgovarajućim djelovanjem čovjeka ili automatski, odnosno uz pomoć odgovarajućih tehničkih uređaja — automatskih regulatora.

Regulatori koji održavaju konstantnu vrijednost parametra nazivaju se vlastitim, a regulatori koji osiguravaju promjenu parametra prema određenoj zakonitosti nazivaju se softver.

Godine 1765. ruski mehaničar I. I. Polzunov izumio je automatski regulator za industrijske potrebe, koji je održavao približno stalnu razinu vode u parnim kotlovima. Godine 1784. engleski mehaničar J. Watt je izumio automatski regulator koji je održavao konstantnu brzinu vrtnje osovine parnog stroja.

Regulacijski proces

Razmotrite kako možete održavati konstantnu temperaturu u komori tzv termostat, čiji bi primjer bila inkubatorska komora.

Inkubator

Termostati imaju široku primjenu u raznim industrijskim sektorima, posebice u prehrambenoj industriji. Konačno, stambeni prostor se i zimi može smatrati termostatom ako održava stalnu temperaturu uz pomoć posebnih ventila koji se nalaze na radijatorima grijanja. Pokažimo kako se provodi neautomatska regulacija sobne temperature.

Pretpostavimo da je poželjno održavati temperaturu od 20 ° C. Prati se sobnim termometrom. Ako se podigne više, tada je ventil radijatora malo zatvoren. To usporava protok tople vode u potonjem. Njegova temperatura se smanjuje, a time i dotok energije u prostoriju, gdje također postaje niža temperatura zraka.

Kada je temperatura zraka u prostoriji niža od 20°C, otvara se ventil i time se povećava protok tople vode u radijatoru, zbog čega se temperatura u prostoriji povećava.

S takvom regulacijom uočavaju se male fluktuacije temperature zraka oko zadane vrijednosti (u razmatranom primjeru oko 20 ° C).

Mehanički termostat

Ovaj primjer pokazuje da je potrebno izvršiti određene radnje u procesu regulacije:

• izmjerite podesivi parametar;
• usporedite njegovu vrijednost s unaprijed postavljenom vrijednošću (u ovom slučaju utvrđuje se tzv. pogreška upravljanja - razlika između stvarne vrijednosti i unaprijed postavljene vrijednosti);
• utjecati na proces prema vrijednosti i predznaku pogreške upravljanja.

Kod neautomatske regulacije ove radnje izvodi ljudski operater.

Automatsko podešavanje

Regulacija se može izvesti bez ljudske intervencije, odnosno tehničkim sredstvima. U ovom slučaju govorimo o automatskoj regulaciji, koja se provodi pomoću automatskog regulatora. Otkrijmo od kojih se dijelova sastoji i kako ti dijelovi međusobno djeluju.

Mjerenje stvarne vrijednosti kontroliranog parametra provodi se mjernim uređajem koji se naziva senzor (u primjeru inkubatora — senzor temperature).

Rezultate mjerenja senzor daje u obliku nekog fizičkog signala (visina termometrijskog stupca tekućine, deformacija bimetalne ploče, vrijednost napona ili struje na izlazu senzora itd.).

Usporedba stvarne vrijednosti kontroliranog parametra sa zadanom vrši se posebnim komparatorom koji se naziva nulto tijelo. U tom slučaju utvrđuje se razlika između stvarne vrijednosti kontroliranog parametra i njegove specificirane (tj. tražene) vrijednosti. Ta se razlika naziva pogreškom upravljanja. Može biti i pozitivna i negativna.

Vrijednost upravljačke pogreške pretvara se u određeni fizički signal koji utječe na izvršnu osobu koja upravlja stanjem upravljanog objekta. Kao rezultat utjecaja izvršnog tijela na objekt, kontrolirani parametar se povećava ili smanjuje ovisno o predznaku pogreške podešavanja.

Dakle, glavni dijelovi automatskog regulatora su: mjerni element (senzor), referentni element (nulti element) i izvršni element.

Da bi nulti element mogao usporediti izmjerenu vrijednost regulirane veličine sa zadanom vrijednošću, potrebno je unijeti zadanu vrijednost parametra u automatski regulator. To se radi uz pomoć posebnog uređaja, tzv Master, koji pretvara automatsku prilagodbu zadane vrijednosti parametra u fizički signal na određenoj razini.

U ovom slučaju važno je da su fizički signali izlaza senzora i postavljena vrijednost iste prirode. Samo u ovom slučaju moguća je usporedba s nultim tijelom.

Također treba napomenuti da je snaga izlaznog signala koja odgovara pogrešci regulacije u pravilu nedovoljna za upravljanje radom izvršnog tijela. U tom smislu, navedeni signal je unaprijed pojačan. Dakle, automatski regulator, osim tri navedena glavna dijela (senzor, nulti element i aktuator), također uključuje podešavanje i pojačalo.

Tipična blok shema sustava automatskog upravljanja

Kao što se može vidjeti iz ovog dijagrama, sustav automatske kontrole je zatvoren. Od kontrolnog objekta informacije o vrijednosti kontroliranog parametra idu do senzora, a zatim do nultog tijela, nakon čega signal koji odgovara kontrolnoj pogrešci prolazi kroz pojačalo do izvršnog tijela, što ima potreban učinak na objekt upravljanja.

Kretanje signala od kontrolnog objekta do nultog tijela je povratna petlja. Povratna informacija je preduvjet za proces regulacije. Na tako zatvorenu petlju utječu i vanjski utjecaji.

Prvo (i to je najvažnije), objekt regulacije je izložen vanjskim utjecajima.Upravo ti utjecaji uzrokuju promjene u parametrima njegova stanja i nameću regulaciju.

Drugo, vanjski utjecaj na krug sustava automatskog upravljanja je unos u nulto tijelo kroz zadanu vrijednost potrebne vrijednosti kontroliranog parametra, koji se utvrđuje na temelju analize načina rada cijelog sustava, koji uključuje ovaj automatski uređaj. Ovu analizu izvodi čovjek ili kontrolno računalo.

Primjeri automatskih regulatora:

Uređaj i princip rada električnog termostata za glačalo

Primjena PID regulatora u sustavima automatizacije na primjeru TRM148 OWEN