Трехпозиционные регуляторы 

Трехпозиционные регуляторы

Назначение. Принцип работы

Трехпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием.

Трехпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами -дискретными исполнительными устройствами:

  • электромеханическими реле,
  • контакторами,
  • транзисторными ключами,
  • симисторными или тиристорными устройствами,
  • твердотельными реле и др.

Трехпозиционные регуляторы используются для систем управления уровнем различных веществ, для систем управления нагреванием-охлаждением различных тепловых процессов, холодильных установок, регулирования микроклимата подогревателем и вентилятором, для систем распределения и смешивания различных потоков веществ с помощью трехходовых клапанов, кранов, смесителей, реверсивных электродвигателей, сервоприводов и др.

Трехпозиционный регулятор включает при помощи переключательных элементов электродвигатель исполнительного механизма на правое вращение (например, открытие регулирующего органа), остановку или левое вращение (соответственно - закрытие регулирующего органа), три позиции (отсюда и название регулятора - трехпозиционный) - электродвигатель включен на правое вращение, полностью остановлен или включен на левое вращение.

Принцип работы трехпозиционного регулятора рассмотрим на емкости с водой, с постоянно работающим насосом подкачки - см. рис.1.

  • Для измерения уровня в емкости установлен датчик уровня. На линии подкачки после насоса установлен регулирующий клапан с электроприводом. При заданном уровне SP - «норма» - клапан находится в некотором промежуточном положении.
  • При уменьшении уровня ниже уставки SPL «нижний уровень» включится электродвигатель сигналом Б (больше), открывая клапан.
  • При восстановлении уровня электродвигатель клапана остановится (снятием сигнала Б) - уровень будет находиться в зоне SP «норма».
  • Если уровень повысится выше уставки SPh «верхний уровень», то клапан закроется, отключится электродвигатель сигналом М (меньше).

АР - трехпозиционный регулятор
ИМ - исполнительный механизм
LE - датчик уровня
SP - заданное значение
SPh - заданное значение верхнего уровня
SPl - заданное значение нижнего уровня
DB -зона нечувствительности регулятора
М - сигнал регулятора «меньше»
Б - сигнал регулятора «больше»

Рисунок 1- Схема управления регулятором уровня в емкости

Регулятор работает по принципу SPl «нижний уровень» - SP «норма» (средний уровень) - SPh «верхний уровень».

Величина ширины зоны нечувствительности (мертвой зоны) DB (зона «норма») - является программируемым параметром настройки трехпозиционного регулятора (см. рис.1).

Увеличение ширины зоны нечувствительности DB уменьшается точность регулирования и может привести к тому, что в процессе работы САР регулирующий орган будет без остановки перемещаться от одного крайнего положения к другому, т.е., не будет отличаться от двухпозиционного регулятора. К такому же результату приводит значительное увеличение скорости регулирующего органа.

Диапазон нечувствительности (мертвая зона) DB устанавливается с центром в заданной точке.

Варианы представления зоны нечувствительности (DB):

  • полное значение зоны нечувствительности (см. рис.1),
  • половинное значение зоны нечувствительности (см. рис.3.3).

Структурная схема трехпозиционной системы регулирования приведена на рис. 2.

Рисунок 2 - Структурная схема трехпозиционной системы регулирования

где: АР - трехпозиционный регулятор,
ОУ - обьект управления,
SP - узел формирования заданной точки (задания),
Е - рассогласование регулятора,
PV=X- регулируемая величина,
сигналы Б (больше) и М (меньше) - управляющие воздействия,
Z - возмущающее воздействие.

Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) и исполнительного механизма вблизи точки его включения (слишком частого включения), предусматривается гистерезис Н.