Виды и логика работы двухпозиционных регуляторов и систем сигнализации

Статические характеристики двухпозиционных регуляторов

Так, двухпозиционные регуляторы по виду статической характеристики и логике работы управляющего устройства могут быть представлены в одном из следующих видов - см. рис. 5:

Рисунок 5 - Виды статических характеристик двухпозиционных регуляторов

• Вид статической характеристики, представленный на рис. 5-а: обычно применяется в различных процессах управления нагревом - нагревательных приборах, печах, термошкафах, теплообменниках и т.п. Данный тип регулятора называется обратным регулятором. При использовании в системах сигнализации данная логика работы выходного устройства носит название «меньше установленного значения» или - «меньше минимума».
• Вид статической характеристики, представленный на рис.5-б: обычно применяется в различных процессах управления охлаждением – в системах вентиляции, в холодильных установках и т.п. Данный тип регулятора называется прямым регулятором. При использовании в системах сигнализации данная логика работы выходного устройства носит название «больше установленного значения» или - «больше максимума».
• Виды статических характеристик, представленные на рис.5-в и 5-г: применяются для сигнализации выхода системы управления на рабочий режим. Эти регуляторы еще называют компараторами.
• Вид на рис.5-в используется для сигнализации вхождения параметра в норму. Данная логика работы выходных устройств имеет наименование «в зоне установленных значений» или - «в зоне минимум-максимум».
• Вид на рис.5-г используется для сигнализации выхода параметра за определенные пределы. Данная логика работы выходных устройств имеет наименование «вне зоны установленных значений» или - «вне зоны минимум-максимум».

Абсолютная (независимая) сигнализация

Абсолютная сигнализация используется в случаях, когда необходимо сигнализировать выход технологического параметра за определенные уставки (например, MIN или MAX), представленные в абсолютных величинах.

Например, в системе управления независимо функционируют два устройства: регулятор и система сигнализации. Если пользователь имеет возможность независимо устанавливать значения заданной точки регулятора и уставки сигнализации, то используемая система сигнализации называется абсолютной или независимой. Другими словами, если оператор произвел изменение заданной точки регулятора, то значения уставок сигнализации остались прежними.

Статические характеристики и логика работы выходного устройства системы абсолютной (независимой) сигнализации представлены на рис. 3(а-г). В литературе по автоматизации также встречаются другие наименования логики работы, представленной на рис.5в и рис5г – диапазонная сигнализация. Диапазонная сигнализация также является абсолютной (независимой) сигнализацией.

Девиационная сигнализация

Девиационная технологическая сигнализация используется в случаях, когда необходимо сигнализировать отклонение технологического параметра от значения заданной точки на значение уставок ALmin и ALmax. Например, в системе управления функционируют два устройства: регулятор и система сигнализации, но логика их работы имеет определенную зависимость. При изменении заданной точки регулятора будут изменяться абсолютные значения точек срабатывания сигнализации, а их относительные значения ALmin и ALmax при этом будут оставаться постоянными.

Зависимость логики работы девиационной сигнализации вне зоны установленных значений ALmin и ALmax представлена на рис. 6 и выражается в следующем.

Рисунок 6 - Логика работы девиационной сигнализации

В регуляторе установлена некоторая заданная точка SP1 и значения девиационной сигнализации ALmin и ALmax. При изменении технологического параметра PV ниже значения заданной точки SP1 на значение девиационной сигнализации ALmin включится сигнализация MIN. При изменении технологического параметра PV выше значения заданной точки SP1 на значение девиационной сигнализации ALmax включится сигнализация MAX, т.е., для значения SP1:

• Сигнализация MIN включена, если: PV < SP1 - ALmin.
• Сигнализация MAX включена, если: PV > SP1 + ALmax.

Отключение сигнализации происходит с учетом гистерезиса (на рис.6 не показан).

В произвольный момент времени оператор произвел изменение значение заданной точки с SP1 на SP2. Теперь, при изменении технологического параметра PV ниже значения заданной точки SP2 на то же значение девиационной сигнализации ALmin включится сигнализация MIN. При изменении технологического параметра PV выше значения заданной точки SP2 на тоже значение девиационной сигнализации ALmax включится сигнализация MAX, т.е. для значения SP2:

• Сигнализация MIN включена, если: PV < SP2 - ALmin.
• Сигнализация MAX включена, если: PV > SP2 + ALmax.

Отключение сигнализации происходит с учетом гистерезиса (на рис.6 не показан). Другими словами, если оператор произвел изменение заданной точки регулятора, то значения запрограммированных относительных уставок сигнализации ALmin и ALmax остались прежними, но реальные абсолютные значения уставок срабатывания сигнализации изменились – см.рис.6.

Статические характеристики и логика работы выходного устройства системы девиационной сигнализации представлены на рис. 5(а-г), но реальные абсолютные значения уставок срабатывания сигнализации зависят от значения установленной заданной точки регулятора.

Двухпозиционное управление и сигнализация с ожиданием события

Двухпозиционное регулирование и сигнализация с ожиданием события применяется в случаях, когда необходимо, например, отключить (включить) включенный (выключенный) управляющий выход для того, чтобы осуществить запуск другого оборудования. Функция ожидания некоторого события является функцией безусловного отключения (включения) управляющего выхода.

Условием ожидания события для этого может служить:

• изменение заданной точки регулятора,
• включение дискретного входа регулятора, т.е. факт состоявшегося события от другого контроллера (регулятора или другого оборудования) формируется дискретным сигналом,
• с запретом срабатывания при старте. Например, установлена логика работы выходного устройства меньше установленного значения с запретом срабатывания при старте (включении питания). Например, при включении оборудования измеряемая величина еще не вышла на режим и меньше установленного значения - это может повлечь включение выходного устройства. Но при данной логике работы выходное устройство не включится, т.к. измеряемая величина впервые вышла за установленные пределы. Выходное устройство включится тогда, когда измеряемая величина выйдет из этих пределов, и затем снова войдет в установленные пределы.

В современных микропроцессорных регуляторах выбор типа условия ожидания события и логика работы выходных устройств (представленные на рис. 5(а-г) являются программируемыми параметрами.

В качестве примера на рис.7 приведен процесс двухпозиционного управления с ожиданием события и с логикой работы в зоне установленных значений MIN и MAX.

Рисунок 7 - Процесс двухпозиционного управления с ожиданием события

Двухпозиционное импульсное управление

Двухпозиционный импульсный регулятор применяется для управления электродвигателями, насосами и другим оборудованием. Данный тип управления используется в схемах, где управляющим элементом является реле (контактор, пускатель) с самоблокировкой, т.е. с установкой на "самоподхват" – см. рис 8.

Если из схемы управления будет дана команда ПУСК определенной длительности, замкнутся контакты ПУСК, например на 1-2 секунды, включится реле К1, замкнутся контакты К1 и управляющее реле К1 останется включенным. Если из схемы управления будет дана команда СТОП определенной длительности, разомкнутся контакты СТОП, например 1-2 секунды, выключится управляющее реле К1, разомкнутся контакты К1 и схема вернется в прежнее состояние.

Рисунок 8 - Схема управления электродвигателем насоса

Параметрами настройки двухпозиционного импульсного регулятора являются:

• логика работы выходного устройства, которая представлена на рис5(а-г) в разделе 3.1.5.1, и может быть: меньше заданного значения, больше заданного значения, в зоне установленных значений, вне зоны установленных значений,
• длительность управляющего импульса (например, от 1 до 100 секунд).

В качестве примера на рис.9 приведен процесс двухпозиционного импульсного регулирования с логикой работы больше заданного значения (MAX) и длительностью управляющего импульса 2 секунды.

Рисунок 9 - Процесс двухпозиционного импульсного регулирования

Двухпозиционное итерационное регулирование с ограничением скорости

В некоторых моделях современных микропроцессорных регуляторов используется закон двухпозиционного итерационного регулирования.

Основные программируемые параметры итерационного регулятора следующие:

N – степень ограничения скорости изменения параметра, например N = 0…15,

TPV – период времени между отсчетами вычисления итераций, TPV = 0…15 сек, Принцип и описание работы двухпозиционной итерационной системы регулирования температуры в печи с помощью нагревателя, описывается следующим образом:

Если Е ? 0 – выключить нагреватель (используется обратный тип регулирования).

Если Е < 0 – включить нагреватель, где:

Е – отклонение регулирования, вычисляемое по формуле:

Е = (PVi – SP) + (PVi – PVi-1) * N

PVi, PVi-1 - отсчеты значения параметра (температуры) отстоящие на TPV секунд (например, 3 сек), SP – значение заданной точки (задания) регулятора, N - степень ограничения скорости изменения параметра, например N = 2. Чем больше это значение, тем больше ограничение скорости.

Если ограничение скорости отсутствует, т.е. N=0, то Е = PVi – SP. Ограничение скорости снижает значение перерегулирования вблизи заданной точки, отключая нагреватель с упреждением. Но это может замедлить время выхода на заданную точку при разогреве печи, или при ее регулируемом остывании.