Lageregler und Zweipunktregelung
Bei Regelobjekten, die über keine Selbstnivellierung verfügen, kann eine eventuelle Störwirkung ohne die Hilfe einer automatischen Steuerung nicht lokalisiert werden und der Gleichgewichtszustand wird nicht erreicht.
Die Wirkungsweise des automatischen Reglers wird durch die Art des Zusammenhangs zwischen den Abweichungen des Regelparameters und der Regelwirkung des Regelorgans, die durch seine Bewegung entsteht, bestimmt. Diese Abhängigkeit wird als dynamische Charakteristik des Reglers oder Regelgesetz des Reglers bezeichnet... Je nach Art dieser Abhängigkeit werden Regler in Positions-, statische oder proportionale, astatische und isodrome Regler unterteilt.
Der Regler in einem Stellungsregler kann zwei oder mehr feste Positionen haben, die jeweils bestimmten Werten des geregelten Parameters entsprechen.
Abhängig von der Anzahl der Positionen gibt es Regler mit zwei Positionen, drei Positionen und mehreren Positionen.
In der Praxis finden Zweistellungsregler die größte Anwendung. Sie sollten genauer besprochen werden.
Wenn bei einem Zweistellungsregler der geregelte Parameter vom eingestellten Wert abweicht (um einen Betrag, der größer als die Unempfindlichkeit des Reglers ist), nimmt das Regulierungsorgan eine der Extrempositionen ein, die dem maximal oder minimal möglichen Durchfluss der regulierenden Substanz entspricht . Im Einzelfall kann der Mindestwert ein Zufluss von Null sein.
Die Bewegung des Regelkörpers von einer Endposition zur anderen erfolgt bei der Ein-Aus-Regelung üblicherweise mit hoher Geschwindigkeit – theoretisch augenblicklich in einem Zeitmoment gleich Null.
Für einen bestimmten Wert des gesteuerten Parameters wird keine Gleichheit zwischen Zufluss und Abfluss beobachtet. Dies kann nur bei maximaler oder minimaler Belastung passieren. Daher befindet sich das System bei der Zweipunktregelung normalerweise in einem Nichtgleichgewichtszustand. Dadurch schwingt der Regelparameter kontinuierlich in beide Richtungen vom eingestellten Wert aus.
Die Amplitude dieser Schwingungen ohne Verzögerungen führt, wie man leicht annehmen kann, zu einer gewissen Unempfindlichkeit des Reglers... Der Bereich möglicher Schwingungen des geregelten Parameters hängt von der Totzone des Reglers ab und wird unter der Annahme bestimmt, dass dort ist keine Verzögerung.
Die Totzone des Reglers ist der Änderungsbereich des Regelparameters, der erforderlich ist, um eine Bewegung des Reglers in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung einzuleiten. Wenn beispielsweise der Raumtemperaturregler auf die Aufrechterhaltung von 20 °C eingestellt ist, beginnt er, den Regler zu schließen, wenn der Heizung Warmwasser zugeführt wird, wenn die Innenlufttemperatur auf 21 °C ansteigt, und öffnet ihn bei einer Temperatur von 19 °C , dann beträgt die Totzone dieses Reglers 2°.
Die Genauigkeit der Einhaltung der eingestellten Parameter bei Ein-Aus ist relativ hoch.
Wenn die Regelgenauigkeit hoch genug ist, können On-Off-Regler offenbar in allen Anlagen eingesetzt werden. Die Anwendbarkeit der Zwei-Wege-Regelung wird in den meisten Fällen nicht von der erreichten Regelgenauigkeit, sondern von der zulässigen Schalthäufigkeit bestimmt. Es ist zu beachten, dass häufiges Schalten zu einem schnellen Verschleiß von Teilen (sehr oft Kontakten) des Reglers und damit zu einer Verschlechterung der Betriebszuverlässigkeit führt.
Das Vorhandensein einer Verzögerung verschlechtert den Regelungsprozess, da es die Amplitude der Parameterschwankungen erhöht, andererseits verringert die Verzögerung jedoch die Schaltfrequenz und erweitert somit den Umfang der Ein-Aus-Regelung.
Ein schematisches Diagramm eines elektrischen Zweipunkt-Temperaturreglers in einem Trockenofen ist in Abb. dargestellt. 1.
Reis. 1. Schematische Darstellung eines elektrischen Zweipunktthermostats in einem Trockenschrank: 1 – Bimetallsensor; 2 – elektrisches Heizelement
Dieser Regler besteht aus einem Sensor 1 und einem elektrischen Heizelement 2. Der Sensor besteht aus zwei Bimetall-Kontaktplatten, die unter Temperatureinfluss bei Annäherung einen Stromkreis schließen oder im Gegenteil öffnen können.
Üblicherweise wird im Trockenschrank eine Temperatur von 105 °C aufrechterhalten. Bei Erreichen der eingestellten Temperatur müssen dann die Kontakte geschlossen und ein Teil des Heizelements manipuliert werden.Der erforderliche Wert von Qpr nach dem Manövrieren des Ofens kann so gewählt werden, dass er die Wärmeverluste des Trockenofens Qst vollständig ausgleicht.
Es kann aber auch so eingestellt werden, dass bei Erreichen der eingestellten Temperatur die Heizung komplett abschaltet. Bei der ersten Variante ist es möglich, Qpr = Qst zu erreichen, dann schaltet der Regler nicht.
In Abb. Fig. 2 zeigt die Charakteristik des Zweipunktregelverfahrens. Diese Abbildung zeigt die zeitlichen Änderungen des gesteuerten Parameters nach einer einzelnen abrupten Änderung der Objektlast Qpr oder Qst. Auch die Bewegung des Regulierungsorgans über die Zeit wird hier dargestellt.
Reis. 2. Eigenschaften des Zweipunktregelverfahrens
Es ist zu beachten, dass bei einer Zweipunktregelung eine Laständerung eine Änderung des Mittelwertes der Regelgröße, d.h. durch gewisse Unregelmäßigkeiten gekennzeichnet. Die Abweichung vom Mittelwert des geregelten Parameters kann mit der Formel berechnet werden
ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qpr/2 — Qct),
wobei ΔPcm die maximale Verschiebung des gesteuerten Parameters vom durchschnittlichen Einstellwert ist; ΔTzap – Übertragungsverzögerungszeit; W ist der Kapazitätsfaktor des Objekts.
Im Normalfall ist Qpr = Qct und ΔTzap – der Wert ist unbedeutend. Daher kann die Verschiebung nicht sehr groß sein und die Totzone des Reglers nicht überschreiten.
Einsatzgebiete von Ein- und Ausschaltreglern
Ein Zweipunktregler kann für den Fall verwendet werden, dass der Grad der Selbstnivellierung des geregelten Objekts nahe bei Eins liegt und die Empfindlichkeit des Objekts gegenüber Störungen 0,0005 1/s nicht überschreitet, sofern keine anderen Gründe vorliegen, die Sie dazu zwingen diesen Controller aufzugeben. Zu diesen Gründen gehören:
1. Häufiges, weniger als 4–5 Minuten dauerndes Ein- und Ausschalten des Reglers, was normalerweise an Standorten mit geringen Kapazitätsfaktoren und häufigen Änderungen der Standortlast erfolgt.
Es ist zu berücksichtigen, dass die zulässige Schalthäufigkeit durch die technische Ausgereiftheit der Regler auf dieser Ebene bestimmt wird. Diese Zahlen werden durch die Praxis des automatischen Kontrollsystems ermittelt. Vielleicht können sie in Zukunft verfeinert werden, hauptsächlich nach unten. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass es möglich ist, die zulässige Schalthäufigkeit zu bestimmen, indem man die erforderliche Lebensdauer des Reglers festlegt und dabei die minimale standardisierte Anzahl von Schaltspielen (Zyklen) eines der Regelelemente kennt.
2. Unzulässigkeit der Unterbrechung der Zufuhr des Wärmeträgers, beispielsweise zu den Lufterhitzern des Zuluftgeräts oder zu den Lufterhitzern der ersten Heizung des Klimageräts. Es ist zu bedenken, dass es bei laufendem Ventilator, der mit hoher Geschwindigkeit kalte Luft ansaugt, sehr schnell gefrieren kann, wenn im Winter die Kühlmittelzufuhr zu den Heizgeräten ganz oder teilweise unterbrochen wird.
3.Unzulässigkeit großer Abweichungen ungeregelter Umweltparameter. Hiermit ist gemeint, dass in einer Reihe von Fällen einer der Luftparameter reguliert ist, während der andere nicht reguliert ist, jedoch innerhalb bestimmter Grenzen liegen muss.
Beispielsweise kann man die Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperatur in den Werkstätten der Textilindustrie nennen. Hier besteht die Aufgabe darin, eine solche Temperatur zu regulieren, bei der die Bedingungen zur Aufrechterhaltung der relativen Luftfeuchtigkeit innerhalb bestimmter Grenzen eingehalten werden. Wird die Temperatur jedoch innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten, überschreiten die Schwankungen der relativen Luftfeuchtigkeit den zulässigen Bereich.
Der letzte Umstand kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die Kapazitätskoeffizienten des kontrollierten Objekts in Bezug auf die Temperatur relativ höher sind als dieselben Koeffizienten in Bezug auf die relative Luftfeuchtigkeit. In der Praxis ist es in solchen Werkstätten sehr häufig erforderlich, auf die Ein-Aus-Temperaturregelung zu verzichten.
4. Unzulässigkeit einer starken und erheblichen Abweichung der Parameter der Kontrollumgebung gemäß den Anforderungen an Schwankungen der kontrollierten Parameter.
Beispielsweise kann die Temperatur der Zuluft während der Ein-/Aus-Einstellung der Heizleistung des Zuluftkammer-Lufterhitzers so große Abweichungen aufweisen, dass am Arbeitsplatz ein unangenehmes Blasgefühl entsteht. Im Allgemeinen werden Schwankungen der Innentemperatur die festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten.
Dieser Umstand kann auch durch unterschiedliche Werte der Leistungskoeffizienten des Lufterhitzers als Gegenstand der Regelung der Zulufttemperatur und des Produktionsraums als Gegenstand der Regelung der Innentemperatur erklärt werden.
Wenn das Objekt also über eine geeignete Funktion verfügt und kein Grund besteht, auf den Ein-Aus-Regler zu verzichten, sollten Sie immer versuchen, Letzteren zu installieren. Dieser Reglertyp erweist sich als der einfachste und kostengünstigste, der zuverlässigste im Betrieb und erfordert keine qualifizierte Wartung. Darüber hinaus gewährleisten solche Regulatoren eine stabile Regulierungsqualität.
Eine wichtige Tatsache ist, dass die Betätigung eines Zweipunktreglers sehr oft einen minimalen Energieverbrauch erfordert, da er nur in den Momenten des Schließens oder Öffnens verwendet wird.
Sehr häufig werden Zweipunktregler eingesetzt zur automatischen Temperaturregelung in Elektroöfen.