Two-position action controllers

Регулирование температуры с помощью

двухпозиционных регуляторов

В отличие от предыдущих трёх схем здесь применяем терморегуляторы двухпозиционного типа. Они работают просто: если температура меньше заданной, в розетке терморегулятора появляется напряжение. Если больше заданной, напряжения нет.

В данных системах двухпозиционный регулятор моделируем совокупностью трёх элементов: “Constant”, “Sum”, “Relay”.

Рисунок 7 – Диалоговое окно настройки блока реле, которое в ответ на любой положительный входной сигнал отвечает выходным сигналом, равным единице. Если входной сигнал меньше нуля, выходной сигнал равен нулю.

SYSTEM №4 Система №4

Рисунок 8– Модель САР с одним двухпозиционным терморегулятором и графики температур.

На графике 8 видно, что и двухпозиционным системам присущи те же недостатки, которые имеют непрерывные системы регулирования с пропорциональными регуляторами. Из-за медленного нагрева продукта нагреватель перегревается. Её мы рассматриваем как предварительную для описания более сложной схемы №5.

SYSTEM №5 Система №5

Рисунок 9 – Модель САР с двумя двухпозиционными терморегуляторами и графики температур.

Блок Relay1 выполняет функцию первого двухпозиционного терморегулятора, датчик которого подключен к продукту, а его розетка питает второй терморегулятор. Этот блок выдаёт сигнал, равный единице, если температура продукта меньше заданной (продукт «холодный»). Если температура продукта больше заданной (продукт «горячий»), блок выдаёт сигнал, равный нулю. Настройка этого блока аналогично предыдущей системе. В реальности терморегулятор 1 либо подаёт напряжение 220 В на свою розетку (это «1»), либо не подаёт напряжение (это «0»). У второго терморегулятора датчик устанавливается на поверхности плитки, а напряжение на его розетке появляет ся, когда температура плитки упадёт ниже заданной (в примере это 100⁰). Исчезает напряжение, когда температура плитки превысит заданную (в примере это 400⁰). На модели эти сигналы соответствуют аналогично предыдущему «1» и «0».

Рисунок 10 – Пример настройки блока Relay2.

Модель содержит блок логики «И» (блок Logical Operator AND). Он моделирует свойство системы нагревать плитку при наличии одновременно двух условий: когда продукт "холодный" и когда плитка "холодная".

В целом система автоматики работает таким образом: при пуске все звенья "холодные". На устройство сравнения поступают положительный сигнал заданной температуры продукта 80⁰ и отрицательный сигнал фактической температуры продукта 0⁰. Из устройства сравнения сигнал, равный 80 – 0 = 80, поступает на блок Relay1. Блок Relay1 настроен так, что любой положительный входной сигнал заставляет его выдавать выходной сигнал, равный «1».

При пуске плитка также "холодная". Сигнал с плитки (от датчика второго терморегулятора) равный 0⁰ поступает на блок Relay2. Блок Relay2 настроен так, что при температуре плитки, меньшей 400⁰, блок выдаёт выходной сигнал «1». При температуре, большей 100⁰, он выдаёт «0». Вот почему при пуске, когда выполняются оба условия (продукт и плитка "холодные"), на оба входа логического блока Logical Operator AND поступают по «1» и поэтому на выходе тоже появляется «1».

Логический блок Logical Operator AND работает так, что только при поступлении на оба входа по «1», он выдаёт выходной сигнал, равный «1». Плитка разогревается. Она разогревается до температуры 400⁰, после чего на выходе блока Relay2 «1» сменяется на «0», Logical Operator AND получая «1» по одному каналу и «0» по второму, выдаёт на выход «0». Плитка отключается и начинает остывать. При снижении температуры до 100⁰ блок Relay2 снова выдаёт «1». Если продукт ещё "холодный", с блока Relay1 продолжает поступать «1». Тогда на оба входа блока Logical Operator AND снова поступают «1». На выходе у него снова «1» и плитка снова включается. Пока продукт "холодный", температура плитки будет колебаться между заданными пределами 100⁰ - 400⁰. Иначе плитка отключается совсем.

Графики переходных процессов на рисунке 9 показывают частое включение и отключение в заданных пределах (100⁰-400⁰) быстро работающего нагревателя, медленный разогрев воздуха до равновесной температуры (около 240⁰), и совсем медленный разогрев продукта до 80⁰. При достижении продуктом заданных 80⁰ сначала отключается плитка и вслед за её остыванием начинает остывать и воздух. Температура продукта недолго повышается, пока воздух в процессе охлаждения ещё остаётся горячее 80⁰, а затем тоже начинает охлаждаться.

Итак построена система, позволяющая регулировать температуру продукта с одновременным ограничением температуры плитки в заданных пределах.