स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणाली

विनियमन सिद्धांत के अनुसार, सभी स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों को चार वर्गों में बांटा गया है।

1. स्वचालित स्थिरीकरण प्रणाली - एक प्रणाली जिसमें नियामक नियंत्रित पैरामीटर के निरंतर सेट मान को बनाए रखता है।

2. क्रमादेशित नियंत्रण प्रणाली - एक प्रणाली जो एक पूर्व निर्धारित कानून (समय में) के अनुसार नियंत्रित पैरामीटर में परिवर्तन प्रदान करती है।

3. ट्रैकिंग प्रणाली — एक प्रणाली जो किसी अन्य मूल्य के आधार पर नियंत्रित पैरामीटर में परिवर्तन प्रदान करती है।

4. चरम विनियमन प्रणाली - एक प्रणाली जिसमें नियामक नियंत्रित चर के मूल्य को बनाए रखता है जो बदलती परिस्थितियों के लिए इष्टतम है।

विद्युत ताप प्रतिष्ठानों के तापमान शासन को विनियमित करने के लिए, पहले दो वर्गों के सिस्टम मुख्य रूप से उपयोग किए जाते हैं।

स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणालियों को उनके प्रकार के संचालन से दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: आवधिक और निरंतर विनियमन।

स्वचालित नियामक स्वचालित नियंत्रण प्रणाली (एसीएस) उनकी कार्यात्मक विशेषताओं के अनुसार, उन्हें पाँच प्रकारों में विभाजित किया गया है: स्थितीय (रिले), आनुपातिक (स्थैतिक), अभिन्न (स्थिर), आइसोड्रोमिक (आनुपातिक-अभिन्न), अग्रिम के साथ आइसोड्रोमिक और पहले व्युत्पन्न के साथ।

पोजिशनर्स आवधिक एसीएस से संबंधित हैं, और अन्य प्रकार के नियामकों को निरंतर एसीएस कहा जाता है। नीचे हम स्थितीय, आनुपातिक, अभिन्न और आइसोड्रोमिक नियंत्रकों की मुख्य विशेषताओं पर विचार करते हैं, जो कि स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणालियों में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं।

स्वचालित तापमान नियंत्रण (चित्र। 1) के एक कार्यात्मक आरेख में एक नियंत्रण वस्तु 1, एक तापमान संवेदक 2, एक प्रोग्राम डिवाइस या तापमान नियामक 4, एक नियामक 5 और एक एक्चुएटर 8 होता है। कई मामलों में, एक प्राथमिक एम्पलीफायर 3 रखा जाता है। सेंसर और प्रोग्राम डिवाइस के बीच, और रेगुलेटर और ड्राइव मैकेनिज्म के बीच - एक सेकेंडरी एम्पलीफायर 6. एक अतिरिक्त सेंसर 7 का उपयोग आइसोड्रोमिक कंट्रोल सिस्टम में किया जाता है।

चावल। 1. स्वचालित तापमान विनियमन की कार्यात्मक योजना

थर्मोक्यूल्स, थर्मोक्यूल्स (थर्मिस्टर्स) और प्रतिरोध थर्मामीटर... सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला थर्मोकपल। उनके बारे में अधिक जानकारी के लिए यहां देखें: थर्मोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स (थर्मोकपल्स)

स्थितीय (रिले) तापमान नियामक

पोजिशनल ऐसे नियामकों को संदर्भित करता है जहां नियामक दो या तीन विशिष्ट पदों पर कब्जा कर सकता है। विद्युत ताप प्रतिष्ठानों में दो- और तीन-स्थिति नियामकों का उपयोग किया जाता है। वे संचालित करने के लिए सरल और विश्वसनीय हैं।

अंजीर में। 2 हवा के तापमान को चालू और बंद करने के लिए एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है।

चावल। 2.चालू और बंद होने पर हवा के तापमान विनियमन का योजनाबद्ध आरेख: 1 - नियंत्रण वस्तु, 2 - मापने वाला पुल, 3 - ध्रुवीकृत रिले, 4 - विद्युत मोटर की उत्तेजना वाइंडिंग, 5 - मोटर आर्मेचर, 6 - गियरबॉक्स, 7 - हीटर।

विनियमन की वस्तु में तापमान को नियंत्रित करने के लिए, प्रतिरोध आरटी का उपयोग किया जाता है, जो मापने वाले पुल 2 की भुजाओं में से एक से जुड़ा होता है। पुल के प्रतिरोधों के मूल्यों को इस तरह से चुना जाता है कि पर दिए गए तापमान पर ब्रिज संतुलित होता है, यानी ब्रिज के विकर्ण में वोल्टेज शून्य के बराबर होता है। जब तापमान बढ़ता है, तो मापने वाले पुल के विकर्ण में शामिल ध्रुवीकृत रिले 3, डीसी मोटर की वाइंडिंग 4 में से एक को चालू करता है, जो रेड्यूसर 6 की मदद से हीटर के सामने वायु वाल्व को बंद कर देता है। 7. तापमान गिरने पर एयर वॉल्व पूरी तरह से खुल जाता है।

दो-स्थिति तापमान विनियमन के साथ, आपूर्ति की गई गर्मी की मात्रा को केवल दो स्तरों पर सेट किया जा सकता है - अधिकतम और न्यूनतम। सेट नियंत्रित तापमान को बनाए रखने के लिए गर्मी की अधिकतम मात्रा आवश्यकता से अधिक होनी चाहिए, और न्यूनतम कम होनी चाहिए। इस मामले में, हवा का तापमान निर्धारित मूल्य के आसपास उतार-चढ़ाव करता है, अर्थात तथाकथित सेल्फ-ऑसिलेटिंग मोड (चित्र 3, ए)।

तापमान रेखाएँ τn और τв मृत क्षेत्र की निचली और ऊपरी सीमा को परिभाषित करती हैं। जब नियंत्रित वस्तु का तापमान घटता है, τ मान तक पहुँचता है तो आपूर्ति की गई गर्मी की मात्रा तुरंत बढ़ जाती है और वस्तु का तापमान बढ़ना शुरू हो जाता है। अर्थ τв तक पहुंचने पर, नियामक गर्मी की आपूर्ति कम कर देता है और तापमान कम हो जाता है।

चावल। 3.ऑन-ऑफ रेगुलेशन (ए) की समय विशेषता और ऑन-ऑफ रेगुलेटर (बी) के लिए स्थिर विशेषता।

तापमान बढ़ने और गिरने की गति नियंत्रित वस्तु के गुणों और उसके समय की विशेषता (त्वरण वक्र) पर निर्भर करती है। तापमान में उतार-चढ़ाव मृत क्षेत्र से अधिक नहीं होता है अगर गर्मी की आपूर्ति में परिवर्तन तुरंत तापमान परिवर्तन का कारण बनता है, यानी नियंत्रित वस्तु का कोई अंतराल नहीं होता है।

जैसे ही मृत क्षेत्र घटता है, तापमान में उतार-चढ़ाव का आयाम τn = τv पर शून्य हो जाता है। हालांकि, इसके लिए गर्मी की आपूर्ति को असीमित उच्च आवृत्ति पर भिन्न करने की आवश्यकता होती है, जो अभ्यास में लागू करना बेहद मुश्किल है। सभी वास्तविक नियंत्रण वस्तुओं में विलंब होता है। उनमें नियमन प्रक्रिया निम्नानुसार आगे बढ़ती है।

जब नियंत्रण वस्तु का तापमान τ मान तक गिर जाता है, तो बिजली की आपूर्ति तुरंत बदल जाती है, लेकिन देरी के कारण तापमान कुछ समय के लिए घटता रहता है। फिर यह मूल्य τв तक बढ़ जाता है, जिस पर गर्मी का इनपुट तुरंत घट जाता है। कुछ समय के लिए तापमान में वृद्धि जारी रहती है, फिर गर्मी के कम इनपुट के कारण तापमान गिर जाता है और प्रक्रिया फिर से दोहराती है।

अंजीर में। 3, बी एक दो-स्थिति नियंत्रक की एक स्थिर विशेषता दिखाता है... यह इस प्रकार है कि वस्तु पर विनियमन प्रभाव केवल दो मान ले सकता है: अधिकतम और न्यूनतम। विचार किए गए उदाहरण में, अधिकतम उस स्थिति से मेल खाती है जहां वायु वाल्व (चित्र 2 देखें) पूरी तरह से खुला है, न्यूनतम - वाल्व बंद होने पर।

नियंत्रण कार्रवाई का संकेत निर्धारित मूल्य से नियंत्रित मूल्य (तापमान) के विचलन के संकेत द्वारा निर्धारित किया जाता है। नियामक प्रभाव की डिग्री स्थिर है। सभी चालू/बंद नियंत्रकों में एक हिस्टैरिसीस क्षेत्र α होता है, जो विद्युत चुम्बकीय रिले के पिक-अप और ड्रॉप-ऑफ धाराओं के बीच अंतर के कारण होता है।

दो-बिंदु तापमान नियंत्रण का उपयोग करने का उदाहरण: हीटिंग प्रतिरोध के साथ भट्टियों में स्वत: तापमान नियंत्रण

आनुपातिक (स्थिर) तापमान नियंत्रक

ऐसे मामलों में जहां उच्च नियंत्रण सटीकता की आवश्यकता होती है या जब स्व-दोलन प्रक्रिया अस्वीकार्य है, एक सतत विनियमन प्रक्रिया के साथ नियामकों का उपयोग करें... इनमें आनुपातिक नियंत्रक (पी-नियंत्रक) शामिल हैं जो विभिन्न प्रकार की तकनीकी प्रक्रियाओं को विनियमित करने के लिए उपयुक्त हैं।

ऐसे मामलों में जहां उच्च विनियमन सटीकता की आवश्यकता होती है या जब स्व-दोलन प्रक्रिया अस्वीकार्य होती है, निरंतर विनियमन प्रक्रिया वाले नियामकों का उपयोग किया जाता है। इनमें विभिन्न प्रकार की तकनीकी प्रक्रियाओं को विनियमित करने के लिए उपयुक्त आनुपातिक नियंत्रक (पी-नियंत्रक) शामिल हैं।

पी-नियामकों के साथ स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों में, नियामक निकाय (y) की स्थिति नियंत्रित पैरामीटर (x) के मान के सीधे आनुपातिक होती है:

वाई = केएक्सएनएनएक्स,

जहाँ k1 आनुपातिकता कारक (नियंत्रक लाभ) है।

यह आनुपातिकता तब तक होती है जब तक नियामक अपनी अंतिम स्थिति (सीमा स्विच) तक नहीं पहुंच जाता।

नियामक निकाय की गति की गति नियंत्रित पैरामीटर के परिवर्तन की गति के सीधे आनुपातिक है।

अंजीर में।4 एक आनुपातिक नियंत्रक का उपयोग कर स्वचालित कमरे के तापमान नियंत्रण प्रणाली का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। कमरे के तापमान को पुल के माप सर्किट 1 से जुड़े आरटीडी प्रतिरोध थर्मामीटर से मापा जाता है।

चावल। 4. आनुपातिक वायु तापमान नियंत्रण की योजना: 1 - मापने वाला पुल, 2 - नियंत्रण वस्तु, 3 - हीट एक्सचेंजर, 4 - कैपेसिटर मोटर, 5 - चरण-संवेदनशील एम्पलीफायर।

दिए गए तापमान पर, पुल संतुलित होता है। जब नियंत्रित तापमान निर्धारित मूल्य से विचलित होता है, तो पुल के विकर्ण में एक असंतुलित वोल्टेज दिखाई देता है, जिसका परिमाण और संकेत तापमान विचलन के परिमाण और संकेत पर निर्भर करता है। यह वोल्टेज एक चरण-संवेदनशील एम्पलीफायर 5 द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, जिसके आउटपुट में ड्राइव के दो-चरण कैपेसिटर मोटर 4 की वाइंडिंग चालू होती है।

ड्राइव मैकेनिज्म हीट एक्सचेंजर 3 में शीतलक के प्रवाह को बदलते हुए रेग्युलेटिंग बॉडी को स्थानांतरित करता है। इसके साथ ही रेगुलेटिंग बॉडी के मूवमेंट के साथ, मापने वाले ब्रिज के किसी एक आर्म का प्रतिरोध बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तापमान जिस पर होता है पुल संतुलित है।

इस प्रकार, कठोर प्रतिक्रिया के कारण, नियामक निकाय की प्रत्येक स्थिति नियंत्रित तापमान के अपने स्वयं के संतुलन मूल्य से मेल खाती है।

आनुपातिक (स्थिर) नियंत्रक को अवशिष्ट विनियमन की एकरूपता की विशेषता है।

निर्धारित मूल्य (फिलहाल टी 1) से लोड के तेज विचलन के मामले में, नियंत्रित पैरामीटर एक निश्चित अवधि (क्षण टी 2) के बाद एक नया स्थिर मूल्य (छवि 4) तक पहुंच जाएगा।हालांकि, यह केवल नियामक निकाय की एक नई स्थिति के साथ ही संभव है, जो कि नियंत्रित पैरामीटर के एक नए मूल्य के साथ है, जो पूर्व निर्धारित मूल्य से δ द्वारा भिन्न होता है।

चावल। 5. आनुपातिक नियंत्रण की समय विशेषताएँ

आनुपातिक नियंत्रकों का नुकसान यह है कि केवल एक विशिष्ट नियंत्रण तत्व स्थिति प्रत्येक पैरामीटर मान से मेल खाती है। लोड (गर्मी की खपत) में परिवर्तन होने पर पैरामीटर (तापमान) के निर्धारित मूल्य को बनाए रखने के लिए, नियामक निकाय के लिए नए लोड मान के अनुरूप एक अलग स्थिति लेना आवश्यक है। आनुपातिक नियंत्रक में, ऐसा नहीं होता है, जिसके परिणामस्वरूप नियंत्रित पैरामीटर का अवशिष्ट विचलन होता है।

इंटीग्रल (स्थैतिक नियंत्रक)

इंटीग्रल (एस्टैटिक) ऐसे रेगुलेटर कहलाते हैं, जिसमें, जब पैरामीटर सेट वैल्यू से विचलित होता है, तो रेगुलेटिंग बॉडी अधिक या अधिक धीरे-धीरे चलती है और हर समय एक दिशा में (वर्किंग स्ट्रोक के भीतर) जब तक पैरामीटर फिर से सेट वैल्यू नहीं मान लेता। समायोजन तत्व की गति की दिशा तभी बदलती है जब पैरामीटर निर्धारित मान से अधिक हो।

अभिन्न विद्युत क्रिया नियंत्रकों में, एक कृत्रिम मृत क्षेत्र आमतौर पर बनाया जाता है, जिसके भीतर एक पैरामीटर में बदलाव से नियामक निकाय के आंदोलनों का कारण नहीं होता है।

अभिन्न नियंत्रक में नियामक निकाय की गति की गति स्थिर और परिवर्तनशील हो सकती है। अभिन्न नियंत्रक की एक विशिष्ट विशेषता नियंत्रित पैरामीटर के स्थिर-राज्य मूल्यों और नियामक निकाय की स्थिति के बीच आनुपातिक संबंध का अभाव है।

अंजीर में।6 एक अभिन्न नियंत्रक का उपयोग कर स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणाली का एक योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। आनुपातिक तापमान नियंत्रण सर्किट के विपरीत (चित्र 4 देखें), इसमें कठोर फीडबैक लूप नहीं है।

चावल। 6. एकीकृत वायु तापमान नियंत्रण की योजना

एक अभिन्न नियंत्रक में, नियामक निकाय की गति नियंत्रित पैरामीटर के विचलन के मूल्य के सीधे आनुपातिक होती है।

लोड (गर्मी की खपत) में अचानक परिवर्तन के साथ एकीकृत तापमान नियंत्रण की प्रक्रिया को अंजीर में दिखाया गया है। 7 लौकिक विशेषताओं का उपयोग करना। जैसा कि आप ग्राफ से देख सकते हैं, अभिन्न नियंत्रण वाला नियंत्रित पैरामीटर धीरे-धीरे निर्धारित मूल्य पर लौटता है।

चावल। 7. अभिन्न विनियमन की समय विशेषताएँ

आइसोड्रोमिक (आनुपातिक-अभिन्न) नियंत्रक

एसोड्रोमिक नियंत्रण में आनुपातिक और अभिन्न नियंत्रण दोनों के गुण होते हैं। नियामक निकाय के आंदोलन की गति नियंत्रित पैरामीटर के विचलन की परिमाण और गति पर निर्भर करती है।

जब नियंत्रित पैरामीटर निर्धारित मान से विचलित होता है, तो समायोजन निम्नानुसार किया जाता है। प्रारंभ में, नियामक निकाय नियंत्रित पैरामीटर के विचलन के परिमाण के आधार पर चलता है, अर्थात आनुपातिक नियंत्रण किया जाता है। फिर नियामक एक अतिरिक्त आंदोलन करता है, जो अवशिष्ट अनियमितताओं (अभिन्न विनियमन) को दूर करने के लिए आवश्यक है।

आनुपातिक नियंत्रण सर्किट में कठोर प्रतिक्रिया को बदलकर एक आइसोड्रोमिक वायु तापमान नियंत्रण प्रणाली (चित्र। 8) प्राप्त की जा सकती है (चित्र देखें।5) लोचदार प्रतिक्रिया के साथ (प्रतिक्रिया प्रतिरोध के लिए नियामक निकाय से मोटर तक)। एक आइसोड्रोमिक प्रणाली में विद्युत प्रतिक्रिया एक पोटेंशियोमीटर द्वारा प्रदान की जाती है और प्रतिरोध आर और कैपेसिटेंस सी वाले लूप के माध्यम से नियंत्रण प्रणाली में फीड की जाती है।

ट्रांजिस्टर के दौरान, पैरामीटर विचलन सिग्नल के साथ फीडबैक सिग्नल सिस्टम के बाद के तत्वों (एम्पलीफायर, इलेक्ट्रिक मोटर) को प्रभावित करता है। एक स्थिर नियामक निकाय के साथ, चाहे वह किसी भी स्थिति में हो, जब संधारित्र C को चार्ज किया जाता है, तो फीडबैक सिग्नल का क्षय होता है (स्थिर अवस्था में यह शून्य के बराबर होता है)।

चावल। 8. वायु तापमान के आइसोड्रोमिक विनियमन की योजना

यह आइसोड्रोमिक विनियमन की विशेषता है कि विनियमन की गैर-एकरूपता (सापेक्ष त्रुटि) बढ़ते समय के साथ घट जाती है, शून्य के करीब पहुंचती है। इस मामले में, प्रतिक्रिया नियंत्रित मूल्य के अवशिष्ट विचलन का कारण नहीं बनेगी।

इस प्रकार, आइसोड्रोमिक नियंत्रण आनुपातिक या अभिन्न (स्थितीय नियंत्रण का उल्लेख नहीं करने) की तुलना में काफी बेहतर परिणाम देता है। कठोर प्रतिक्रिया की उपस्थिति के कारण आनुपातिक नियंत्रण लगभग तुरंत होता है, आइसोड्रोमिक - अधिक धीरे-धीरे।

स्वचालित तापमान नियंत्रण के लिए सॉफ्टवेयर सिस्टम

क्रमादेशित नियंत्रण को लागू करने के लिए, नियामक की सेटिंग (सेटपॉइंट) को लगातार प्रभावित करना आवश्यक है ताकि पूर्व निर्धारित कानून के अनुसार नियंत्रित मूल्य में परिवर्तन हो। इस प्रयोजन के लिए, नियामक नियामक एक सॉफ्टवेयर तत्व से लैस है। यह उपकरण निर्धारित मूल्य के परिवर्तन के नियम को स्थापित करने का कार्य करता है।

इलेक्ट्रिक हीटिंग के दौरान, स्वचालित नियंत्रण प्रणाली का एक्ट्यूएटर इलेक्ट्रिक हीटिंग तत्वों के अनुभागों को चालू या बंद करने का कार्य कर सकता है, जिससे किसी दिए गए प्रोग्राम के अनुसार गर्म इंस्टॉलेशन का तापमान बदल जाता है। कृत्रिम जलवायु प्रतिष्ठानों में हवा के तापमान और आर्द्रता के क्रमादेशित नियंत्रण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।