Како функционише и ради аутоматски регулатор на примеру инкубаторске коморе

Најједноставнији и најчешћи облик аутоматског управљања радом техничких уређаја је аутоматско управљање, које се назива методом одржавања датог параметра константним (на пример, брзина ротације вратила, температура медија, притисак паре) или метод обезбеђења његова промена према одређеном закону. Може се спроводити одговарајућим људским радњама или аутоматски, односно уз помоћ одговарајућих техничких уређаја — аутоматских регулатора.

Регулатори који одржавају константну вредност параметра називају се сопствени, а контролери који обезбеђују промену параметра по одређеном закону називају се софтвери.

Године 1765. руски механичар И. И. Ползунов изумео је аутоматски регулатор за индустријске сврхе, који је одржавао приближно константан ниво воде у парним котловима. Године 1784. енглески механичар Ј. Ват је изумео аутоматски регулатор који је одржавао константну брзину ротације осовине парне машине.

Процес регулације

Размислите како можете одржавати константну температуру у комори тзв термостат, пример за то би била комора за инкубатор.

Инкубатор

Термостати се широко користе у разним индустријским секторима, посебно у прехрамбеној индустрији. Коначно, стамбени простор се може сматрати и термостатом зими ако одржава константну температуру уз помоћ специјалних вентила који се нуде на радијаторима за грејање. Хајде да покажемо како се врши неаутоматска контрола собне температуре.

Претпоставимо да је пожељно одржавати температуру од 20 ° Ц. Прати се собним термометром. Ако се подиже више, онда је вентил радијатора мало затворен. Ово успорава проток топле воде у последњем. Његова температура се смањује и самим тим се смањује проток енергије у просторију, где температура ваздуха такође постаје нижа.

Када је температура ваздуха у просторији мања од 20°Ц, вентил се отвара и тиме се повећава проток топле воде у радијатору, због чега температура у просторији расте.

Са таквом регулацијом примећују се мале флуктуације температуре ваздуха око задате вредности (у разматраном примеру око 20°Ц).

Механички термостат

Овај пример показује да је потребно извршити одређене радње у процесу регулације:

• измерите подесиви параметар;
• упоредити његову вредност са унапред подешеном вредношћу (у овом случају се утврђује тзв. контролна грешка – разлика између стварне вредности и унапред подешене вредности);
• да утиче на процес према вредности и предзнаку контролне грешке.

У неаутоматској регулацији ове радње врши човек-оператер.

Аутоматско подешавање

Регулација се може вршити без људске интервенције, односно техничким средствима. У овом случају говоримо о аутоматској регулацији, која се врши помоћу аутоматског регулатора. Хајде да сазнамо од којих делова се састоји и како ови делови међусобно делују.

Мерење стварне вредности контролисаног параметра се врши помоћу мерног уређаја који се зове сензор (у примеру инкубатора — сензор температуре).

Резултате мерења сензор даје у виду неког физичког сигнала (висина стуба термометричке течности, деформација биметалне плоче, вредност напона или струје на излазу сензора итд.).

Поређење стварне вредности контролисаног параметра са датом врши се посебним компаратором који се назива нулто тело. У овом случају се утврђује разлика између стварне вредности контролисаног параметра и његове наведене (тј. захтеване) вредности. Ова разлика се назива контролна грешка. Може бити и позитивно и негативно.

Вредност контролне грешке се претвара у одређени физички сигнал који утиче на извршну власт која контролише стање контролисаног објекта. Као резултат утицаја извршног органа на објекат, контролисани параметар се повећава или смањује у зависности од знака грешке прилагођавања.

Дакле, главни делови аутоматског регулатора су: мерни елемент (сензор), референтни елемент (нулти елемент) и извршни елемент.

Да би нулти елемент упоредио измерену вредност контролисане променљиве са задатом вредношћу, потребно је у аутоматски регулатор унети задату вредност параметра. То се ради уз помоћ посебног уређаја, тзв Мастер, који претвара аутоматско подешавање подешене вредности параметра у физички сигнал на одређеном нивоу.

У овом случају, важно је да физички сигнали излаза сензора и подешена вредност буду исте природе. Само у овом случају могуће је поређење са нултим телом.

Такође треба напоменути да је снага излазног сигнала која одговара регулационој грешци, по правилу, недовољна за контролу рада извршног органа. С тим у вези, наведени сигнал је претходно појачан. Дакле, аутоматски регулатор, поред три назначена главна дела (сензор, нулти елемент и актуатор), укључује и подешавање и појачало.

Типичан блок дијаграм аутоматског система управљања

Као што се види из овог дијаграма, систем аутоматског управљања је затворен. Од контролног објекта, информација о вредности контролисаног параметра иде до сензора, а затим до нултог тела, након чега сигнал који одговара контролној грешци пролази кроз појачавач до извршног органа, што има неопходан ефекат на контролни објекат.

Кретање сигнала од контролног објекта ка нултом телу је повратна спрега. Повратне информације су предуслов за процес регулације. На такву затворену петљу утичу и спољни утицаји.

Прво (и то је најважније), објекат регулације је изложен спољним утицајима.Управо ти утицаји изазивају промене у параметрима њеног стања и намећу регулацију.

Друго, спољни утицај на коло система аутоматског управљања је унос у нулто тело преко задате вредности потребне вредности контролисаног параметра, која се утврђује на основу анализе режима рада целог система, који укључује овај аутоматски уређај. Ову анализу врши човек или контролни рачунар.

Примери аутоматских регулатора:

Уређај и принцип рада електричног термостата за гвожђе

Употреба ПИД контролера у системима аутоматизације на примеру ТРМ148 ОВЕН