Regulatory analogowe

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatorami bezpo

średniego działania są urządzenia zawierające

uk

ład pomiarowy, właściwy regulator i organ wykonawczy, które do

dzia

łania nie potrzebują energii zasilającej, lecz pobierają ją z procesu

regulowanego za po

średnictwem układu pomiarowego. Regulatory te

wykonuje si

ę zarówno jako regulatory dwustawne (sygnał wyjściowy

regulatora przyjmuje tylko dwie warto

ści), jak i o działaniu ciągłym.

Dwustawnym regulatorem bezpo

średniego działania jest np. regulator

temperatury

żelazka; jego sygnałem wyjściowym jest zwarcie bądź

rozwarcie zestyków w obwodzie zasilania grza

łki.

Regulatorami o dzia

łaniu ciągłym są np. regulator odśrodkowy

pr

ędkości obrotowej maszyny parowej, termostat układu chłodzenia

silnika samochodu (rys. 15a) i reduktor ci

śnienia gazu (rys. 15b).

Rys. 15. Regulatory bezpo

średniego działania:

a

) termostat

samochodowy;

b

) reduktor ci

śnienia gazu

Termostat w miar

ę wzrostu temperatury cieczy chłodzącej silnik

rozszerza si

ę, otwierając stopniowo zawór dławiący dopływ cieczy do

ch

łodnicy, a tym samym zwiększając intensywność chłodzenia.

Reduktor utrzymuje na wyj

ściu ciśnienie gazu , które równoważy

nacisk spr

ężyny; przy zbyt małym ciśnieniu wyjściowym zawór otwiera

si

ę bardziej, umożliwiając dopływ większej ilości gazu o ciśnieniu

zasilania ; przy zbyt du

żym ciśnieniu zawór się zamyka.

Zasadniczymi cechami regulatorów bezpo

średniego działania (oprócz

braku

źródła oddzielnego zasilania) są: zwartość budowy i prostota

konstrukcji. Wi

ążą się z nimi z kolei takie cechy, jak: z jednej strony

du

ża niezawodność i dość mały koszt produkcji, z drugiej zaś mała

dok

ładność.

wy

p

wy

zas

p

p

ñ

Uniwersalne regulatory P, Pl, PD, PID

Na podstawie do

świadczeń zebranych podczas wprowadzania

automatyzacji do rozmaitych dziedzin techniki opracowano niewielk

ą

liczb

ę odmian regulatorów, przystosowanych do rozległego zakresu

zastosowa

ń.

Wyró

żnia się trzy rodzaje członów formujących sygnał sterujący:

• cz

łon proporcjonalny,

• cz

łon całkujący,

• cz

łon różniczkujący.

Rys. 16. Struktury cz

łonów formujących podstawowych typów

uniwersalnych regulatorów analogowych: P, PD, PI, PID

Regulatory

s

ą

przystosowane

do

przyjmowania

sygna

łów

wej

ściowych o określonym standardzie. Niekiedy wyposaża się je w

uk

łady

wej

ściowe

umo

żliwiające

przyjmowanie

sygna

łów

pomiarowych

o

ró

żnych

standardach,

a

tak

że

sygna

łów

niestandardowych

pochodz

ących

bezpo

średnio

z

czujników

okre

ślonego rodzaju, np. z termoelementów. W tym ostatnim

przypadku regulatory zawieraj

ą przetworniki sygnału przekazywanego

przez czujnik, uk

łady kalibrujące, wzmacniacze itp. Sygnały wyjściowe

regulatorów s

ą z reguły standardowe. W regulatorach typu

P

oraz

PD

u

żytkownik może do sygnału wyjściowego dodać składową stałą,

wyznaczaj

ącą punkt pracy układu przy zerowej wartości odchyłki

regulacji.

Sterowanie r

ęczne procesu

Regulatory stosuje si

ę do automatycznego sterowania procesów.

Regulator wytwarza sygna

ł sterujący (wyjściowy) przetwarzając sygnał

odchy

łki regulacji zgodnie ze swoim algorytmem działania, np.

proporcjonalno –

ca

łkowym (PI). Przy odpowiednio dobranym

algorytmie dzia

łania i nastawach regulator może sterować procesem o

wiele lepiej ni

ż człowiek.

Nie jest on jednak tak uniwersalny jak cz

łowiek. Zazwyczaj

zapewnia dobre sterowanie w punkcie pracy, ale w okresie rozruchu i
odstawiania lub po wyst

ąpieniu dużych zakłóceń działanie regulacji

automatycznej ulega zachwianiu. Sterowanie procesu w okresie
rozruchu za pomoc

ą regulatora może być nawet szkodliwe lub

niebezpieczne.

W

sytuacjach

takich

nale

ży zrezygnować

z

automatycznego sterowania i przej

ść na sterowanie ręczne przez

operatora. Z wymienionych wzgl

ędów regulatory wyposaża się w

uk

łady i elementy manipulacyjne.

Po zmianie trybu sterowania sygna

ł wyjściowy regulatora

oddzia

łuje nadal na te same elementy i regulator otrzymuje sygnały

pomiarowe tych samych wielko

ści. Jednakże sygnał wyjściowy

regulatora przy sterowaniu r

ęcznym nie zależy już od jego sygnałów

wej

ściowych (odchyłki regulacji). Wartość sygnału wyjściowego jest

zadawana przez operatora i zale

ży wyłącznie od niego. Sprzężenie

zwrotne od wyj

ścia procesu do wejścia poprzez regulator przy

sterowaniu r

ęcznym jest przerwane i pozostaje jedynie możliwość

sterowania procesu w uk

ładzie otwartym.

Prze

łączenie regulatora ze sterowania ręcznego na automatyczne

b

ądź odwrotnie może spowodować skokową zmianę sygnału

wyj

ściowego, szkodliwą dla elementów wykonawczych i nastawczych,

niepo

żądaną ze względu na zakłócenia przebiegu procesu. W tym celu

stosuje

si

ę

specjalne

uk

łady

do

prze

łączania

bezzak

łóceniowego

(bezuderzeniowego).

Sygnalizacja i zabezpieczenia

Nowoczesne regulatory zawieraj

ą rozmaite układy sygnalizacji i

zabezpiecze

ń, które informują operatora o przekroczeniu zadanego

przedzia

łu przez wielkość regulowaną lub odchyłkę regulacji, oraz

wykrywaj

ą niektóre awarie, (np. uszkodzenie czujnika pomiarowego).

Do zapewnienia bezpiecznej pracy w przypadku stwierdzenia awarii

s

łużą

uk

łady rezerwy

, b

ędące odmianą układów sterowania

r

ęcznego. Układy te nadają

sygna

łowi wyjściowemu wartość

niezale

żną od przebiegu odchyłki regulacji.

Uk

łady sterowania ręcznego nadają sygnałowi wyjściowemu taką

warto

ść, jaką miał on przed przełączeniem, a więc w pewnym sensie

przypadkow

ą,

natomiast

uk

łady

rezerwy

nadaj

ą

sygna

łowi

wyj

ściowemu określoną nastawioną wcześniej wartość. Dochodzenie

do tej warto

ści trwa pewien czas (w celu uniknięcia skokowych zmian

sygna

łu wyjściowego).

Tryb pracy regulatora, w którym warto

ść sygnału wyjściowego jest

okre

ślana przez układy rezerwy, nazywa się

trybem pracy

awaryjnej.

Wska

źniki i elementy manipulacyjne

Regulatory buduje si

ę w wersji aparatowej i modułowej. Regulator

w wersji

aparatowej

stanowi samodzielne urz

ądzenie, zawierające

oprócz uk

ładu elektronicznego elementy manipulacyjne i wskaźniki

przystosowane do zamocowania na tablicy przyrz

ądowej.

W wersji

modu

łowej

u

żytkownik ma do dyspozycji moduły

zawieraj

ące poszczególne układy elektroniczne (np. moduł sumatora,

regulatora

PI

i modu

ł różniczkowania) oraz wskaźniki i elementy

manipulacyjne (np. nastawnik warto

ści zadanej). Z modułów tych

mo

żna złożyć

rozmaite regulatory.

Wska

źniki i elementy manipulacyjne regulatorów analogowych

omówimy na przyk

ładzie regulatora Eftronik w wersji aparatowej

produkowanego w Polsce na licencji firmy Honeywell. Regulator taki
ma kszta

łt wydłużonego prostopadłościanu. Płyta czołowa ma

niewielkie wymiary (5 x 15 cm), natomiast d

ługość (głębokość)

regulatora wynosi kilkadziesi

ąt centymetrów. Wskaźniki i podstawowe

elementy do nastawiania warto

ści zadanej, przełączania trybu pracy i

sterowania r

ęcznego są umieszczone na płycie czołowej (rys. 17), a

potencjometry i prze

łączniki służące do nastawiania parametrów

regulatorów (

) — zazwyczaj na

ścianie bocznej regulatora.

d

i

p

T

,

T

,

K

Rys. 17.

P

łyta czołowa regulatora

analogowego Eftronik

Niekiedy wska

źniki regulatora, układy do nastawiania trybu pracy,

nastawiania warto

ści bezpiecznych i zadanych oraz przyciski do

sterowania r

ęcznego umieszcza się w oddzielnej obudowie. Tworzą

one ca

łość razem z "właściwym" regulatorem, ale w trybie awaryjnym

mog

ą pracować samodzielnie, służąc do sterowania elementów

wykonawczych.

Regulatory analogowe mog

ą być przystosowane do otrzymywania z

zewn

ątrz sygnału o wartości zadanej (np. z innego regulatora).

Wówczas maj

ą one dodatkowe tryby pracy. Produkuje się też

przyrz

ądy o wyglądzie podobnym do regulatorów. Zawierają one

wska

źniki i elementy manipulacyjne, nie zawierają jednak właściwego

uk

ładu realizującego algorytm działania. Przyrządy takie, zwane

stacyjkam

i, stosuje si

ę przede wszystkim do sterowania ręcznego.

Zarówno regulatory, jak i stacyjki mog

ą być przystosowane do

wspó

łpracy z komputerem

, który przekazuje sygna

ł wartości

zadanej (do regulatora) lub bezpo

średnio sygnał sterujący (do

regulatora lub stacyjki).