Уравнение регулятора и параметр его настройки
Уравнение двухпозиционного регулятора — это зависимость между изменением регулируемой величины t и перемещением регулирующего органа у (см. рис. 5).
Уравнение (закон регулирования) двухпозиционного регулятора температуры запишем в виде [38, 41]:
Например, у термореле ПТР-2-03 величину tэ изменяют от 0,5 до 5о С. При этом tэ может устанавливаться на любом значении шкалы термореле от — 10 до 15° С.
Работа системы регулирования температуры
Схема системы двухпозиционного регулирования температуры вина в смесителе линии обработки вин холодом в потоке приведена на рис. 4. Двухпозиционный регулятор состоит из полупроводникового термореле ПТР-2 в комплекте с термистором ММТ-1 и соленоидного вентиля.
Рис. 4. Схема двухпозиционного регулирования температуры вина в смесителе: 1 — термоизолированный смеситель; 2 — рубашка; 3 — мешалка; 4 — термистор; 5 — полупроводниковое термореле; 6 — измерительный и усилительный блок реле; 7 — электромагнитное реле; 8 — замыкающие контакты реле; 9 — соленоидный вентиль; 10 — катушка; 11 — сердечник; 12 — клапан.
Датчиком температуры служит полупроводниковый стержень (термистор) длиной 12 мм и диаметром 1,8 мм, изготовленный из оксидов меди и марганца. Стержень помещен в защитный металлический чехол и вмонтирован в смеситель.
Принцип действия термистора основан на изменении его сопротивления σ изменением температуры вина. Термистор малоинерционный, и поэтому его температура всегда практически такая же, как и вина в смесителе. При повышении температуры вина сопротивление термистора уменьшается, и наоборот Изменение сопротивления термистора существенно, однако происходит оно не по линейному закону, С помощью медных проводов термистор подключают к мостовой схем полупроводникового термореле, установленного на щите. Сигнал разбаланса моста подается па вход полупроводникового усилителя. К выходу усилителя подключено электромагнитное реле.
Контакты реле подключены последовательно к катушке соленоидного вентиля. На фасаде блока 6 расположены рукоятки, посредством которых можно задать необходимый диапазон поддерживаемой температуры вина в смесителе.
При обработке холодом крепких вин на полупроводниковом термореле устанавливают диапазон температуры вина от —5 до —6° С. В этом диапазоне схема автоматически поддерживает температуру вина в смесителе. Если температура повышается и становится равной —5° С, то реле 7 срабатывает и замыкает свой контакт 8. Этим контактом включается в сеть напряжением 220 В катушка соленоидного вентиля.
При протекании тока по катушке в ней образуется магнитное поле, в которое втягивается сердечник из магнитной стали. С сердечником связан клапан, открывающийся при втягивании сердечника. С этого момента рассол циркулирует через рубашку, охлаждая вино в смесителе. Температура вина постепенно понижается и воспринимается термистором. При достижении —6° С реле 7 отключается, контакт 8 размыкается, и катушка вентиля обесточивается. В результате сердечник выпадает из катушки, а клапан полностью закрывается. Подача рассола в рубашку прекращается. За счет теплопритоков из окружающей среды температура вина в смесителе постепенно повышается. При достижении —5° С вновь срабатывает реле 7, и работа схемы повторяется. Вино, предварительно охлажденное до —5-6°С, непрерывно подается в смеситель снизу. С выхода смесителя вино направляют в кристаллизатор.
Таким образом, в процессе работы схемы клапан 12 (регулирующий орган) занимает два положения: открытое или закрытое. Поэтому регуляторы получили название двухпозиционных.
Схема автоматического поддержания уровня виноградной мезги в стекателе аналогична, только в ней роль клапана выполняет мезгонасос, который попеременно включается и выключается.
Свойства смесителя как регулируемого объекта сказываются на точности поддержания температуры вина в установленном диапазоне. Это видно из графика, приведенного на рис. 5. При полном открытии рассольного клапана (100% хода регулирующего органа) в рубашку смесителя поступает максимальное количество рассола, т. е. вносится в объект максимально возможное возмущение (регулирующее воздействие). Температура вина (РВ) понижается с максимально возможной для данного объекта скоростью. Поскольку в смесителе содержится довольно большой объем вина, то эта скорость невелика. При —6° С (точка Л) клапан закрывается, подача рассола прекращается, т. е. вновь в объект вносится максимальное возмущение, но обратного знака. Вследствие инерционности и запаздывания объекта температура вина еще некоторое время понижается, хотя рассольный клапан полностью закрыт. В дальнейшем за счет теплопритоков через теплоизоляцию смесителя температура вина повышается до —5° С (точка В). В результате клапан полностью откроется, но температура опять по тем же причинам будет повышаться, несмотря на уже открытое положение рассольного клапана. Затем температура понизится до —6оC (точка С), клапан закроется и т. д.
Рис. 5. Кривая двухпозиционного регулирования температуры вина в смесителе.
Следовательно, фактический диапазон поддержания температуры Δtф получается несколько большим, чем задано Δt3 регулятору. В тепловых объектах большой вместимости (инерционных объектах) с небольшим временем запаздывания температура изменяется очень медленно, и величина Δtф практически получается равной Δt3. Это наблюдается, например, при регулировании температуры вина в термоизолированных резервуарах для производства мадеры и портвейна. В объектах большой емкости температура распределяется по объему неравномерно, поэтому в смесителе необходимо установить перемешивающие устройства.
На инерционных объектах с небольшим запаздыванием эксплуатация двухпозиционных регуляторов получается эффективной. Частота срабатываний регулятора зависит от величины Δtэ и свойств объекта. Чем больше Δtэ, тем при прочих равных условиях частота срабатываний регулятора ниже.
На малоинерционных объектах при малых т3 тоже можно получить Δtэ≈Δtэ, но при этом частота срабатываний регулятора возрастет. При автоматизации малоинерционных объектов обязательно следует использовать малоинерционные датчики. В противном случае не удастся получить заданную точность регулирования параметра, так как инерционный датчик не успеет отреагировать на быстро изменяющуюся температуру вина.
При двухпозиционном регулировании параметр непрерывно колеблется в данном диапазоне. Двухпозиционный регулятор является типичным нелинейным регулятором.
Двухпозиционные регуляторы получили широкое распространение в винодельческой промышленности. Они просты по устройству, надежны в работе, не требуют квалифицированного обслуживания и во многих объектах обеспечивают требуемую точность регулирования технологических параметров.
