Уравнение регулятора и параметры его настройки
Эти регуляторы созданы на основе совмещения статических и астатических регуляторов. В изодромных регуляторах использовано достоинство статических (быстро переводить параметр с одного значения на другое) и астатических (поддерживать параметр в статике строго на заданном значении) регуляторов. Слово «изодромный» (изос — равный, дромэс — бег) древнегреческое и в переводе означает равнобегущий. Впервые в технике такой регулятор использовался для регулирования заданной частоты вращения вала турбины.
Рис. 16. Система изодромного регулирования температуры охлаждения вина:
Rt— термометр сопротивления; R1,..., R4— постоянные резисторы; R5 — переменный резистор: С — конденсатор; ЭУ— электронный усилитель; Р — поляризованное реле; M — реверсивный моторный исполнительный механизм с встроенным редуктором; К — рассольный клапан; Uρ — напряжение разбаланса; Uос - напряжение обратной связи; ΔU— входной сигнал усилителя.
В настоящее время комбинированные регуляторы температуры, давления, расхода и других параметров принято называть изодромными. В винодельческой промышленности изодромные регуляторы получили широкое распространение. На заводах шампанских вин они используются для регулирования температуры виноматериала в теплообменнике-охладителе; бродильной смеси в теплообменниках-нагревателях и охладителях; шампанизируемого вина в теплообменнике-охладителе; ледяной воды в теплообменнике. Регулирование давления СО2 в резервуарах для подачи обработанного купажа на выдержку, в акратофорах-приемниках, в напорниках-приемниках для резервуарного и экспедиционного ликера, в напорниках бродильной смеси также производится изодромными регуляторами.
На заводах первичного и вторичного виноделия температуру вина при обработке теплом и холодом в пластинчатых аппаратах регулируют изодромными регуляторами. Этого же типа регуляторы используются для регулирования давления, расхода и температуры в коньячных аппаратах непрерывного действия К-5М.
В изодромных регуляторах, различных по конструкции, удается достаточна точно выделить статическую и астатическую составляющие. Поскольку изодромные регуляторы сложные по устройству, то для более четкого уяснения принципа их действия и характерных особенностей рассматривается упрощенная схема электронного регулятора температуры (рис. 16).
В основу данной схемы положен электронный регулятор типа ЭРСС-63 (или РПИ), используемый для поддержания температуры пастеризации и охлаждения вина в пластинчатых аппаратах.
Датчиком температуры является малоинерционный проволочный (из платины) термометр сопротивления Rh, который помещен в металлический чехол и вмонтирован в трубопровод, выводящий вино из аппарата. С повышением температуры вина сопротивление термометра (платиновой проволоки) увеличивается, и наоборот. В регуляторе попользована мостовая измерительная схема, состоящая из четырех резисторов R1> R2, R3 и Rt. Питание моста подано в диагональ а—б. Если температура вина равна заданной (например, —5°С), то мостовая схема находится в равновесии, т. е. в этом случае R1R3 = RtR2. При равновесии моста разность потенциалов в его диагонали с—к отсутствует и напряжение разбаланса моста Up = 0. При этом сигнал на вход усилителя не поступает и реле Р, включенное на выход усилителя, обесточено. В результате мотор М выключен и напряжение на входе цепи R4—С отсутствует. В аппарат рассол поступает в таком количестве, что вино охлаждается от исходной температуры до —5° С. Выше описана статика системы.
Далее рассматривается регулятор на стенде с целью получения его уравнения и более четкого уяснения действия статической и астатической составляющих регулятора. Это существенно упростит понимание работы регулятора на промышленном объекте.
Для получения уравнения регулятора его испытывают на стенде. Вместо термометра сопротивления Rt к регулятору подключают магазин сопротивлений. На нем устанавливают сопротивление, соответствующее Rt при —5° С. При этом мостовая схема регулятора находится в равновесии. Моторный исполнительный механизм (ИМ) выключен, а связанный с ним через редуктор клапан занимает среднее (у = 50%) положение (рис. 17).
Затем магазином устанавливают сопротивление, соответствующее Rt при —4° С. Баланс моста нарушается, и в его диагонали с—к появляется напряжение разбаланса Up. В дальнейшем в данном опыте Up не изменяется. Это напряжение поступает на вход усилителя, где усиливается и поступает к реле Р, которое срабатывает. Реле одной парой своих контактов (на рис. 17 не показаны) включает МИМ, а второй подает напряжение на резистор R5. МИМ включается и через редуктор перемещает клапан в сторону открытия, так как температура стала выше (—4° С) заданной (—5° С) и регулятор на стенде имитирует увеличение подачи рассола.
Рис. 17. Зависимость между изменением температуры и перемещением клапана ПИ-регулятора.
При т = 0 и отсутствии изменения температуры (Δt = 0) y0=50%. В момент скачкообразного изменения Δt на 1°С клапан мгновенно (скачком) перемещается П-составляющей от 50 до 60%. И только спустя некоторое время τ начинает перемещаться клапан И-составляющей. Например, за τ=100 с клапан И-составляющей переместится от 60 до 70%. Благодаря запаздыванию действия И-составляющей по сравнению с действием П-составляющей во всех промышленных ПИ-регуляторах удается достаточно четко разделить П- и И-составляющие, испытывая регуляторы на стендах. Для получения убывающей кривой в последнем выражении необходимо ввести знак «минус» перед слагаемыми 10Δt и 0,1 τΔt
Кривая, построенная по уравнению (24), характеризует идеальный ПИ-регулятор. В реальных регуляторах перемещение клапана П-составляющей происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Поэтому начальный участок кривой (см. рис. 17) получается наклонным. За время перемещения клапана П-составляющей уже начинает действовать И-составляющая и вносит определенные искажения. У рассмотренного ПИ-регулятора время перемещения клапана П-составляющей зависит еще и от скорости перемещения клапана ИМ. В описанной схеме время перемещения клапана от полного открытия до полного закрытия осуществляется ИМ за 30 с.
