Регулирующее устройство

РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТ­ВО (РУ), автоматический регулятор - устройство, обеспечивающее реализацию определенного принципа (по откло­нению, возмущению или комбинированный) и закона (позиционный, непрерывный, импульс­ный) регулирования. Применяют двух- и трехпозиционные, непрерывные (пропорциональные (п), интегральные (и), пропорционально-интегральные(ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) и импульсные регулирующие устройства, состоящие из непрерывной части и импульсного элемента, а также цифровые РУ.

Регулирующие устройства в зависимости от годов выпуска выпускались:

- на электровакуумных приборах (лампах): приборы РПИБ, РП-1, ЭР-III и др. (50÷60 годы)

- на полупроводниковых приборах (транзисторы): приборы РП-2, Р-21, и др. (с 1965 года)

- на микросхемах РП-4, Р25,Р27,РБИМ, РБАМ, СУРА, СУРИ и др.( с 1975 года)

- на микропроцессорах: Ремиконт Р-100, Р-110, Р-120, Р-130, Протар, РП-5 и др. (с 1982 года)

- на Р I С-контроллерах и микроконтроллерах: регуляторы ОВЕН, Термодат и др.(с 1995 года).

До введения ГОСТ 21693-76 регулирующие устройства назывались регулирующими приборами.

Регулирующие устройства в общем случае могут содержать:

1. преобразователь сигналов

2. задатчик

3. сумматор

4. демпфер

5. формирователь закона регулирования

6. устройство подстройки параметров регулятора

7. сигнализаторы отклонений

8. показывающие приборы

9. переключающее устройство «АВТ - РУЧН»

10. устройство ручного управления

11. блок питания, в т.ч. для питания внешних датчиков

1. Преобразователи сигналов в составе регуляторов служат главным образом для преобразования различных видов выходного сигнала: термопар, термосопротивлений, сигналов: токовых, индуктивных, реостатных, взаимной индуктивности, ферродинамических датчиков и др. к виду, удобному для дальнейшего преобразования внутри регулятора.

2. Задатчик служит для формирования сигнала задания. Встречаются задатчики внешние (РЗД-12, РЗД-22), а также встроенные (РП4-М1, Р25), которые имеют вход для внешней корректировки задания. Например, в энергетике принято устанавливать внешний, небольшой задатчик на пульте оператора, регулирующие устройства в щитах в отдельном помещении. Встречаются задатчики, например, в приборе СУРИ, который воспринимает внешний числоимпульсный сигнал (от 0 до 1000) (устанавливает сигнал задания, равный числу входных импульсов) в супервизорных системах управления для настройки задания от верхней ЭВМ, причем сигнал встроенного задатчика восстанавливается после восстановления исчезнувшего питающего напряжения.

3. Сумматор- это узел, формирующий сигнал разницы (рассогласования) между заданным и фактическим значением регулируемого параметра. Количество входов сумматора может быть до 4 (в приборах РП4-М1) и даже больше (в приборах РБИ-П), большое количество входов требуется для построения сложных систем регулирования, для подключения различных корректирующих сигналов, внешних интеграторов, дифференциаторов и др. Сумматоры иногда выполняют еще роль гальванического разделителя (РП4-УМ1) как между входом и выходом, так и между выходами между собой.

4. Устройство «демпфер» входит в состав почти всех РУ, представляет собой инерционное звено первого порядка с постоянной времени от 0 до 10 сек (Р21, РБИ) и до 30сек (РП4-УМ1), служит для предотвращения излишне частого срабатывания исполнительного механизма для предотвращения его ускоренного износа.

5. Формирователь закона регулирования – это в большинстве случаев устройство для формирования ПИ-закона регулирования при работе с исполнительными механизмами МЭО, МЭМ, МЭП, реже ПИД-закона.

Для РУ с МЭО формирователь предоставляет собой трехпозиционный нуль-орган, в обратной связи которого включено инерционное звено первого порядка в виде операционного усилителя с конденсатором в обратной связи. При этом значение постоянной времени заряда конденсатора пропорционально коэффициенту передачи ПИ-регулятора α _n обычно 0,5-5 с/%, а значение постоянной времени разряда (определяется номиналом резистора в обратной связи операционного усилителя) – равно постоянной времени регулятора τ _u , обычно от 5 до 2000 сек.

Формирователь закона регулирования может иметь еще органы настройки: зона нечувствительности нуль-органа Δ, обычно от 0,1 до 5%, минимальная длительность импульса t _и обычно от 0,1 до 1 сек.

6. Схема формирователя закона в РУ может быть также дополнена устройствами дистанционной подстройки параметров регулятора (К_р, Т_и) с помощью входных сигналов 0-10В (РП4-УМ1, РБИ-П) или дискретных сигналов 0; 24В (РП4-УМ1, РБИ-П)

7. В некоторых РУ бывают встроенные сигнализаторы либо сигнала рассогласования либо регулируемого параметра (РС-29).

8. Показывающие приборы – это обычно приборы, показывающие значение регулируемого параметра (СУРИ, Термодат, ОВЕН), рассогласования (СУРИ), положения штока МЭО (СУРИ, РС29, Р25).

9. и 10. Встроенные устройства переключения «РУЧН-АВТ» имеют приборы СУРИ, Р25, РС29, ОВЕН, Термодат и др. Эти приборы имеют также встроенное устройство ручного управления, а регуляторы Р25 имеют также дополнительно тиристорный усилитель, позволяющий управлять исполнительным механизмом МЭО (только ~220В).

11. Блоки питания в РУ служат для питания встроенных электронных цепей РУ. Кроме того, в некоторых РУ содержаться источники питания датчиков: в РП4-ПМ1, Р25.1, РС29.1- источник переменного напряжения для питания диффтрансформаторных датчиков, СУРИ-24В для питания датчиков «Сапфир» и т.п.

Следует заметить, что с точки зрения повышения надежности работы регулятора желательно, чтобы все приборы, относящиеся к отдельному контору автоматического регулирования запитывались от одного автомата. Если иначе, например датчик запитать от отдельного автомата и этот автомат выбило, происходит следующее. Сигнал датчика пропадает, а сигнал задатчика остается, получается огромное рассогласование и формирователь начинает вырабатывать воздействие на резкое увеличение регулируемого параметра, что чревато аварией. Если же все приборы запитаны от одного автомата, при отключении питания механизм МЭО замирает в предыдущем положении, что часто менее опасно.

Балансировка (подбор коэффициентов масштабирования на входах и настройка параметров К_р, Т_и, Т_д РУ представляют значительную практическую и математическую задачу. Некоторые методы настроек подбора регулирующих органов изложены в п.5. «Настройка и эксплуатация регуляторов» подраздела «Технические описания БУС-12-15».

Начиная с разработки и внедрения в производство приборов Ремиконт Р-100 на микропроцессорах разработано большое количество как отдельных регуляторов (Ремиконт, Термодат, Теплар, Протар, ОВЕН и др.), так и программируемых контроллеров (Ломиконт Л-110, Текон, и др.)

В вентиляционных системах и системах кондиционирования воздуха основной принцип регулирования — по откло­нению регулируемого параметра от задан­ного значения, которое может быть постоянным (в системах автоматической стабилизации) или меняться по определенному закону (в системах программного регулирования). Применя­ют аналоговые регулирующие устройства типа ТМ-8 и цифровые (микропроцессорные) типа "Теплар-110".

Микропроцессор - функционально за­конченное устройство обработки цифро­вой информации, управляемое хранимой в памяти программой и конструктивно вы­полненное в виде одной или нескольких больших интегрированных микросхем.

Изделия на микропроцессорах и микроконтроллерах представляют наибольшую возможность для реализации практически любых мыслимых функций в РУ. Однако настраивать эти регуляторы, особенно те, которые настраиваются только в выносного пульта (Р-130, РП-5) или с передней панели очень сложно. Кроме этого у этих изделий имеются другие недостатки (см. статьи «Как выбрать котельную автоматику», «Анализ микропроцессорных устройств управления тепловыми установками).