Программные регуляторы температуры в камере ускоренного твердения изделий

Регуляторы температуры (РТ) находят самое широкое приме­нение при автоматизации технологических процессов, в том числе и в строительстве. Задачей регулятора температуры является управ­ление температурой по определенному, заранее установленному за­кону (закону управления).

В простейшем случае, целью управления может являться под­ держание заданного постоянного значения температуры. Например, поддержание постоянного значения температуры в бункере с разог­реваемой перед укладкой бетонной смесью или при прогреве уло­женной смеси.

Несмотря на различие в законах управления и различии конст­руктивного решения того или иного регулятора температуры, прин­цип работы их одинаков. На рис.5.7. показана схема САР температу­ры греющей опалубки, а на рис.5.8. приведена её структурная схема.

Цель управления - поддержание постоянной температуры объекта управления (ОУ) - греющей опалубки. Влияние усилителя УС учитывать не будем; примем значение его коэффициента усиле­ния равным единице. Роль и назначение усилителя будут рассмотрены позже. Датчик Д измеряет текущее значение температуры t и преобразует в сигнал [t ] (см. рис. 5.8), в роли которого выступает сопротивление Rтc датчика - терморезистора. Сигнал Rтc поступа­ет на вход элемента сравнения. На другой вход элемента сравнения поступает сигнал Rз от задатчика цели, который имитирует желае­мое значение температуры ОУ. В рассматриваемом примере R3 -сопротивление реостата задатчика (см. рис. 5.7.). З.Ц. является ис­точником постоянного сигнала [t3]. Установка желаемой темпера­туры производится изменением сопротивления реостата Rз, при этом, градуировка реостата сделана не в единицах сопротивления, а в единицах температуры. В качестве элемента срав­нения использована мостовая схема, в два плеча которой включены сопротивления датчика и задатчика. Разница сигналов датчика и задатчика в виде напряжения ∆U = [R₃ - R_тс] поступает на вход исполнительного устройства (ИУ). Функция ИУ напоминает фун­кцию датчика - преобразование одной величины в другую; ИУ преоб­разует сигнал ∆U в изменение управляющего воздействия Х_у на ОУ.

В рассматриваемом примере исполнительным устройством являются нагревательные элементы опалубки, цепь питания кото­рых управляется электромагнитным реле К1.

В иных примерах автоматизации тепловых процессов управля­ющим воздействием Х_у может являться: подача горячего пара в камеру термообработки, подача топлива в форсунки камеры сгора­ния и т.д.. В роли ИУ, в таких случаях, могут служить: запорный вентиль с электрическим приводом на паропроводе, топливный на­сос с приводящим двигателем, нагревательные элементы с систе­мой электропитания и т.д.

Таким образом, при увеличении управляющего воздействия на объект, т.е. прохождении тока через нагревательные элементы опалубки, ее температура начинает повышаться. По мере повышения температуры будет увеличиваться сопротивление датчика R_TC, а сигнал ∆U - уменьшаться.

Рис.5.7. Система стабилизации температуры греющей опалубки:

1 - греющая опалубка; 2 - нагревательные элементы;

4 - термометр сопротивления; 4 - реостат задатчика температуры.

При достижении температурой ОУ заданного значения, будет иметь место равенство сопротивлений R_TC и R₃; сигнал ∆U = 0. На­пряжение на катушке реле тоже будет равно нулю, цепь нагрева­тельных элементов размыкается контактами реле К 1.1 и К 1.2.

Рис.5.8. Структурная схема системы автоматического регулирования температуры греющей опалубки:

О.У. - объект управления (греющая опалубка);

И.У. - исполнительное устройство (нагревательные элементы);

З.Ц. - задатчик цели (заданного значения температуры);

Ус - усилитель.

Если за счет внешних (возмущающих) воздействий Х_в, темпе­ратура опалубки отклонится от заданного значения t, (например за счет остывания) сигнал ∆U станет положительным, и цепь нагрева­телей опять замкнется.

Т.о. при отклонении температуры ОУ от желаемого значения, регулятор автоматически предпринимает воздействие Х_у на ОУ, воз­вращающее значение температуры к заданному значению.

Влияние усилителя УС проявляется в следующем: в идеальном случае, реле К1 должно замыкать цепь нагревателей при малейшем, отличном от нуля, значении напряжения ∆U. Но реально, реле сра­батывает при некотором, довольно значительном напряжении на его катушке. И если бы усилителя не было, то включение нагревателей происходило при значительном отклонении температуры опалубки от заданной. Наличие усилителя позволяет уменьшить эту величину порога срабатывания в К_ус раз. Т.е. погрешность в поддержании тем­пературы уменьшится в К_ус раз. (К_ус - коэффициент усиления уси­лителя Ус).

Более сложным законом управления может являться измене­ние температуры по определенной программе. Например, в камерах ускоренного твердения ж/б изделий необходимо изменять темпера­туру по графику (рис.5.9.).

Назначение программного регулятора температуры (ПРТ), см. рис.5.10- обеспечивать заданный температурный режим при тепло-влажностной обработке железобетонных изделий в соответствии с графиком (рис.5.9.), который содержит три стадии: I - нормирован­ный, с постоянной скоростью подъем температуры, II - изотерми­ческое выдерживание, III - снижение температуры.

Рис.5.9. Типовой график температурного режима тепловой обработки ж/б изделий

В качестве теплоносителя обычно используют водяной пар, хотя возможен и другой способ подачи тепла к ж/б изделию.

Изделия в формах 3 загружают и выгружают из камеры 1 кра­ном или на специальных тележках.

Стенки камеры изготавливают из тяжелого железобетона толщи­ной 250-400мм. Обработка изделий производится паровоздушной смесью. Пар подается в камеру через перфорированную трубу 2 под давлением 0,6-0,8 кгс/см2. Для поддержания постоянства давления пара, на подводящей магистрали 6 установлен регулятор давления 5. Безна-порность камеры достигается установкой в ней обратной трубы 7, в которой имеется гидравлический клапан или водяной затвор. Для прину­дительной вентиляции камеры и охлаждения изделий имеются специаль­ные эжекторные затворы 4, через которые посредством вентилятора 8 про­изводится удаления пара через вентиляционный канал в атмосферу.

В качестве датчика температуры использован металлический термометр сопротивления Rt Величина сопротивления Rt будет соответствовать фактической температуре t в камере.

В качестве задатчика температуры использован реостат R3, величина сопротивления которого меняется во времени по такому же закону, как должна меняться температура;

В широко используемом уже на протяжении многих лет программ­ном регуляторе ПРТЭ-2м, это достигается механическим способом, с помощью копира 9 (фигурного кулачка), который медленно, с постоян­ной скоростью поворачивается через редуктор 10 двигателем 11. Ско­рость вращения кулачка - 1 об/сут. Форма кулачка подобрана так, что при его повороте, перемещающийся скользящий контакт реостата R3 изменяет сопротивление R3 в соответствии с графиком,

Сопротивления Rt и R3 включены в мостовую измерительную схему (рис.5.6), а разница напряжений на сопротивлениях ∆U подается после усилителя 12 на катушки реле К1 и К2.

Если температура в камере t меньше заданной t3., то Rt < R3; появляется напряжение ∆U, что приведет к срабатыванию реле К2 и открыванию электромагнитного клапана (ЭМК).

По мере подъема температуры, сопротивление Rt будет при­ближаться к R3 и, в момент их равенства, будет иметь место равен­ство желаемой и фактической температур. При этом ∆U = 0, реле К1 и ЭМК отключаются и подача пара в камеру прекращается. При отклонении по каким либо причинам фактической температуры от желаемой, опять произойдет подача пара в камеру.

Таким образом, сопротивление Rt будет следовать за значени­ем R3, а значит фактическая температура будет следовать за задан­ным по графику значением. После завершения стадии II, начинает­ся остывание изделий. Если, по причине тепловой инерции, темпера­тура снижается медленно, то контактами реле К1 включается сис­тема принудительной вентиляции.

Рассмотренный регулятор, несмотря на многие недостатки и устаревшую конструкцию, находит широкое применение при авто­матизации пропарочных камер на заводах ЖБИ.

Сравнивая регуляторы по рис5.7. и рис.5.10. можно видеть, что оба они используют один принцип регулирования.

На предприятиях с развитой автоматизацией можно встретить регуляторы, построенные на основе цифровых контроллеров (управ­ляющих устройств), но принцип функционирования - алгоритм уп­равления остается фактически неизменным.

Дата добавления: 2017-02-01