Régulateurs de position et commande à deux positions

Dans les objets de contrôle qui n'ont pas d'auto-nivellement, tout effet de perturbation ne peut être localisé sans l'aide d'un contrôleur automatique et l'état d'équilibre ne sera pas atteint.

Le fonctionnement du régulateur automatique est déterminé par le type de relation entre les écarts du paramètre contrôlé et l'effet régulateur de l'organe de régulation, qui se produit à la suite de son mouvement. Cette dépendance s'appelle la caractéristique dynamique du contrôleur ou la loi de régulation du contrôleur... Selon le type de cette dépendance, les régulateurs sont divisés en positionnel, statique ou proportionnel, astatique et isodromique.

Le régulateur d'un positionneur peut avoir deux positions fixes ou plus, chacune correspondant à certaines valeurs du paramètre contrôlé.

Selon le nombre de positions, les régulateurs peuvent être à deux positions, à trois positions et à plusieurs positions.

En pratique, la plus grande application se trouve régulateurs à deux positions... Ils devraient être discutés plus en détail.

Dans un régulateur à deux positions, lorsque le paramètre contrôlé s'écarte de la valeur de consigne (d'une quantité supérieure à l'insensibilité du régulateur), l'organe de régulation occupe l'une des positions extrêmes correspondant au débit maximal ou minimal possible de la substance régulatrice . Dans un cas particulier, la valeur minimale peut être un apport nul.

Le déplacement de l'organe réglant d'une position extrême à une autre avec une régulation tout ou rien s'effectue généralement à grande vitesse - théoriquement instantanée en un instant égal à zéro.

L'égalité entre l'entrée et la sortie n'est pas observée pour une valeur donnée du paramètre contrôlé. Cela ne peut se produire qu'à des charges maximales ou minimales. Par conséquent, en commande à deux positions, le système est généralement dans un état de non-équilibre. En conséquence, le paramètre contrôlé oscille en permanence dans les deux sens à partir de la valeur définie.

L'amplitude de ces oscillations en l'absence de retards, comme il est facile de le supposer, sera une certaine insensibilité du régulateur... La zone d'oscillations possibles du paramètre contrôlé dépend de la zone morte du régulateur et est déterminée en supposant qu'il y a n'y a pas de retard.

La zone morte du contrôleur est la plage de changement du paramètre contrôlé nécessaire pour initier le mouvement du contrôleur dans les sens avant et arrière. Ainsi, par exemple, si le régulateur de température ambiante, réglé pour maintenir 20 ° C, commence à fermer le régulateur lors de l'alimentation en eau chaude du radiateur, lorsque la température de l'air intérieur monte à 21 °, et l'ouvre à une température de 19 ° , alors la zone morte de ce régulateur est égale à 2°.

La précision du maintien des paramètres définis avec marche-arrêt est relativement élevée.

Si la précision du contrôle est suffisamment élevée, il apparaît que les contrôleurs tout ou rien peuvent être utilisés dans toutes les installations. L'applicabilité du contrôle marche-arrêt est dans la plupart des cas déterminée non pas par la précision de contrôle obtenue, mais par la fréquence de commutation admissible. Il convient de garder à l'esprit que des commutations fréquentes entraînent une usure rapide des pièces (très souvent des contacts) du régulateur et, par conséquent, une diminution de la fiabilité de son fonctionnement.

La présence d'un retard aggrave le processus de régulation, car il augmente l'amplitude des fluctuations des paramètres, mais d'autre part, le retard réduit la fréquence de commutation et élargit ainsi la portée de la régulation tout ou rien.

Un schéma d'un régulateur de température électrique à deux positions dans un four de séchage est illustré à la fig. 1.

Riz. 1. Schéma de principe d'un thermostat électrique à deux positions dans une armoire de séchage : 1 - capteur bimétallique ; 2 — élément chauffant électrique

Ce régulateur est composé d'un capteur 1 et d'un élément chauffant électrique 2. Le capteur est composé de deux plaques de contact bimétalliques, qui sous l'influence de la température peuvent, en se rapprochant, fermer ou, au contraire, ouvrir un circuit électrique.

Habituellement, une température de 105 ° C est maintenue dans l'armoire de séchage, puis, lorsque la température de consigne est atteinte, les contacts doivent être fermés et une partie de l'élément chauffant est manipulée.La valeur requise de Qpr après la manœuvre du réchauffeur peut être choisie de manière à compenser entièrement les pertes de chaleur de l'étuve de séchage Qst.

Mais il peut également être réglé de manière à ce que lorsque la température de consigne est atteinte, le chauffage s'éteigne complètement. Dans la première variante, il est possible d'obtenir que Qpr = Qst, alors le régulateur ne commutera pas.

En figue. La figure 2 montre la caractéristique du processus de commande à deux positions. Cette figure montre les changements du paramètre contrôlé au fil du temps après un seul changement brusque de la charge de l'objet Qpr ou Qst. Le mouvement de l'organe de régulation dans le temps est également représenté ici.

Riz. 2. Caractéristiques du processus de commande à deux positions

Il est à noter qu'en régulation deux positions, une variation de charge provoque une variation de la valeur moyenne de la grandeur réglée, c'est-à-dire caractérisée par certaines irrégularités. L'écart par rapport à la valeur moyenne du paramètre contrôlé peut être calculé par la formule

ΔPcm = (ΔTzap /W) (Qpr/2 — Qct),

où ΔPcm — déplacement maximal du paramètre contrôlé par rapport à la valeur de consigne moyenne ; ΔTzap — temps de retard de transfert ; W est le facteur de capacité de l'objet.

Dans des cas normaux, Qpr = Qct et ΔTzap — la valeur est insignifiante. Le déplacement ne peut donc pas être très important et ne dépasse pas la zone morte du régulateur.

Domaines d'application des contrôleurs tout ou rien

Un contrôleur à deux positions peut être utilisé dans le cas où le degré d'auto-nivellement de l'objet contrôlé est proche de l'unité et que la sensibilité de l'objet aux perturbations ne dépasse pas 0,0005 1 / s, s'il n'y a pas d'autres raisons vous obligeant d'abandonner ce contrôleur. Ces raisons incluent :

1. Fréquent, moins de 4 à 5 minutes, allumer et éteindre le régulateur, ce qui est généralement fait dans les sites avec de faibles facteurs de capacité et avec des changements fréquents de la charge du site.

Il convient de garder à l'esprit que la fréquence de commutation autorisée est déterminée par la sophistication technique des régulateurs à ce niveau. Ces chiffres sont établis par la pratique du système de contrôle automatique. Peut-être qu'à l'avenir, ils pourront être affinés, principalement vers le bas. De plus, il convient de garder à l'esprit qu'il est possible de déterminer la fréquence de commutation admissible en fixant la durée de vie requise du régulateur, tout en connaissant le nombre minimal normalisé d'opérations (cycles) d'un des éléments de régulation.

2. Inadmissibilité d'arrêter l'alimentation du caloporteur, par exemple aux aérothermes de l'unité de ventilation d'alimentation ou aux aérothermes du premier chauffage de l'unité de climatisation. Il convient de garder à l'esprit que si pendant la saison hivernale l'alimentation en liquide de refroidissement des radiateurs est complètement ou même partiellement arrêtée, alors lorsque le ventilateur fonctionne, qui aspire de l'air froid à grande vitesse, il peut geler très rapidement.

3.Inadmissibilité de grands écarts de paramètres environnementaux non régulés Cela signifie que dans un certain nombre de cas, l'un des paramètres de l'air est régulé, tandis que l'autre n'est pas régulé, mais doit rester dans certaines limites.

Par exemple, vous pouvez appeler le maintien d'une certaine température dans les magasins de l'industrie textile. Ici, la tâche est de réguler une telle température à laquelle les conditions de maintien de l'humidité relative dans certaines limites seront maintenues. Cependant, si la température est maintenue dans les limites spécifiées, les fluctuations de l'humidité relative dépassent la zone autorisée.

La dernière circonstance peut s'expliquer par le fait que les coefficients de capacité de l'objet contrôlé par rapport à la température sont relativement plus élevés que les mêmes coefficients par rapport à l'humidité relative. Très souvent en pratique, il est nécessaire d'abandonner le contrôle de la température tout ou rien dans de tels ateliers.

4. Inadmissibilité d'un écart net et significatif des paramètres de l'environnement de contrôle conformément aux exigences relatives aux fluctuations des paramètres contrôlés.

Par exemple, la température de l'air d'alimentation lors du réglage marche-arrêt de la capacité de chauffage du réchauffeur d'air de la chambre d'alimentation peut présenter des écarts si importants qu'ils provoquent des sensations désagréables de soufflage sur le lieu de travail. En général, les fluctuations de la température interne ne dépasseront pas les limites établies.

Cette circonstance peut également s'expliquer par des valeurs différentes des coefficients de capacité de l'aérotherme en tant qu'objet de contrôle de la température de l'air soufflé et de la salle de production en tant qu'objet de contrôle de la température intérieure.

Ainsi, s'il existe une fonctionnalité appropriée de l'objet et qu'il n'y a aucune raison d'abandonner le contrôleur marche-arrêt, vous devez toujours viser à installer ce dernier. Ce type de régulateur s'avère être le plus simple et le moins cher, le plus fiable en fonctionnement et ne nécessite pas de maintenance qualifiée. De plus, de tels régulateurs garantissent une qualité de régulation stable.

Un fait important est que l'actionnement d'un régulateur à deux positions nécessite très souvent une consommation d'énergie minimale, puisqu'il n'est utilisé qu'aux moments de fermeture ou d'ouverture.

Les régulateurs à deux positions sont très souvent utilisés pour le contrôle automatique de la température dans les fours électriques.