ЖУРНАЛ СТА 1/2021

М ЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ Наиболее простым, но и наименее точным методом регу- лирования и стабилизации температуры является двухпози- ционный (релейный) метод. При этом методе на электриче- ский нагреватель подаётся полная мощность до тех пор, пока нагреваемый объект не достигнет заданного значения темпе- ратуры (уставки), после чего подача мощности прекращает- ся. Несмотря на это, разогретый нагреватель продолжает от- давать тепло, и температура объекта некоторое время про- должает нарастать, что приводит к перегреву, иногда значи- тельному. При последующем остывании объекта по достиже- нии заданной температуры на нагреватель вновь подаётся полная мощность. Нагреватель сначала разогревает себя, за- тем окружающие области объекта. Однако вследствие тепло- вой инерционности объекта охлаждение будет продолжаться до тех пор, пока волна тепла не достигнет температурного дат- чика. Следовательно, реальная температура объекта может оказаться значительно ниже уставки. Таким образом, при ре- лейном методе возможны значительные колебания темпера- туры вокруг заданной уставки. Этот недостаток можно уменьшить или даже вовсе устра- нить, применяя пропорционально-интегрально-дифферен- циальный метод регулирования (ПИД-метод). Этот метод предполагает уменьшение электрической мощности, пода- ваемой на нагреватель, по мере приближения температуры объекта к уставке. В современных ПИД-регуляторах, по- строенных с использованием ПЛК, мощность подаётся в ви- де импульсной последовательности, модулированной по дли- тельности (ШИМ-сигнал). При этом частота следования им- пульсов постоянна . В установившемся режиме при таком методе определяется величина тепловой мощности, необходимой для компенса- ции тепловых потерь и поддержания заданной температуры. Пропорционально-интегрально-дифференциальный метод обеспечивает значительно более высокую точность поддер- жания температуры, чем релейный. Мощность N , которая должна выделяться нагревателем, выраженная в процентах от его максимального значения, рассчитывается по формуле: где K p , K i , K d – пропорциональный, интегральный и диффе- ренциальный коэффициенты регулирования соответственно (ПИД-коэффициенты). Первое слагаемое в формуле (пропорциональная состав- ляющая) прямо пропорционально разности уставки Т ус и из- N K T K Tdt K dT dt p i d = + − ∫ 100 1 0 1 ( ), Δ Δ меренного значения текущей температуры Т : Δ T = T ус – T . Его смысл состоит в том, что при Δ T = K p (в °С) регулятор начнёт снижать мощность. Второе слагаемое (интегральная составляющая) в устано- вившемся режиме равно величине тепловой мощности, не- обходимой для компенсации тепловых потерь при Δ T = 0. Третья составляющая пропорциональна скорости измене- ния температуры с обратным знаком и должна препятство- вать резким изменениям температуры объекта (дифференци- альная составляющая). Для того чтобы достичь высокого качества регулирования температуры (отсутствия перерегулирования, колебательно- го процесса и оптимальной скорости достижения уставки), необходимо правильно настроить регулятор – задать указан- ные три коэффициента. Нахождение и настройка ПИД-коэф- фициентов – сложный и трудоёмкий процесс. Даже для од- ного и того же объекта настройку ПИД-регулятора нужно по- вторять, если, например, изменились во времени параметры объекта. Всё это обусловливает определённые трудности при прак- тической реализации ПИД-метода, особенно в случае его ис- пользования для поддержания заданной температуры объекта с меняющимися во времени параметрами. Поэтому жела- тельно использовать такой метод стабилизации температуры, который обладал бы простотой двухпозиционного регулиро- вания и точностью ПИД-регулятора. П РИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ Описываемый далее метод стабилизации температуры и, со- ответственно, регулирования выходной мощности регулятора учитывает не абсолютное значение ошибки рассогласования, а её относительное значение. Кроме того, вместо широтно-им- пульсного генератора с постоянной частотой следования им- пульсов предлагается использовать два последовательно со- единённых в кольцо таймера. Они формируют импульсную последовательность, модулированную по длительности. При этом второй таймер отмеряет заданный интервал вре- мени, соответствующий интервалу между импульсами. Пер- вый таймер, запускаемый по окончании интервала второго таймера, формирует положительный импульс, длительность которого пропорциональна относительной текущей ошибке рассогласования. После компенсации этой ошибки форми- рование положительного импульса прекращается и его зад- ним фронтом запускается второй таймер. Далее процесс по- вторяется до равенства текущей температуры уставке. В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Система температурной стабилизации с использованием ПЛК Regul R200 Владимир Краскин, Дмитрий Бакаев СТА 1/2021 80 www.cta.ru

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ4NjUy