איך וסת אוטומטי עובד ועובד על הדוגמה של תא אינקובטור
הצורה הפשוטה והנפוצה ביותר של בקרה אוטומטית על פעולת מכשירים טכניים היא בקרה אוטומטית, הנקראת שיטה לשמירה על פרמטר נתון קבוע (לדוגמה, מהירות סיבוב הציר, טמפרטורה בינונית, לחץ קיטור) או שיטה להבטיח שינויו לפי חוק מסוים. זה יכול להתבצע באמצעות פעולות אנושיות מתאימות או באופן אוטומטי, כלומר, בעזרת מכשירים טכניים מתאימים - רגולטורים אוטומטיים.
רגולטורים השומרים על ערך קבוע של הפרמטר נקראים שלהם, ובקרים המספקים שינוי של פרמטר לפי חוק מסוים נקראים תוכנה.
בשנת 1765 המציא המכונאי הרוסי I. I. Polzunov וסת אוטומטי למטרות תעשייתיות, ששמר על מפלס מים קבוע בערך בדודי קיטור. בשנת 1784, המכונאי האנגלי J. וואט המציא מושל אוטומטי ששמר על מהירות סיבוב קבועה של הציר של מנוע קיטור.
תהליך הרגולציה
שקול איך אתה יכול לשמור על טמפרטורה קבועה בתא שנקרא תֶרמוֹסטָט, דוגמה לכך תהיה תא אינקובטור.
מַדגֵרָה
תרמוסטטים נמצאים בשימוש נרחב במגזרים תעשייתיים שונים, במיוחד בתעשיית המזון. לבסוף, חלל המגורים יכול להיחשב תרמוסטט גם בחורף אם הוא שומר על טמפרטורה קבועה בעזרת שסתומים מיוחדים המוצעים ברדיאטורי החימום. בואו נראה כיצד מתבצעת בקרת טמפרטורת החדר הלא אוטומטית.
נניח שרצוי לשמור על טמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. זה מנוטר על ידי מדחום חדר. אם הוא עולה גבוה יותר, שסתום הרדיאטור סגור מעט. זה מאט את זרימת המים החמים באחרונים. הטמפרטורה שלו יורדת ולכן זרימת האנרגיה לחדר פוחתת, שם גם טמפרטורת האוויר הופכת נמוכה יותר.
כאשר טמפרטורת האוויר בחדר נמוכה מ-20 מעלות צלזיוס, השסתום נפתח וכך עולה זרימת המים החמים ברדיאטור, עקב כך הטמפרטורה בחדר עולה.
עם ויסות כזה, תנודות קטנות בטמפרטורת האוויר סביב הערך שנקבע נצפות (בדוגמה הנחשבת, בערך 20 מעלות צלזיוס).
תרמוסטט מכני
דוגמה זו מראה שיש לבצע פעולות מסוימות בתהליך הרגולציה:
- למדוד את הפרמטר המתכוונן;
- השווה את הערך שלו לערך הקבוע מראש (במקרה זה, נקבעת שגיאת הבקרה המכונה - ההפרש בין הערך האמיתי לערך הקבוע מראש);
- להשפיע על התהליך לפי הערך והסימן של שגיאת הבקרה.
ברגולציה לא אוטומטית, פעולות אלו מבוצעות על ידי מפעיל אנושי.
התאמה אוטומטית
רגולציה יכולה להיעשות ללא התערבות אנושית, כלומר באמצעים טכניים. במקרה זה, אנו מדברים על ויסות אוטומטי, המתבצע באמצעות ווסת אוטומטי. בואו לגלות מאילו חלקים הוא מורכב וכיצד חלקים אלה מתקשרים זה עם זה.
מדידת הערך הממשי של הפרמטר הנשלט מתבצעת על ידי מכשיר מדידה הנקרא חיישן (בדוגמה של החממה - חיישן טמפרטורה).
תוצאות המדידות ניתנות על ידי החיישן בצורה של אות פיזיקלי כלשהו (גובה עמודת הנוזל התרמומטרי, דפורמציה של הצלחת הדו-מתכתית, ערך המתח או הזרם במוצא החיישן וכו').
ההשוואה של הערך האמיתי של הפרמטר הנשלט עם זה הנתון נעשית על ידי משווה מיוחד הנקרא גוף null. במקרה זה, נקבע ההפרש בין הערך בפועל של הפרמטר הנשלט לבין הערך שצוין (כלומר נדרש). הבדל זה נקרא שגיאת שליטה. זה יכול להיות גם חיובי וגם שלילי.
הערך של שגיאת הבקרה מומר לאות פיזיקלי מסוים המשפיע על המנהל השולט במצב האובייקט הנשלט. כתוצאה מהשפעת הגוף המבצע על האובייקט, הפרמטר המבוקר עולה או יורד בהתאם לסימן של טעות ההתאמה.
לפיכך, החלקים העיקריים של הרגולטור האוטומטי הם: אלמנט מדידה (חיישן), אלמנט ייחוס (אלמנט אפס) ואלמנט מנהלי.
על מנת שאלמנט האפס ישווה את הערך הנמדד של המשתנה הנשלט עם הערך שנקבע, יש צורך להזין את הערך המוגדר של הפרמטר בבקר האוטומטי. זה נעשה בעזרת מכשיר מיוחד, מה שנקרא מאסטר, הממיר את ההתאמה האוטומטית של הערך שנקבע של הפרמטר לאות פיזי ברמה מסוימת.
במקרה זה, חשוב שהאותות הפיזיים של יציאות החיישן והערך שנקבע יהיו מאותו אופי. רק במקרה זה ניתן להשוות עם גוף ריק.
כמו כן, יש לציין כי כוחו של אות המוצא התואם לשגיאת הרגולציה אינו מספיק, ככלל, כדי לשלוט על פעולת הגוף המבצע. בהקשר זה, האות שצוין מוגבר מראש. לכן, הווסת האוטומטי, בנוסף לשלושת החלקים העיקריים המצוינים (חיישן, אלמנט אפס ומפעיל), כולל גם הגדרה ומגבר.
תרשים בלוקים טיפוסי של מערכת בקרה אוטומטית
כפי שניתן לראות מתרשים זה, מערכת הבקרה האוטומטית סגורה. מאובייקט הבקרה, מידע על הערך של הפרמטר הנשלט עובר לחיישן, ולאחר מכן לגוף האפס, ולאחר מכן האות התואם לשגיאת הבקרה עובר דרך המגבר לגוף המנהל, שיש לו את ההשפעה הדרושה על אובייקט שליטה.
תנועת האותות מאובייקט הבקרה לגוף האפס היא לולאת משוב. משוב הוא תנאי מוקדם לתהליך הרגולציה. לולאה סגורה כזו מושפעת גם מהשפעות חיצוניות.
ראשית (וזה החשוב ביותר), מושא הרגולציה חשוף להשפעות חיצוניות.השפעות אלו הן הגורמות לשינויים בפרמטרים של מדינתו וכופים רגולציה.
שנית, ההשפעה החיצונית על המעגל של מערכת הבקרה האוטומטית היא הקלט לגוף האפס דרך הערך המוגדר של הערך הנדרש של הפרמטר המבוקר, אשר נקבע על סמך ניתוח מצב הפעולה של המערכת כולה, אשר כולל מכשיר אוטומטי זה. ניתוח זה מבוצע על ידי אדם או מחשב בקרה.
דוגמאות לרגולטורים אוטומטיים: