БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 247
А. С. КЛЮЕВ
ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ
АВТОМАТИЧЕСКИЕ
РЕГУЛЯТОРЫ
И ИХ НАСТРОЙКА
К1
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1967

6П2.154
К 52
УДК 621.3.078
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, А. И. Бертинов, С. Н. Вешеневский, А. А. Воронов,
Д. А. Жучков, Л. М. Закс, Н. Е. Кобринский, В. С. Малов,
В. Э. Низе, О. В. Слежановский, Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников,
А. С. Шаталов
Клюев А. С.
К 52 Двухпозиционные автоматические регулято-
ры и их настройка. М., «Энергия», 1967.
104 с. с илл. (Б-ка по автоматике. Вып. 247)
В книге дается описание основных современных регулирую-
щих двухпозиционных приборов, регуляторов и устройств. Из-
лагаются методы их настройки, расчета и области применения.
Рассматриваются вопросы улучшения качества двухпозици-
онного регулирования.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников,
занимающихся вопросами проектирования, монтажа, наладки и
эксплуатации систем автоматического регулирования.
3-3-13
220^7 6П2Л54
К,люев Анатолий Степанович
Двухпозиционные автоматические регуляторы и их настройка
Редактор В. В. Бурляев
Художественный редактор Д. И. Чернышев
Технический редактор В. В. Зеркаленкова
(Корректор Е. X. Горбунова
Сдано в набор 31/III 1967 г. Подписано к печати 24/VI 1967 г. Т-07004
Формат 84ХIO8V32 Бумага типографская № 2
Усл. печ. л. 5,46 Уч.-изд. л. 6,91 Тираж 14 000 экз.
Цена 35 коп. Зак. 146
Издательство .Энергия". Москва, Ж-114, Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Шлюзовая наб., 10.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Комплексная автоматизация производства является одним из
решающих факторов повышения производительности труда в народ-
ном хозяйстве.
При внедрении средств автоматизации в первую очередь необхо-
димо учитывать сроки окупаемости капитальных затрат на автомати-
зацию производства, повышение фондоотдачи основных средств и
надежность работы систем автоматического регулирования.
В связи 1С этим, наряду со сложными регулирующими устрой-
ствами там, где по условиям технологии не предъявляется жестких
требований к качеству регулирования, необходимо широко применять
наиболее дешевые, простые в наладке и надежные в эксплуатации
двухпозиционные автоматические регуляторы.
В настоящей книге дается описание современных двухпозицион-
ных регулирующих устройств и излагаются методы определения их
параметров настройки.
Для расширения области применения двухиозиционных регуля- •
торов описываются методы улучшения качества двухпозиционяого
регулирования.

ГЛАВ A I
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И РАСЧЕТ НАСТРОЙКИ
ДВУХПОЗИЦИОННЫХ РЕГУЛЯТОРОВ
1-1. Характеристики двухпозиционных регуляторов
Двухпозиционными (регуляторами мы будем называть такие ре-
гуляторы, выходная величина которых может принимать только два
установившихся значения.
Так, если .в качестве выходного элемента двухпозиционного ре-
гулятора используется 1реле, то одно установившееся значение выход-
ной величины соответствует отключенному состоянию реле, а вто-
рое— включенному. В связи с этим двухшзиционные регуляторы
иногда называют регуляторами, работающими по принципу «да—нет».
Г"
0%
СУ
е
У
ИМ
Регулятор
ИУ
РегулируЛ
емый
ООЪь
тент
т
\_ Объект J
Рис. 1-1. Функциональная схема одноконтурной систе-
мы автоматического регулирования.
Исходя из двоичной системы счета, одно установившееся состоя-
ние выходной величины регулятора иногда обозначают 0, а противо-
положное состояние 1. В этом случае двухшзиционные регуляторы
также называют регуляторами с законом регулирования 0—1.
Автоматический регулятор в общем случае состоит из задающего
устройства ЗУ, измерительного устройства ИУ, суммирующего
устройства СУ, усилителя У и исполнительного механизма ИМ.
Функциональная схема автоматического регулятора представле-
на на рис. 1-1.
Автоматический регулятор, воздействуя на регулирующий орган
РО, обеспечивает заданное значение регулируемой величины (пара-
4

метра) в регулируемом объекте. Так как регулирующий орган РО
является устройством, воспринимающим регулирующее воздействие
регулятора на объект, то РО /принято рассматривать как составную
часть объекта регулирования.
В суммирующем устройстве регулятора значение регулируемой
величины х, поступающее от измерительного устройства, сравнивает-
ся с ее заданным значением поступающим от задающего
устройства. Если действительное значение регулируемой величины
. )
MOO
СУ.
им
Объект
Регулятор
L
ИУ
. J
Рис. 1-2. Функциональная схема многоконтурной системы
автоматического регулирования.
не равно ее заданному значению, то их разность, или сигнал ошиб-
ки, e=g(t)—х поступает на вход регулятора, который при этом
воздействует на объект регулирования таким образом, чтобы восста-
новить заданное значение регулируемой величины объекта.
Усилительное устройство регулятора усиливает сигнал ошибки 8,
преобразует ее в тот или иной вид энергии, необходимый для управ-
ления исполнительным меха-
низмом регулятора, а так
же формирует требуемый
закон регулирования регу-
лятора.
Подача значения регу-
лируемой величины х на
вход регулятора называет-
ся глазной обратной связью.
Для получения требуе-
мого закона регулирования
%(Р)
Рис. 1-3. Структурная схема системы
автоматического регулирования по
каналу регулирующего воздействия.
в регуляторе в общем случае применяют также местные обратные
связи, а так же последовательные и параллельные корректирующие
устройства.
На рис. Л-2 представлена функциональная схема автоматическо-
го регулятора с местной обратной связью МОС, через которую выход
с исполнительного механизма поступает на вход регулятора.
В выходной величине измерительного устройства ИУ однозначно
закодировано значение регулируемой величины в данный момент
времени.
Назначение измерительного элемента состоит в преобразовании
регулируемой величины к виду, удобному для сравнения ее с задан-
5

ньш значением в суммирующем устройстве СУ. В связи с этим в со-
временной теории автоматического регулирования при расчете систе-
мы принято относить измерительное устройство к суммирующему
устройству или объекту регулирования.
Обозначим передаточную функцию регулятора Wp(p), а переда-
точную функцию объекта W0&{p).
Таким образом, система автоматического регулирования по кана-
лу регулирующего воздействия может быть представлена в виде
структурной схемы, изображен-
ной на рис. 1-3.
На рис. 1-4 представлена
система автоматического регу-
лирования уровня с двухпози-
ционным регулятором.
В бак 1 вода подается
центробежным насосом 2, кото-
рый вращается электродвига-
телем Д. Когда уровень воды
поднимается до контактного
электрода 3, замыкается цепь
промежуточного реле Р, кото-
рое разорвет цепь магнитного
пускателя ПМ и электродвига-
тель Д остановится. Благодаря
расходу воды потребителями
Qot[-W3/££/c], уровень воды в
баке будет понижаться, цепь
реле Р разомкнётся, магнитный
пускатель ПМ сработает, элек-
Рис. 1-4. Система автоматического
регулирования уровня с двухпо-
зиционньим регулятором без зоны
неоднозначности.
тродвигатель Д включится и, вращая центробежный насос, будет
подавать воду в бак Qnv[M3lceK].
Двухпозиционный регулятор системы состоит из контактного
электрода 3, который является измерительным устройством регуля-
тора, промежуточного реле Р и магнитного пускателя ПМ, образую-
щих усилительное устройство, и исполнительного механизма в виде
электродвигателя Д.
О
а)
в,
1*/»
с
0 *
б)
в
е
0 *
-В
Рис. 1-5. Статические характеристики двухпозиционного регу-
лятора без зоны неоднозначности.
Заданное значение уровня устанавливается путем перемещения
контактного электрода 3. Таким образом, контактный электрод одно-
временно служит измерительным, задающим и суммирующим устрой-
ством peгyлятqpa.
6

На рис. 1-5,а представлена статическая характеристика двухпози-
ционного регулятора рис. 1-4.
Цри заданном уровне h0 и ее действительном значении h вход-
ная величина регулятора равна &—h0—h.
Практически регулятор ие имеет зоны неоднозначности.
При е>0 или h<h0} цепь промежуточного реле Р разомкнута,
электродвигатель Д вращается с номинальным числом оборотов
хр=пя и результирующее поступление воды в бак равно Q =
= Qnp—Qot-
При е<0 или h>hQ} цепь промежуточного реле Р замкнута, элек-
тродвигатель Д находится в покое % = 0 и результирующее воздей-
ствие системы на объект равно Q=—Q0T.
Статическая характеристика (рис. 1-5,а) регулятора (рис. 1-4)
аналитически определяется зависимостями:
хр = пн при е > 0;
Xv = 0 При е <С 0,
где xv — регулирующее воздействие регулятора на объект.
Выразив число оборотов электродвигателя в относительных еди-
ницах 'номинального числа оборотов, получим:
*р = 1 при е>0; \
хр = 0 при е<0. J
Из выражения (il-l) ясно, почему двухпозиционные регуляторы
иногда называют регуляторами с законом регулирования 0—d или
«да—нет».
При исследовании систем автоматического регулирования за ну-
левое, исходное состояние системы принимается ее условно устано-
вившееся состояние, при котором регулируемая величина равна
заданному значению. Все величины в системе отсчитываются в при-
ращениях от условно установившегося состояния. Перенося начало
координат на рис. 1-5,а в точку, соответствующую числу оборотов п0
электродвигателя Д, обеспечивающее при постоянном вращении
с этим числом оборотов заданный уровень h0 при постоянном расхо-
де Qoot, т. е. QooT = Qonp, получим статическую характеристику
рис. 1-5,6 двухлозиционного регулятора рис. 1-4 в приращениях от
заданного или условно равновесного* состояния.
Обозначив в общем случае регулирующее воздействие регулято-
ра на объект через В{ и В2 в приращениях от условно равновесного
состояния, получим:
^р=В1прие>0; \
Xv= — В2 При е < 0. /
С учетом этого между значениями выходной величины регуля-
тора, на рис. 1-5,а и б имеется очевидная зависимость
В\—пп—По, В2—По, пв=В\-\-В2.
При Bi=B2=B получим симметричную статическую характери-
стику, представленную на рис. 1-5,в.
7

Симметричная статическая характеристика двухпозиционного ре-
гулятора определяется выражениями:
л:Р = В при е > 0;
Л'р = — В при е < 0,
(1-3)
Система автоматического регулирования рис. 1-4 обеспечивает
заданное значение уровня h0. Однако ее основной недостаток состоит
в том, что электродвигатель Д работает »в режиме частых кратковре-
менных включений, в результате чего сокращается срок его службы
и увеличивается расход электроэнергии на пусковые токи.
Рис. 1-6. Система автоматического регулирования
уровня с двухпозиционным регулятором с зоной не-
однозначности.
Если по условиям технологии необходимо строго поддерживать
заданное значение уровня в баке, то при достаточно мощном элек-
тродвигателе нужно применять другие автоматические регуляторы
с более сложными законами регулирования (например, ПИ-регуля-
тор).
Если же допустимо колебание уровня в баке в пределах ±а от
заданного, то в этом случае целесообразно применить двухпозицион-
ный регулятор по схеме рис. 1-6.
В отличие от схемы рис. 1-4 этот регулятор имеет два контакт-
ных электрода Э\ и Э2 и два промежуточных реле управления Р{
и Р2. Контактный электрод Э\ устанавливается на нижний допусти-
мый уровень воды :в баке, а электрод Э2 устанавливается в положе-
ние, соответствующее верхнему допустимому уровню в баке. Рас-
стояние между электродами по высоте равно допустимому колеба-
нию уровня воды :в баке Л/г = 2 а.
Р9 ПМ
8

При включении регулятора через размыкающий контакт реле Р{
включается магнитный пускатель ПМ и электродвигатель Д начнет
вращаться, шалавая насосом воду в бак. Одновременно замкнется
цепь самоблокировки катушки магнитного пускателя через размы-
кающий контакт реле Р2. Когда уровень в баке достигнет электро-
да Эи включится реле Л, но при этом катушка магнитного пускателя
не обесточится, так как останется включенной цепь самоблокировки.
Когда уровень достигнет электрода 32, включится реле Р2, которое
своим контактом разорвет цепь самоблокировки катушки магнитного
пускателя и электродвигатель остановится. После этого благодаря
-а
в,
в
- а
-о*
'а е
-3
а)
6)
Рис. 1-7. Статические характеристики двухпозиционного регулятора
с зоной неоднозначности.
постоянному расходу воды из бака Q0T уровень начнет понижаться.
При этом сначала разорвется цепь реле Р2, а затем, когда уровень
достигнет нижнего допустимого значения, разорвется цепь реле Pi и
через его контакт включится магнитный пускатель ПМ. После этого
процесс регулирования будет повторяться.
На рис. 1-7,а представлены статические характеристики описан-
ного двухпозиционного регулятора с зоной неоднозначности, рав-
ной 2 а.
На рис. 1-7,6 приведена статическая характеристика двухпози-
ционных регуляторов с зоной неоднозначности в приращениях от
состояния равновесия.
Аналитически она определяется зависимостями
xv — Вх при е ^ а\
хр = — В2 при s <; — а;
ds }
xv = Вг при - й<е<ай^г<0; \
xv = — В2 при с— я<е<яи^->0. )
(1-4)
)
При Bi = B2=£ получаем симметричную статическую характе-
ристику двухпозиционных регуляторов с зоной неоднозначности
(рис. 1-7,<з).
9

Эта характеристика определяется следующими зависимостями:
xv = В при е ^ а\
xv =— В при е <1— а;
de
Хр = В при — и
= — В при — а < е < а и
0.
(1-5)
)
В системе автоматического регулирования рис. 1-6 величина
зоны (неоднозначности может изменяться перемещением контактных
электродов относительно друг друга. Заданное значение регулируе-
мой величины устанавливается совместным (Перемещением контакт-
ных электродов.
ЭУ
. 1
Рис. 1-8. Система автоматического регулирования температу-
ры с двухпозиционным регулятором без зоны неоднозначности.
В некоторых двухпозиционных регуляторах зона неоднозначно-
сти определяется физическими свойствами тех или иных элементов,
входящих в состав регулятора, и уменьшение зоны неоднозначности
в этих регуляторах сопряжено с определенными трудностями. Так
как чем больше зона неоднозначности, тем больше диапазон колеба-
ний регулируемой величины, то при выборе элементов двухпози-
ционного регулятора необходимо всегда учитывать это обстоятель-
ство. На рис. 1-8 представлена система автоматического регулирова-
ния температуры с двухпозиционным регулятором.
При включении регулятора через размыкающий контакт реле Р
на нагревательный элемент Н объекта регулирования подается на-
пряжение с автотрансформатора AT. Когда температура объекта
меньше заданной, измерительный мост М разбалансирован и на вход
электронного усилителя ЭУ подается переменное напряжение в про-
тивофазе с питающим его анодным напряжением и на выходе ЭУ
напряжение будет равно нулю. Когда температура достигнет задан-
ного значения, то благодаря увеличению величины сопротивления
термометра сопротивления Rt, измерительный мост будет сбаланси-
рован. При дальнейшем увеличении температуры на выходе изме-
10

рительного моста появится переменное напряжение, совпадающее по
фазе с анодным напряжением ЭУ. Это напряжение будет усиливаться
электронным усилителем и подаваться на реле Р. Когда выходное
напряжение ЭУ достигнет величины напряжения срабатывания иСр
реле Р, реле срабатывает и нагревательный элемент Я отключается.
Температура объекта начнет уменьшаться. Также будет умень-
шаться выходное напряжение ЭУ. При уменьшении этого напряже-
ния до величины напряжения отпускания иот реле, реле отпустит и
через его контакт возобновится подача энергии в объект.
Зона неоднозначности регулятора равна:
мор кот
#2 — ^1 = £ , (1-6)
где к — общий коэффициент передачи участка цепи системы регули-
рования, включая термометр сопротивления, измерительный мост и
электронный усилитель. Заданное значение регулируемой величины
устанавливается путем перемещения движка сопротивления R%.
О 11 от аср
к к
Рис. 1-9. Статическая характеристика двухпозиционного
регулятора системы рис. il-8.
Статическая характеристика двухпозиционного регулятора
рис. 1-8 представлена на рис. 1-9,а.
Если при настройке двухпозиционного регулятора заданное зна-
чение регулируемой величины уменьшить против его действительно
необходимого значения на величину As = ~2£ («от+«ср), то характе-
ристику рис. 1-9,а можно привести к виду рис. 1-7,а или, в прира-
щениях от заданного состояния системы, к виду рис. 1-7,6 или 1-7,в.
Статические характеристики рис. 1-7,6 и в двухпозиционного ре-
гулятора рис. 1-8 можно также получить путем изменения величины
постоянного напряжения смещения на сетке входной электронной
лампы первого каскада усиления электронного усилителя.
Из выражения (1-6) следует, что величина зоны неоднозначности
характеризуется электромагнитными и электромеханическими свой-
ствами выходного реле, которые определяют величины напряжения
его срабатывания и отпускания. Отношение напряжения отпускания
реле к напряжению срабатывания называется коэффициентом воз-
врата реле.
11

Таким образом, для обеспечения небольшой зоны неоднозначно-
сти двухпозиционного регулятора необходимо выходное реле выби-
рать с большим коэффициентом возврата.
При выбранном реле зона неоднозначности может быть умень-
шена путем увеличения коэффициента усиления электронного уси-
лителя.
Рис. 1-10. Система двухпозиционного автоматического регули-
рования температуры с неполным оттоком энергии.
В общем случае статическая характеристика двухпозиционного
регулятора с зоной неоднозначности имеет вид, представленный на
рис. 1-9,6.
Такую характеристику, например, имеет регулятор, изображен-
ный на рис. 1-10.
При температуре в объекте меньше заданной нагревательные
элементы Н{ и Н2 размыкающими контактами реле Р соединяются
параллельно и на каждый
?;
x
x
x
Рис. 1-11. Структурная схема систе-
мы автоматического регулирования
с двухпозиционным регулятором.
нагревательный элемент по-
дается от автотрансформа-
тора полное напряжение.
При достижении темпера-
турой заданного значения и
дальнейшем ее повышении
срабатывает реле Р, его
размыкающие контакты раз-
мыкаются; с помощью за-
мыкающего контакта ре-
ле Р нагревательные элементы соединяются последовательно.
При одинаковом сопротивлении нагревательных элементов напря-
жение на каждом из них уменьшается в 2 раза, в результате
чего IB 4 раза уменьшается подача энергии в объект.
Однако и в этом случае путем соответствующей настройки
электронного усилителя или корректировки задания в приращениях
от условно равновесного состояния можно статическую характери-
стику привести к виду рис. >1-7,б и в. При зоне неоднозначности, рав-
ной нулю, получим статические характеристики рис. 1-5,6 и в.
12

Таким образом, основными статическими характеристиками двух-
позиционных регуляторов являются характеристики, представленные
на рис. 1-5,6 и б и рис. 1-7,6 и в.
С учетом рис. 1-3 структурная схема системы автоматического
регулирования с двухпозичионным регулятором ДР представлена
на рис. 1-11.
1-2. Процесс двухпозиционного регулирования и особенности
настройки двухпозиционных регуляторов при отсутствии
запаздывания в системе
а) Объект без с а м о в ы р а в н и в а я и я. Передаточная
функция объекта без самовыравнивания имеет вид:
Wos(P) = f. (1-7)
При поступлении на вход объекта от двухпозиционного регуля-
тора величины xv = B (рис. 1-Г2,а) регулируемая величина будет из-
меняться по прямой (рис. 1-12,6)
X = k0bBt.
-8)
Если двухпозиционный регулятор имеет симметричную статиче-
скую характеристику (рис. 1-12,в) с зоной неоднозначности, то пере-
Рис. 1-12. Переходные процессы в системе (г) и регуляторе (д)
при двухпозиционном регуляторе с переходной функцией (а)
и симметричной статической характеристикой с зоной неодно-
значности (в) в случае объекта без самовыравнивания с пере-
ходной функцией (6).
13

ключение (регулятора будет происходить при достижении регулируе-
мой величиной граничных значений зоны неоднозначности
(рис. 1-12,г и д).
В системе в установившемся состоянии возникают переодическче
симметричные автоколебания регулируемой величины относительно
ее «аданного значения. Диапазон колебаний регулируемой величины
Ах=2а.
(1-9)
Длительность положительного импульса t\ в установившемся
процессе равна длительности отрицательного импульса t2 и равна
полупериоду колебаний
\j0
2а
Период колебаний
(1-10)
Ть =
4а
k06B'
(1-11)
- 8,
t,
t
Частота переключений ре-
гулятора в единицу вре-
мени равна:
п = ~2Г- (М2)
Если статическая ха-
рактеристика регулятора
имеет вид, представленный
на рис. 1-7,6, то установив-
шиеся колебания регули-
руемой величины имеют
вид, приведенный на
рис. 1-13.
В этом случае длительность положительного и отрицательного
импульсов в установившемся процессе соответственно равна:
Рис. 1-13. Переходной процесс в си-
стеме и регуляторе при несимметрич-
ной статической характеристике двух-
позиционного регулятора с зоной не-
однозначности и объекта без само-
выравнивания.
2а
2а
кобВ2
Период колебаний
Частота переключений регулятора
п =
(1-13)
(1-14)
(1-15)
a(Bt + B2) '
Из рис. 1-12 и 1 -(13, а так же выражения (1-9) следует, что
уменьшение диапазона колебания регулируемой величины возможно
только за счет уменьшения зоны неоднозначности регулятора.
Однако при этом следует иметь в виду, что уменьшение диапа-
зона колебаний регулируемой величины приводит к увеличению ча-
стоты переключений регулятора.
14

Так из выражений (1-12) и (1-15) следует, что лри диапазоне
колебаний регулируемой величины, стремящемся к нулю, частота
переключений регулятора стремится к бесконечности.
Из выражений (1-12) и (1-15) следует, что для уменьшения ча-
стоты переключений двухпозиционного регулятора необходимо
уменьшить величину коммутируемой энергии В регулятором.
б) Одноемкостный объект с с а м о в ы р а в н и в а-
н и е м. Передаточная функция одноемкостного объекта с самовы-
равниванием
Уоб(/>)= ткр°+х ■ (Мб)
Рис. 1-14. Установившийся процесс регулирования в системе и ре-
гуляторе при симметричной (а) и несимметричной (б) статических
характеристик двухпозиционного регулятора с зоной неоднозначно-
сти в случае объекта с самовыравниванием.
При поступлении в установившемся состоянии на вход объекта
ступенчатой постоянной величины В регулируемая величина будет
изменяться по экспоненциальному закону
x = ko6[\-e Г)- (1-17)
На рис. 1-14 показан установившийся процесс колебания регу-
лируемой величины х и регулирующего воздействия регулятора xv.
Установившийся процесс регулирования симметричен относи-
тельно заданного значения и, следовательно, длительности положи-
тельного и отрицательного импульсов равны.
15

С учетом выражения (1-17) и рис. 1-14,а находим диапазон ко-
лебаний
Ах = 2а=(к0бВ + а) (l — е (1-18)
Из этого выражения находим длительность импульсов регуля-
тора:
Период установившихся колебаний
Частота переключений регулятора
2
n = jr-. (1-21)
Если статическая характеристика регулятора имеет вид, пред-
ставленный на рис. 1-7,0, то длительность импульсов (рис. 1-14,0)
будет равна:
koeB. + a ko6B2 + o
t^Tlnko6Bl^a^ ** = ТЫкоб'6%-а' (Ь22)
Период установившихся колебаний
_ Г (ko6Bi+ a)(ko6B2 +а) I
7 к ~1 ln L (*обВ, - а) (йобВ2 - а) \ •
(1-23)
Частоту переключений регулятора можно определить как вели-
чину, обратную полупериоду колебания (1-21).
Из выражений (1-20)—(1-23) следует, что при одноемкостном
объекте с самовыравниванием, так же как и в случае объекта без
самовыравнивания, уменьшение зоны неоднозначности приводит
к уменьшению периода колебаний и увеличению числа переключений
регулятора. Уменьшение числа переключений возможно за счет
уменьшения величины энергии, коммутируемой регулятором. Однако
при этом следует иметь в виду, что регулирующее воздействие регу-
лятора должно полностью компенсировать самые большие возмож-
ные возмущающие воздействия на объект.
Увеличение постоянной времени объекта при прочих равных
условиях также увеличивает период колебаний и уменьшает частоту
переключений регулятора.
При зоне неоднозначности статической характеристики, равной
нулю, число переключений двухпозиционного регулятора должно
быть равно бесконечности. Поэтому в системах автоматического ре-
гулирования без запаздывания двухпозиционные регуляторы со ста-
тической характеристикой без зоны неоднозначности (рис. 1-5)
в общем случае работают ненадежно.
Рассмотрим несколько примеров определения параметров на-
стройки и расчета систем автоматического регулирования с двухпо-
зиционным регулятором при отсутствии запаздывания в системе.
16

Пример 1. Имеем систему автоматического регулирования
уровня воды в резервуаре, отличающуюся от системы рис. 1-6 тем,
что из резервуара вода подается к потребителю с помощью насоса,
производительность которого Q0T не зависит от уровня жидкости
в резервуаре. Заданный уровень воды в резервуаре равен /*0=5 м.
Центробежный насос, подающий воду в резервуар, обеспечивает
производительность Qonp, равную данному расходу Q0OT при числе
оборотов двигателя равном 50% номинального числа оборотов
двигателя
я0=0,5 пи.
Коэффициент передачи объекта £Об = 10~3 сект1. Допустимое чис-
ло включений двигателя т=20 включений/ч.
Требуется определить, на каком расстоянии относительно задан-
ного уровня необходимо установить контактные электроды.
Так как производительность нагнетающего и отсасывающего на-
сосов практически не зависит от уровня воды в резервуаре, то объект
регулирования в динамическом отношении может быть представлен
интегрирующим звеном с передаточной функцией (1-7). В связи
с тем, что производительность насосов пропорциональна числу обо-
ротов, то регулирующее воздействие регулятора в приращениях от
заданного значения уровня равно:
В i=пп—п0=2п0—п0= п0=В2=В
или в относительных единицах
Из выражения (1-12) находим диапазон колебаний уровня воды
в резервуаре в относительных единицах:
koeB 10-М-60-60
2а = — = 2^2 = °'09'
где п=т • 2.
Таким образом, электроды в резервуаре должны быть установ-
лены на отметках
А1=Л0--аЛо=5—5-0,045=4,775 ж;
h2=h0+aho=5,225 м.
Диапазон колебаний уровня воды в резервуаре в абсолютных едини-
цах равен:
2а=0,09- 5=0,45 м.
Пример 2. На систему, рассмотренную в п. il, поступает сту-
пенчатое возмущающее воздействие со стороны оттока, для компен-
сации ^которого в равновесном состоянии необходимо увеличение
числа оборотов нагнетающего насоса на
Дя0=0,2 лн.
Требуется определить частоту включепЫ^рдрфу/щщауеффщ-;
мя его включенного и отключенного состояния за^д^.щедщ^^утро-
должительность включения ПВ в процентах!
2—146 47

Определим регулирующее воздействие Bi регулятора на объект
при включении электродвигателя в приращениях от условно равно-
весного состояния в относительных единицах
0,7 п"
В> = jj-^- = — = 0,43,
где n0i=по+Апо=0,7 ян— число оборотов электродвигателя ори но-
вом условно равновесном состоянии.
Соответственно, при отключении электродвигателя регулирующее
воздействие будет равно:
R ^1 1
в2= — = 1.
''01
Согласно (1-15) находим частоту переключений регулятора:
Ю-3-1.0,43-60.60
п = 0,045(1 + 0,43) = 24 пеРеКЛЮченш1ч,
Число включений электродвигателя
п
т = = 12 включении/ч.
По (1-13) определяем время включенного состояния электродвигателя
0,09
— 10-3-0,43.60 ~~ 3,4 мин
и время его отключенного состояния за один период
0,09 _
*2 — 10~1 «60 = мин.
Продолжительность включения электродвигателя
/, _ 3,49
<% = 3,49 + 1,5 = 70°/°-
Пример 3. Имеем систему автоматического регулирования
уровня воды в резервуаре, принципиальная схема которой изображе-
на на рис. 1-6.
Заданное значение уровня h0=5 м. Электроды установлены на
отметках
Л1== 4,775 ж, /*2=5,225 м.
В равновесном состоянии п0=0,7 пн.
Коэффициент передачи объекта регулирования &0б = 1 и постоян-
ная времени 7=20 мин.
Требуется определить период установившихся колебаний уровня
воды ц резервуаре.
Так как в этом случае расход воды из резервуара зависит от
уровня, то в динамическом отношении объект регулирования являет-
18

ся инерционным звеном первого порядка с передаточной функцией
(1-16).
Регулирующее воздействие регулятора на объект равно = 0,43
и52=1.
Из (1-22) находим:
1.0,43 + 0,045
tx = 20 In i .q 43 q Q45 = 4,15 мин\ t2 = 1,8 мин.
Период установившихся колебаний
Гк = 4,15+1,8=5,95 мин.
1-3. Процесс двухпозиционного регулирования и особенности
настройки двухпозиционных регуляторов при наличии запаздывания
в системе
а) Объект без самовыравнивания с запаздыва-
нием. Так как запаздывающее авено имеет передаточную функцию
то, с учетом (1-7), объект
без самовыравнивания с
запаздыванием имеет пере-
даточную функцию
W(p)
1
Wo6 (/>) = — в'
-р-1
(1-25)
а)
где т — время запаздыва-
ния.
Таким образом, объект
без самовыравниваиия с
запаздыванием в динамиче-
ском отношении можно
представить в виде инте-
грирующего и запаздываю-
щего звеньев, соединенных
последовательно (рис
Ы5,а).
При поступлении на
вход объекта от регуля-
тора ступенчатого воздей-
Рис. 1-15. Представление
объекта с запаздыванием
в виде объекта без запазды-
вания, последовательно со-
единенного с запаздываю-
щим звеном (а), и переход-
ные функции объекта без
самовыравнивания при от-
сутствии (б) и наличии (в)
запаздывания в нем при по-
стоянном регулирующем
воздействии на объект.
2»
1 х
^x-^Sft-tj
t
т
6J
19

ствия xv = B выходная величина интегрирующего звена, кото-
рая является внутренней промежуточной величиной хп объекта,
(рис. 1-15), будет изменяться по прямой xu=k06bt. Так как при про-
хождении через запаздывающее звено сигнал не меняет своей фор-
мы, а только сдвигается по времени на величину запаздывания т, то
выходная величина объекта (рис. 1-15,в) будет изменяться по пря-
мой x = k06B(t—т).
> x
Л]
/ у
р\
\\ /А
К"
/ /
/ /
\ \ / /
\\ t
\ \
\ \
\ \
ъ£ц
В
-в
1
Рис. 1-16. Установившийся процесс регули-
рования в системе и регуляторе при симме-
тричной статической характеристике двух-
позиционного регулятора с зоной неодно-
значности в случае объекта без самовырав-
нивания при наличии запаздывания в си-
стеме.
В связи с тем, что регулятор реагирует на изменение выходной
величины объекта, диапазон колебаний регулируемой величины
(рис. 1-16) при наличии запаздывания в системе будет больше зоны
неоднозначности статической характеристики (рис. 1-7,в) двухпозл-
ционяого регулятора.
При симметричной характеристике регулятора длительность по-
ложительного импульса равна длительности отрицательного импуль-
са и определяется выражением
<>='*=2(х+хЬ)- с-26)
Период колебаний
г«=4(*+ет} (1*27)
Частота переключений регулятора
(1-28)
кобВ
п - 2 (я + кобВт)'
20

Диапазон колебаний регулируемой величины
Ах=*2(а+ЬобВт). (1-29)
Из выражений (1-26)—i(l-29) следует, что чем больше время за-
паздывания в системе, тем больше диапазон колебаний регулируе-
мой величины и тем меньше частота переключений регулятора.
Для объектов с запаздыванием в большинстве случаев целесооб-
разно (Применение двухпозиционных регуляторов без зоны неодно-
значности (рис. 1-5,в).
В этом случае период колебаний будет равен:
Гк=4т. (1-30)
Число переключений регулятора
Диапазон колебаний регулируемой величины
Лх=2&обЯт (1-32)
Если регулятор имеет несимметричную статическую характери-
стику с зоной неоднозначности .(рис. 1-7,6), то длительность положи-
тельного импульса будет равна:
<' = 41 + *7)+iw^ (1'33)
Длительность отрицательного импульса
Период колебаний
Частота переключений регулятора
п~ (Bl + B2)[2a + k06'z(Bl + B2] 9 V~™>
Диапазон колебаний регулируемой величины
Ах^2а+кобх(В1 + В2). (1-37)
Положительная амплитуда отклонения регулируемой величины
xi = a+k06BiX.
Отрицательная амплитуда отклонения
х2 = а+Ь0бВ2х.
Так как положительная и отрицательная амплитуды колебаний
не равны, то (среднее значение регулируемой величины отличается от
нулевого на величину
ео=Л0бГ(£,— В2). (1-38)
21

Следовательно, при наличии запаздывания в системе и несимме-
тричной статической характеристике регулятора при установке зада-
ния регулятору необходимо заданное значение регулируемой величи-
ны устанавливать отличной от требуемого ее значения по условиям
технологии на величину е0. В этом случае среднее значение колеба-
ний регулируемой величины в процессе регулирования будет равно
ее заданному значению по требованию технологии.
Ори наличии постоянного по величине возмущающего воздейст-
вия на объект /о, согласно ;(1-32), в законе регулирования появляется
дополнительная (погрешность
8/=&0бтД). (1-39)
Рис. 147. Установившийся процесс в системе с за-
паздыванием при симметричной статической ха-
рактеристике двухпозиционного регулятора с зо-
ной неоднозначности в случае объекта с самовы-
равниванием.
Таким образом, чем больше запаздывание в системе, тем больше
погрешность регулирования при возмущающих воздействиях на си-
стему.
б) Объект с самовыравциванием и запаздыва-
нием. С учетом (1-16), передаточная функция объекта с самовырав-
ниванием при наличии запаздывания т будет равна:
Установившийся процесс регулирования при симметричной ста-
тической характеристике двухпозиционного регулятора с зоной неод-
нозначности имеет вид, представленный на рис. 1-17.
Длительности положительного и отрицательного импульсов опре-
деляются выражением:
*1==/2 = , + Пп й^=Га • О"41)
22

(1-42)
Диапазон колебаний
Ах = 2 [fcoeB^l — е Т^)+ае Т • (1-43)
Колебания (регулируемой величины симметричны относительно
заданного значения. На рис. 1-18 представлен установившийся про-
цесс регулирования при несимметричной статической характеристике
двухпозиционного регулятора с зоной неоднозначности.
Рис. 1-18. Установившийся процесс в системе с за-
паздыванием при несимметричной статической ха-
рактеристике двухпозиционного регулятора с зо-
ной неоднозначности в случае объекта с самовы-
равниванием.
В этом случае длительность положительного импульса равна:
'i = z + Т ln kotBi-a * (М4)
Длительность отрицательного импульса
23

Период колебаний
т
A!o6(B, + B2)-(feo6B2— а)е Г]х
Тг, = ^ + Т\п ko6Bl-a)X •
x
А коб(Вх + Вг) — (коьВ1 — а)е
Х(кобВ2 — а)
Диапазон колебаний
(1-46)
Ах = к0б(В1 + В2)^\ -с T>j + 2ae Г- (1-47)
Положительная амплитуда колебаний регулируемой величины
(
ч
xx = kobBx(\ — e T^j+ae Г- (1-48)
Отрицательная амплитуда
x2=k0(>B2^\—е Т^)+ае Т- (1-49)
Так как положительная и отрицательная амплитуды колебаний
не равны, то среднее значение регулируемой величины отличается
от нулевого (рис. 1-18) на величину
bq = ko6(Bl — B2) (l —* ТУ
(1-50)
Постоянную погрешность регулирования можно устранить путем
коррекции задания регулятору.
При поступлении «а объект постоянного возмущающего воздей-
ствия /о в законе регулирования появляется дополнительная постоян-
ная погрешность
*/ = W.(l-* Г)' (1-51)
Если двухпозиционный регулятор не имеет зоны неоднозначно-
сти, то для этого случая можно найти выражения, определяющие
процесс регулирования, из формул (1-41)—(1-49), полагая в них
а=0. Постоянная погрешность регулирования (1-50) при этом
остается такой же.
1-4. Упрощенный метод расчета инерционных систем
с двухпозиционным регулятором
Рассмотрим упрощенный метод расчета инерционных систем
с двухпозиционным регулятором. При необходимости более точного
расчета, можно воспользоваться методами, изложенными в [Л. 9] или
[Л. 16].
24

При относительно небольшом диапазоне установившихся коле-
баний регулируемой величины экспоненциальный процесс регулиро-
вания можно заменить линейным
x — ko б у /•
Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен:
tg а = &иб -уг.
(1-52)
(1-53)
Если объект не имеет запаздывания, то при симметричной стати-
ческой характеристике регулятора с зоной неоднозначности, анало-
гично (1-9) — (1-12), получим выражения, оцределяющие процесс ре-
гулирования
2аТ
4аТ
, Ах = 2а\
ко б В
k06b'
2аТ '
(1-54)
При несимметричной статической характеристике регулятора с зо-
ной неоднозначности, аналогично (1-14) и (1-15), найдем:
Ах = 2а, tx ■-
2аТ
kodBi
> и
2аТ .
k0&BAB2
(1-55)
аТ(Вх + В2)' }
При наличии запаздывания в системе и симметричной статической
характеристики регулятора с зоной неоднозначности соответственно,
найдем:
1
Ах =2 (а + k06B , U = к = 2 + \
( аТ \ ko6B
TK = 4\^ + k^Bj' п== 2(aT + k0t
о б Вт,)
(1-56)
При наличии запаздывания в системе и несимметричней статиче-
ской характеристике с зоной неоднозначности получим:
Ах = 2а + k0(i (#i + В2)
/ Bt\ , 2аТ ( В, \ 2аТ
25

(в. + в.хгаг + аов^св. + й,)] '
ee = a0e(B, + B2)-f-; } (1-57)
в/ = /jo бf 0 ^7^*
При расчете процесса регулирования упрощенным методом наи-
большая погрешность расчета получается при наличии запаздыва-
ния .в системе.
Определим погрешность при расчете упрощенным методом диа-
пазона колебаний регулируемой величины при наличии запаздывания
в системе. При симметричной статической характеристике регулятора
найдем:
х х
Д = 2^а"+&об£-у-^— 2 к0бВ^\ — е T>Sj + ae rJ
x
Д = 2^a — ko6B ^1—-^+ (ko6B — a)e Т j
или
(1-58)
Относительная погрешность равна:
a — k06B ^1 — у"^+ (ьобв —
а) е
или
k06B-—(ko(>B — a)e
а> -\- кобв ~y~
k06B — (£0б£ — а) е
1.
(1-59)
(1-60)
При симметричной статической характеристике регулятора без
зоны неоднозначности (а = 0) погрешность расчета (1-59) в процентах
определяется выражением
1
7~
100.
(1-61)
— 1
Из выражений (1-58) — (1-61) видно, что с увеличением отноше-
ния t/Т величина ошибки при упрощенном расчете увеличивается.
На рис. 1-'19 погрешность расчета в процентах (1-61) представ-
лена графически. Как видно из рис. 1-19 погрешность расчета при
26

т/Г<0,2, в случае симметричной статической характеристики регу-
лятора без зоны неоднозначности, не превышает 10%.
При т/Г<0,1 погрешность расчета находится в пределах 5%.
Рассмотрим несколько примеров определения параметров на-
стройки и расчета систем автоматического регулирования с двухпо-
зиционным регулятором при наличии
запаздывания в системе.
Пример 4. Имеем систему авто-
матического регулирования температуры
нагревательной электропечи, принципи-
альная схема которой представлена на
рис. 1-8. Напряжение, снимаемое с ав-
тотрансформатора, «н=150 в. Напряже-
ние сети wc=220 в. Сопротивление на-
гревательного элемента /?=900 ом. За-
данное значение температуры в0 = 200°С.
Теплоемкость печи С=Т2 ккал/°С. Теп-
лоотдача А = 0,02 ккал/сек-° С.
Нагревательная печь в динамиче-
ском отношении является инерционным
звеном второго порядка, которое при-
ближенно может быть заменено инер-
ционным звеном первого порядка, по-
следовательно соединенного с запазды-
вающим звеном с временем запаздыва-
ния т=30 сек. Номинальное напряжение
реле на выходе электронного усилителя
ип Р = 48 в.
Напряжение срабатывания реле
ыСр=0,85«нр. Коэффициент возврата ре-
ле 1&в = 0,7. Коэффициент усилителя уча-
стка системы автоматического регулиро-
вания от объекта |До входа ЭУ в абсо-
лютных единицах k=2 в/0 С.
Требуется произвести расчет переходного процесса системы
в установившемся состоянии. Передаточная функция объекта опре-
деляется выражением (,1-40).
Определим постоянную времени нагревательной печи:
Рис. 1-19. Ошибка рас-
чета диапазона колеба-
ний регулируемой вели-
чины объекта с самовы-
равниванием при линеа-
ризации переходного
процесса цри симметрич-
ной статической характе-
ристике двухпозиционно-
го регулятора без зоны
неоднозначности.
В установившемся режиме количество энергии, потребляемой
печью, равно количеству энергии, отдаваемой ею в окружающую
среду:
Q0dt=ASQdt
или
где Qo — количество тепла, выделяемого нагревательным элементом
в единицу времени,
Ко б — коэффициент передачи нагревательной печи в абсолютных
единицах, который равен:
/Соб ^тг^ОЛЙ^50 сек-0С/ккал.
27

При изменении количества тепла, выделяемого нагревательным
элементом на AQ0, температура нагревательной печи изменится на
ЛОо и тепловой баланс печи в установившемся состоянии запишется:
e0+iae0=/co6(Qo+AQo)
или
де0=/соба<г0.
В относительных единицах запишем:
Обозначив в относительных единицах
д0о aq0 q0
w = ^-> Я~~7Т~ и #об = а об тг~ = ь
"о "о
получим:
Таким образом, передаточный коэффициент нагревательной пе-
чи, как объекта регулирования, в относительных единицах равен
единице.
Количество энергии в единицу времени, необходимого для под-
держания заданного значения температуры во=200°С, равно:
в0 200
Количество энергии QH в единицу времени, выделяемой нагрева-
тельным элементом при включении регулятора,
"н 1502
qh = 0,24-£- =0,24--gqq- = 6 ккал/сек.
Регулирующее воздействие регулятора при его включении
^i =
и выключении
= —q; 4" = 0.5
я -5s—I
R2-Qo -1.
Согласно (1-6) находим зону неоднозначности регулятора
мор — «от 0,85.48 — 0,85.48-0,7
2а = j 2 = 6°С
или в относительных единицах
2я = 2ш = 0-03-
Длительность включения нагревательного элемента определяем
по (1-44).
28

30
"600
(1+0,5) —(1—0,015)*
U = 30 + 600 Щ 0,5-0,015 = 119 СеК*
По выражению (1-45) находим длительность пауз:
1,5 — (0,5 — 0,015) е-°>05
МП
Период колебаний
t2 = 30 + 600 In — i — o 015 = 59 сеК'
Г„= 119 + 59= 178 сек.
Согласно (1 -47) находим диапазон колебаний регулируемой ве-
личины
А* = 1,5 (1 — е-°>05) + 0,03£?-°>05=0,102.
В абсолютных единицах
,Ах=0,Ш2 • 200=20,4° С.
Задание регулятору необходимо скорректировать на величину
80=— 0,5(1—е-°'05) =—0,0244
или
80=—0,0244 • 200=—4,9° С.
Положительная и отрицательная амплитуды колебаний регули-
руемой величины
Xl= (1—е-°'05) +0,015 е-°>05=0,0632;
*2 = 0,5(1— е-°.°5) +0,015 е-°.о5=о,0388
или
*i = 0,0632 -200= 12,6° С; х2=7,8°С.
Пример 5. Для системы автоматического регулирования, ра-
зобранной в примере 4, определить на сколько уменьшится диапа-
зон колебаний регулируемой величины при замене выходного реле
электронного усилителя с коэффициентом возврата £в = 0,7 на реле
с коэффициентом возврата &Bi=0,9.
Зона неоднозначности регулятора при этом реле равна:
0,85.48 — 0,85.48.0,9
2а = 2 = 2,04° С.
В относительных единицах
2 04
2д= 2^у- = 0,0102.
Диапазон колебаний регулируемой величины
Ах = 1,5 (1 —е-0-05) + 0,0102 е-°>05=0,0831.
В абсолютных единицах
Ах=0,0831 • 200= 16,6° С.
Таким образом, замена реле даст уменьшение диапазона колеба-
20,4 — 16.6
ния регулируемой величины на 20~4 ' 100=18,6%.
29

Пример 6. 'Произвести расчет переходного процесса системы
автоматического регулирования, рассмотренной в примере 4, прибли-
женным методом и определить погрешность расчета.
Согласно выражению (1-57) определяем диапазон колебания
регулируемой величины
30
Дх=0,03 + (1+0,5) goo = 0,105.
В абсолютных единицах
Дх=0,105-200=21° С.
Погрешность расчета диапазона колебаний приближенным мето-
дом составляет:
(21 — 20,4)100
5о/0 = 2Г~^ = 2,85°/о.
Пример 7. В системе автоматического регулирования, рассмо-
тренной в примере 4, необходимо уменьшить диапазон колебаний ре-
гулируемой величины до 15° С.
Определить коэффициент усиления k2 электронного усилителя
ЭУ двухпозиционного регулятора, обеспечивающий заданный диапа-
зон колебаний регулируемой величины, если коэффициент передачи
участка цепи «выход объекта — вход ЭУ» равны:
/51 = 0,002 в Г С.
Находим допустимый диапазон колебаний регулируемой вели-
чины в относительных единицах:
Д* = ^ = 0,075.
Из выражения (1-47) находим допустимую зону неоднозначно-
сти регулятора
0,05— 1,5(1 — £-°,°5)
2а = ^у5 - = 0,0019.
Из выражения (1-6) находим требуемый коэффициент усиления
ЭУ, учитывая, что k=k\k2
0,85.48 — 0,85-48.0,7 _
к*= 0,0019-200-0,002 ~ 15 800.
Таким образом, за счет повышения коэффициента усиления ЭУ,
уменьшается зона неоднозначности регулятора, в результате чего со-
кращается диапазон колебаний регулируемой величины. Однако сле-
дует отметить, что при наличии запаздывания в системе только за
счет увеличения коэффициента усиления регулятора не всегда воз-
можно уменьшить диапазон колебаний регулируемой величины до
необходимого значения. Так, в нашем примере даже при 2а=0, что
теоретически соответствует бесконечно большому значению коэффи-
циента усиления ЭУ, диапазон колебаний остается достаточно боль-
шим
Д*=|1,5(1—е-°>05) =0,0734
или
Дх=0,0734. 200 =14,7° С.
30

Если такой диапазон колебаний регулируемой величины для кон-
кретной системы автоматического регулирования является недопусти-
мым, то необходимо применять специальные методы улучшения ка-
чества двухпозиционного регулирования, которые изложены в гл. III.
1-5. Особенности определения параметров настройки
двухпозиционных регуляторов систем второго порядка и выше
Двухпозиционные автоматические регуляторы в основном приме-
няются для регулирования объектов, динамические свойства кото-
рых описываются дифференциальными уравнениями первого порядка.
В этом случае при положительных коэффициентах дифферен-
циального уравнения система автоматического регулирования будет
всегда устойчивой.
Однако, если к качеству регулирования по условиям технологии
не представляется жестких требований, то, учитывая определенные
достоинства двухпозиционных регуляторов, их можно применять для
регулирования объектов, динамические свойства которых описывают-
ся дифференциальными уравнениями второго порядка и выше.
При этом параметры настройки регулятора должны обеспечи-
вать необходимую точность регулирования и устойчивость системы.
Для определения возможности использования двухпозиционного
регулятора, для регулирования таких объектов необходимо произве-
сти исследование поведения системы при различных параметрах на-
стройки регулятора.
Определение параметров настройки путем решения дифферен-
циального уравнения системы является в общем случае достаточно
трудоемкой задачей. В связи с этим разработан ряд приближенных
методов расчета системы, которые значительно упрощают решение
задачи и в то же время имеют достаточную точность для практиче-
ского использования.
а) Метод гармонической линеаризации. Как из-
вестно, любую периодическую функцию можно разложить в ряд
Фурье. На рис. 1-20 представлено разложение переходной функции
двухпозиционного регулятора с симметричной статической характе-
ристикой в спектр частот. Так как в данном случае переходная функ-
ция является периодической нечетной функцией, то в спектре разло-
жения будут отсутствовать четные гармоники:
xv(t) =*pi'(f) +*Рз(0 +*рв(0 +• • •
или
xv(t) =£isin (d\t+Bz sin со3г+Б5 sin (D5£-f ... (1-62)
Так как системы автоматического регулирования из-за наличия
инерционности плохо пропускают высшие гармоники, а также с уче-
том того, что амплитуда гармоник с ростом частоты быстро умень-
шается, то в выражении (1-62) с достаточной для практики точ-
ностью можно пренебречь высшими гармониками и заменить пере-
ходную периодическую функцию регулятора ее первой гармонической
составляющей
*p(f)=£isin©if. (1-63)
Амплитуда первой гармоники определяется по формуле
2%
Bt = -jj- J дгр (0 sin Ы dt. (1 -64)
31
о

Откуда находим:
(1-65)
При симметричной однозначной статической характеристике ре-
гулятора при поступлении па его вход синусоидальных колебаний
х=Л sin со/, на выходе регулятора устанавливаются периодические
колебания xp(t), первая гармоническая составляющая которых оав-
2В
на хР1= sin со/.
в.
Wrt
>wvwww
6)
Рис. 1-20. Разложение установившихся
колебаний выходной величины двухпо-
зиционного регулятора в спектр гармо-
ник (б) при синусоидальном изменении
его входной величины (а).
Представление периодических колебаний выходной величины
регулятора их первой гармонической составляющей называется гар-
монической линеаризацией.
При гармонической линеаризации нелинейной характеристики
двухпозиционного регулятора можно ввести понятие передаточной
функции регулятора, как отношение изображения первой гармониче-
ской составляющей выходной величины к изображению входной ве-
личины.
32

Для двухпозиционного регулятора с симметричной статической
однозначной характеристикой передаточная функция имеет вид:
WH(P)=^. (1-67)
Таким образом, в динамическом отношении такой регулятор мо-
жет быть представлен в виде усилительного звена, коэффициент уси-
ления которого зависит от входной величины.
Выполняя аналогично гармоническую линеаризацию выходных
колебаний двухпозиционного регулятора с симметричной статиче-
ской характеристикой с зоной неоднозначности, .можем найти его
(передаточь ую функцию
1М/0 = -Й
4В lA А (i-68)
V Л2 пА* ю К J
где 2а — зона неоднозначности статической характеристики.
Заменяя в выражениях для передаточных функций символ р на
/со, можно найти амплитудно-фазовые характеристики двухпозицион-
ных регуляторов.
Имея выражения передаточных функций и амплитудно-фазовых
характеристик регуляторов, можю при определении параметров на-
стройки двухпозиционных регуляторов пользоваться известными ме-
тодами линейной теории автоматического регулирования.
В качестве примера определим параметры настройки двухпози-
ционного регулятора с симметричной статической характеристикой
с зоной неоднозначности при передаточной функции объекта
Го6^ = (Гобр+1)р-
Передаточная функция с кггемы автоматического регулирования
(рис. 1-3) имеет вид:
(р>~ 1 + Wa(p)Wa6 (р)
Характеристическсе уравнение системы
l + WB(p)Wot{p) = 0. (1-69)
Подставляя в характеристическое уравнение значения передаточ-
ных функций, найдем:
То*р*+{] 5йй1-> + ТД-К 1-дг = о. О-70)
Из уравнения (1-70) следует, что система будет совершать неза-
тухающие колебания при
AakoGB
1--^Ж- = 0 0-71)
с частотой
/4кобВ f а2
~1ййГ\ 1—дг • (1-72)
3—146 33

Так как в замкнутой -системе регулирования (рис. 1-3) величи-
на А равна амплитуде колебаний регулируемой величины, то мы
•имеем два уравнения (1-71) и (1-72), из которых можем определить
параметры настройки регулятора:
71 (О Л г
а =
Y1 + <о2Т2
(1-73)
Подставляя в выражения (1-73) значения допустимой ампли-
туды колебаний регулируемой величины и частоты переключений
(1-21) регулятора, можем определить 'параметры его настройки.
При положительных коэффициентах характеристического урав-
нения (1-70) система всегда устойчива.
Если объект имеет передаточную функцию
k06
Wo6 {Р) = (Т,Р+\)(Тгр+\)р '
то характеристическое уравнение системы будет иметь вид:
W+ (Г1+ w + [г - ) р + ~^-у 1 - Ж = °-
(1-74)
Согласно критерию устойчивости Рауса—Гурвица, система с ха-
рактеристическим уравнением (1-74) устойчива, если произведение
средних коэффициентов больше произведения коэффициентов край-
них членов уравнения
Ui — Л г) у — ПиА2 J > пА V [-~А2'
Граница устойчивости в плоскости параметров настройки регулятора
определяется зависимостью
пА
В = ; (1-75)
( а Tit2 l/ а2 \
4*°б \~А+ Т, + Т2 V
Задаваясь различными значениями зоны неоднозначности при
допустимой амплитуде колебаний регулируемой величины в плоско-
сти параметров настройки регуляторов, можно выделить области
практической устойчивости системы автоматического регулирования
(амплитуда автоколебаний меньше допустимой) и практической не-
устойчивости системы (амплитуда автоколебаний больше допусти-
мой).
В общем случае для определения параметров настройки двухпо-
зиционных регуляторов в характеристическом уравнении системы
символ р заменяется на /со, так как при устойчивых автоколебаниях
системы автоматического регулирования с двухпозиционным регу-
лятором /со будет являться корнем характеристического уравнения.
34

После этого по методу Д разбиения определяются границы
практической устойчивости системы в плоскости параметров настрой-
ки регуляторов.
Так, подставляя в характеристическое уравнение (1-74) /?=/(0,
получим:
-T1T2j^-(T1 + T2)^ + ^~ п„Аг j/co +
Так как комплексное выражение равно нулю, когда раздельно
равны нулю его мнимая и действительная части, то находим:
(Тг + Т2)<о*
4ko6B
' пА
= 0.
(1-76)
Решая систему уравнений (1-76), получим выражение (1-75).
б) Изображение процесса (регулирования «а фа-
зовой плоскости. Для исследования систем автоматического
регулирования второго порядка с двухпозиционным регулятором
широкое применение получил метод изображерия процесса регули-
рования на фазовой плоскости.
За координаты фазовой плоскости принимаются отклонения ре-
гулируемой величины х и скорость изменения этого отклонения у=
=dx/dt
Предположим объект имеет передаточную функцию
к
Wo6(p)= (ГовД
а двухпозиционный регулятор имеет симметричную неоднозначную
статическую характеристику.
Переходный процесс в систехме определяется следующими диф-
ференциальными уравнениями:
г d2x dx
и при — а <
: kouB при х =<
dx Л
*х < а и ~dt > '
d2x , dx
Т0б +
• k0eB при х^а
и при — а
dx
X а и < 0.
(1-77)
35

Если ввести новую переменную у = dx/dt, то на фазовой пло-
скости процесс регулирования будет определяться выражениями;
^об ^~ +\^у = kouB при
и при —а<^х<^а и
dx
Ж
dx
0;
0.
найдем:
и при —а<^х<^а и ^
Разделяя переменные уравнения
(?обЙ" + 1)^==^обБ'
То бУ dy
(1-78)
dx = -
y — k06B'
Решая это уравнение, получаем аналитическое выражение фазо-
вых траекторий прил:^—а и при —а<х<а и dx[dt>0:
x=~To6[y-{-ko6B\n(y-^0QB)]—Ci. (1-79)
Соответственно при х^ а и при —а<х<а и dx/dt<0, найдем:
х=Т0ъ[кобВ\п(у+кобВ)— у]+С2,
(1-80)
где С\ и С2— постоянные интегрирования.
При различных -постоянных С{ и С2 на фазовой плоскости полу-
чаем семейство кривых (рис. 1-21), которые образуют фазовую кар-
тину.
Направление изменения регулируемой величины с течением вре-
мени показано стрелками. По виду фазовой картины можно судить
о характере протекания переходного процесса в системе.
Если при перемещении вдоль фазовой траектории регулируемая
величина увеличивается, то переходный процесс будет расходящимся.
Если при перемещении вдоль фазовой траектории регулируемая
величина уменьшается, то переходный процесс в системе будет зату-
хающим. Из рис. 1-21 вид? о, что при больших отклонениях регули-
руемой величины переходный процесс в системе является затухаю-
щим, а при небольших отклонениях регулируемой величины пере-
ходный процесс будет расходящимся. В установившемся состоянии
в системе возникают устойчивые колебания, которые на фазовой
плоскости имеют вид замкнутого контура bcde, который принято на-
зывать устойчивым предельным циклом. По устойчивому предельно-
му циклу можно райти амплитуду установившихся колебаний регу-
лируемой величины и частоту переключений двухпозиционного ре-
гулятора.
36

Найдем устойчивый предельный цикл на фазовой плоскости при
незатухающих синусоидных колебаниях регулируемой величины
х=л sin со/.
Скорость измерения регулируемой величины при этом равна:
dx а
у = —jj- — Лео cos cor.
Решая совместно^выражения для х и у, найдем:
Рис. 1-21. Изображение процесса двухпозиционного регулиро-
вания на фазовой плоскости.
Таким образом, устойчивый предельный цикл незатухающих гар-
монических колебаний на фазовой плоскости имеет вид эллипса. На
оси абсцисс от начала координат эллипс отсекает отрезок, равный
амплитуде незатухающих колебаний Л, а на оси ординат отсекает
отрезок, равный произведению амплитуды колебаний на их частоту
Лео.
37

С учетом этого по устойчивому предельному циклу системы
(,рис. 1-21) (можно найти частоту переключений регулятора путем
замены фактического устойчивого предельного цикла bcde эквива-
лентным эллипсом, у которого Л = ос, а А(д = Ьп.
Таким образом, из устойчивого предельного цикла амплитуда
колебаний регулируемой величины равна А = ос, а частота колеба-
ний (й = Ьп[ос.
С учетом (1-21), частота переключений регулятора равна:
«=-£-■ (I-82)
Параметры настройки регулятора и процесса двухпозиционного
регулирования могут быть найдены и аналитически из выражений
(1-79) и (1-80) с учетом рис. 1-21.
Для точки Ь (а, Лео) и точки d(—a, —Лео) предельного цикла вы-
ражение (1-80) соответетвер но запишется:
a = 710б [&об#1п (Лео + &об#) — Лео] + С2;
— а = Т0б [koeB In (— Лео + k06B) + ^<*>] + С2.
Вычитая уравнения (1-83), находим:
^ /ko6B k06B + A(d \ олх
а = Тоб (-3- Ш кобВ_А„ -A»j. (1-84)
По выражению (1-84) можно выполнить синтез системы автома-
тического регулирования. Зная допустимые значения колебаний ре-
гулируемой величины Л и их частоту со, исходя из допустимой ча-
стоты включения регулятора, в плоскости параметров настройки ре-
гуляторов а и В можно построить области допустимых автоколеба-
ний и определить параметры настройки регулятора.
Складывая уравнения (1-83), получаем:
2Г0б[£об£1п(&обЯ+Лсо) +ko6B\n(ko6B—Лео) +2С2]=0.
Откуда находим постоянную интегрирования для устойчивого
предельного цикла
Т
С2= — ~y k0eB\n(k2o6B2*-AW). (1-85)
Выражение (1-80) для точки с(А, 0) фазовой плоскости запи-
шется:
Л = 7'об&об£1п k00-B-\-C2
или с учетом (1-85) найдем:
k В
А = То6кобВ In ,r п °б —. (1-86)
По выражениям (1-83) и (1-86) при известных параметрах на-
стройки регулятора можно выполнить анализ системы автоматиче-
ского регулирования.
в) Метод п р и п а с о в ы в а н и я. Построение процесса двух-
позиционного регулирования методом припасовывания заключается
в решении линейрых дифференциальных уравнений системы автома-
тического регулирования по участкам, границы которых опреде-
ляются значениями регулируемой величины, при которых происхо-
дит переключение регулятора.
38

Рассмотрим построение методом припасовывания процесса регу-
лирования объекта, динамические свойства которого описываются
'дифференциальным уравнением
dnx dn~1 х
an-^r + an.1-s^-r+ ... + ахх + ао = 0. (1-87)
Предположим, что к объекту подключается двухпозиционный
регулятор со статической симметричной характеристикой с зон ой не-
однозначности 2а. В (момент подключения при /=0 значение регули-
руемой величины равно л:0.-
х
Рис. 1-22. Построение переходного процесса си-
стемы с двухпозиционным регулятором методом
припасовывания.
После включения регулятора динамические свойства системы
будут определяться дифференциальным уравнением
dnx dn—1х
ап -gpr + ап-1 J^T + •.. + (*ixx + а0 = k06B. (1-88)
Решая это уравнение при нулевых начальных условиях /=0,'
x=Xq, строим на рис. 1-22 участок переходного процесса до точки /,
•в которой регулируемая величина достигнет значения х=а и двух-
позиционный регулятор переключится.
С этого момента динамические свойства системы будут опреде-
ляться дифференциальным уравнением
dnx dn~1x
ап -J^T + ап-1 —ft— +• • • + Л\Хх + а0 = — kosB. (1-89)
Решая это уравнение при начальных условиях, определяемых
координатами точки /, t=t\ и х=а, строим участок переходного про-
цесса от точки / до точки 2, в которой регулируемая величина будет
равна *=—а и двухпозиционный регулятор вновь переключится.
В результате этого динамические свойства системы автоматиче-
ского регулирования снова будут определяться дифференциальным
уравнением (1-88), но уже при начальных условиях, которые опре-
деляются координатами точки 2, t=t2 и х=—а. Решая дифферен-
циальное уравнение (1-88) при этих начальных условиях, находим
участок переходного процесса от точки 2 до точки 3. В дальнейшем
'процесс построения будет повторяться.
39

Когда колебания регулируемой величины примут установившее-
ся значение, можно будет определить амплитуду автоколебаний А,
их период Гк и частоту (д = 2л/Тк.
Переходный процесс .можно строить как путем аналитического
решения дифференциальных уравнений (1-88) и (1-89), а также и
путем его графо-аналитического построения, например, методом
/г-функций.
По переходным процессам можно определить параметры на-
стройки регулятора, обеспечивающих требуемое качество автомати-
ческого регулирования.
Рассмотрим несколько примеров расчета систем автоматическо-
го регулирования и определения параметров настройки регуляторов.
Пример 8. Имеем систему автоматического регулирования
с двухпозиционным регулятором.
'Передаточная функция объекта
IW / л £об
Woeip)=[Totp+l)p'
Коэффициент передачи объекта &Об = 0,3 мин~К Постоянная вре-
мени объекта Г0б = 5 мин. Допустимая чистота переключений регуля-
тора я=30 переключений/ч. Допустимый диапазон колебания регу-
лируемой .величины Дл: = 0,04.
Требуется определить параметры настройки регулятора при
симметричной статической характеристике.
Так как в замкнутой системе автоматического регулирования вы-
ход системы подается ее вход (рис. il-ll), то амплитуда вход-
ных колебаний регулятора при симметричной статической характе-
ристике в относительных единицах равна:
Ах
A=~y =0,02.
Так как период колебаний равен 7,к = 2ясо, то с учетом выраже-
ния (1-21) находим частоту входных колебаний регуляторов:
30
со = тш = 3,14--gQ- = 1,57 мин~г.
Методом гармонической линеаризации из выражений (1-73) на-
ходим параметры настройки регулятора:
3,14.1,57-0,02
В== 4^3 V 1 + 1,572-52 = 0,65.
0,02
а = = = 0,00253.
Y1 + 1,572-52
Пример 9. В системе автоматического регулирования, рассмо-
тренной в примере 8, известно регулирующее воздействие регулято-
ра В = 0,65.
Требуется определить на какую зону неоднозначности необходи-
мо настроить двухпозиционный регулятор, чтобы обеспечить задан-
ный диапазон колебаний регулируемой величины Л#=0,04.
40

По методу изображения процесса регулирования на фазовой пло-
скости из выражения (7-84) находим:
/ 0.3.0,65 0,3-0,65 + 0,02.1,57 \
* = 5( 2 1птеЖ- 0,02.1,57 - 0,02-1,57 j ^0,0027.
Зона неоднозначности регулятора в относительных единицах
должна быть 2а = 0,0054.
Таким образом, данные расчета системы методом изображения
процесса регулирования на фазовой плоскости достаточно точно
совпадают с результатом ее расчета методом гармонической линеа-
ризации.
ГЛАВА II
ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ
РЕГУЛЯТОРЫ И УСТРОЙСТВА
Двухпозиционное регулирование может быть осуществлено с по-
мощью различных электромеханических элементов и устройств обще-
го назначения (рис. 1-4, 1-6 и т. п.), которые конструктивно не свя-
заны друг с другом.
Однако для осуществления двухпозиционного регулирования
имеются также специальные регулирующие (устройства, регулирую-
щие приборы и автоматические регуляторы.
В настоящей главе будут рассмотрены наиболее распространен-
ные двухпозиционные автоматические регуляторы и устройства, се-
рийно выпускающиеся отечественной промышленностью.
2-1. Электрическое позиционное регулирующее устройство
электронных автоматических мостов и потенциометров
Для осуществления позиционного регулирования измеряемой ве-
личины в электронные автоматические приборы, например типа ЭМП
и ЭПП, могут встраиваться регулирующие устройства с различными
законами регулирования.
На рис. 2-1,а представлено электрическое позиционное регули-
рующее устройство. Оно состоит из двух контактных групп Ki и К2
с кулачками Д\ и Д2 и двух промежуточных реле Pi и Р2 с ртутны-
ми выключателями Ви В2 и В3 и В4. Кулачки Д\ и Д2 кинематически
связаны с ползунком реохорда измерительной системы прибора и их
положение однозначно связано с показаниями прибора.
Контактные группы К\ и К2 смонтированы на общей плате и
кинематически связаны с задающим устройством прибора.
Кулачки Д\ и Д2 имеют вид профильных дисков со впадинами.
Контактная группа К\ замкнута в интервале показаний прибора от
начала шкалы до впадины диска Д\ и разомкнута в интервале от
впадины до максимума шкалы.
Контактная группа К2, наоборот, разомкнута в интервале пока-
заний прибора от начала шкалы до впадины диска Д2 и замкнута
в интервале от впадины до максимума шкалы.
41

Позиционное регулирующее устройство рис. 2-1,а позволяет осу-
ществлять следующие режимы двухпозиционного регулирования:
1. Установив впадину диска Дх на заданное значение (регулируе-
мой величины х=0 и используя для регулирования зажимы 1 и 4,
получим статическую характеристику регулятора без зоны неодно-
значности |(рис. il-5) с замкнутым выходным контактом при х<0 и
разомкнутым выходным контактом при х>0.
ГС
t f
а)
6)
Рис. 2-1. Электрическое позиционное регулирующее устройство элек-
тронных автоматических мостов и потенциометров (а) и пример (б)
его применения для регулирования температуры электропечи.
В этом режиме контактную группу /С2 можно использовать для
аварийной сигнализации цри недопустимых отклонениях регулируе-
мой величины при больших возмущающих воздействиях на объект.
При этом впадина диска Д% устанавливается в положение соответст-
вующее предельно допустимому значению регулируемой величины.
Схема сигнализации подключается к зажимам 3 и 4.
Контактную группу /С2 так же можно использовать для допол-
нительного регулирующего воздействия на объект при недопустимых
отклонениях регулируемой величины от заданного значения.
2. Установив впадину диска Д2 на заданное значение регулируе-
мой величины и используя для регулирования контакты 3 и 4, полу-
чим статическую характеристику регулятора без зоны неоднознач-
ности с разомкнутым выходным контактом при х<0 и замкнутым
выходным контактом при х>0.
В этом режиме контактную группу К\ так же можно использо-
вать для целей сигнализации или дополнительного регулирующего
воздействия на объект при предельно допустимых отклонениях регу-
лируемой величины.
42

3. Установив впадину диска Д\ на нижний предел регулирова-
ния, а впадину диска Д2 на верхний предел регулирования (или на-
оборот), получим статическую характеристику двухпозиционного
регулятора с зоной неоднозначности (рис. 1-7). Величина зоны неод-
нозначности будет определяться расстоянием между впадинами ди-
сков Дхм Д2.
На рис. 2-1,6 представлена одна из возможных схем внешних со-
единений, обеспечивающих совместно с позиционным устройством
рис. 2-1,а двухпозиционное регулирование температуры электропечи
с зоной неоднозначности.
При включении регулятора через замкнутый контакт К\ вклю-
чается реле Pi, KOTqpoe, срабатывая, замыкает ртутный контакт Вх.
При этом срабатывает реле Р3, подавая напряжение на нагреватель-
ный элемент электропечи.
При достижении температурой нижнего предела регулирования
размыкается контактная группа К\, отпускает реле Pi и размыкается
контакт Ви но при этом реле Р3 остается включенным, так как при
срабатывании оно самоблокируется через размыкающий контакт Р4.
При достижении температурой верхнего предела измерения за-
мыкается контактная группа /С2, срабатывает реле Р2 и замыкается
ртутный контакт В2, которое включает реле Р4. Реле Р4 разрывает
цепь самоблокировки реле Рз, оно отпускает и прекращает подачу
энергии (в объект, температура которого начнет уменьшаться. При
уменьшении температуры размыкается контактная группа /С2, обес-
точивается реле Р2 ифазмыкается контакт Б2.
При снижении температуры до нижнего предела регулирования
замыкается контактная группа Ки срабатывает реле Pi и замыкает-
ся выключатель Ви который включает реле Рз, возобновляя подачу
энергии в объект.
Температура объекта начнет увеличиваться и процесс работы
двухпозиционного регулятора будет повторяться.
Ртутные контакты Въ и В4 используются для сигнализации.
Зона неоднозначности статической характеристики регулятора
может быть установлена в пределах от 0 до 20% шкалы прибора.
Конструкция задающего устройства регулятора позволяет устано-
вить заданное значение регулируемой величины в пределах от 5 до
95% шкалы прибора. Допустимая погрешность срабатывания кон-
тактов позиционного устройства ± 1 %.
Допустимая сила тока через ртутные контакты при безындуктив-
ной нагрузке составляет 25 а при '127 в и 15 а при 220 в переменного
напряжения.
2-2. Фотоэлектрическое двухпозиционное регулирующее устройство
В магнитоэлектрических логометрах и 1Милливольтметрах приме-
няются вкроенные фотоэлектрические двухпозиционные регулирую-
щие 'устройства. Принципиальная схема подобного устройства пред-
ставлена на рис. 2-2.
На задатчике / регулирующего устройства на расстоянии 10 им
друг от друга жестко закреплены фотосопротивление 2 и электро-
лампочка в светонепроницаемом кожухе 3 с 'отверстием 1x5 мм.
Когда световой поток от электролампочки падает на фотосопротив-
ление, оно имеет наименьшую величину и через реле Р проходит ток,
достаточной для его срабатывания.
43

Цри (показаниях прибора, равных заданному, флажок 4, жестко
закрепленный на стрелке 5 прибора, перекрывает световой поток от
электролампочки.
При этом ток, проходящий через фотосопротивление резко умень-
шается, реле Р отпускает и своим размыкающим контактом за-
мыкает цепь исполнительного механизма ИМ, который воздей-
ствует на объект таким об-
3 цепь ИМ
2206
Рис. 2-2 Фотоэлектрическое двухпо-
зиционное регулирующее устройство
разом, чтобы прекратить
дальнейшее отклонение ре-
гулируемой величины от за-
данного значения. Задатчик
вручную может быть уста-
новлен на любое деление
шкалы регулирующего при-
бора.
В качестве примера на
рис. 2-3 представлена прин-
ципиальная схема милли-
вольтметра МСЩПр-02-18
с двухпозиционным фото-
электрическим регулирую-
щим устройством.
Значение температуры
регулируемого объекта из-
меряется термопарой Т.
Величина тока проходящего
через измерительную рамку
прибора при компенсации
термо-э. д. с. свободных
концов термопары, пропор-
д. с. термопары, которая однозначно
значению измеряемой температу-
момент создается
циональна величине термо-э,
соответствует действительному
ры. При повороте рамки противодействующий
д)В;умя растяжками из бериллиевой бронзы, на которых вращается
рамка. Ток к рамке подводится по этим же растяжкам.
При протекании электрического тока по рамке вокруг нее создает-
ся магнитное поле, которое, вазимодействуя с полем постоянного маг-
нита, создает вращающий момент, поворачивающий рамку до тех
пор, пока его величина не будет уравновешена противодействующим
моментом бериллиевых растяжек.
Стрелка прибора жестко закреплена на его рамке. Таким обра-
зом, каждому значению термо-э. д. с. термопары, а следовательно, и
измеряемой температуры соответствует определенный угол поворота
рамки и стрелки прибора.
Сопротивление Rm служит для уменьшения температурной по-
грешности прибора, при изменении сопротивления рамки г (в зависи-
мости от температуры внутри прибора. Сопротивление R0 предна-
значено для спрямления нелинейной характеристики сопротивления
Rm- Сопротивление Ro изготавливается из манганина.
Сопротивление Ry служит для подгонки сопротивления внеш-
ней цепи прибора до значения Rn, при котором выполнена градуи-
ровка прибора. Величина сопротивления Ra указывается на шкале
прибора.
Добавочное манганиновое сопротивление /?д служит для подгон-
ки прибора на заданный предел измерений.
44

Диаграмма и печатающее устройство прибора приводятся в дви-
жение от синхронного двигателя С Д.
Для предохранения подвижной части прибора от повреждения
на время транспортировки цепь рамки замыкается накоротко кон-
тактной группой арретира Ка.
Для компенсации изменения показаний прибора при колебаниях
температуры свободных концов компенсационных проводов приме-
няется коробка холодных спаев КТ-54.
Рис. 2-3. Электрическая схема милливольтметра МСШДр-02-18.
Регулирующее устройство питается выпрямленным по однополу-
периодной схеме напряжением от сети 220 в. Для уменьшения
пульсаций выпрямленного напряжения параллельно реле Р подклю-
чен конденсатор С.
Основная погрешность показаний милливольтметра не превы-
шает ± 1 % от диапазона шкалы.
2-3. Электронный автоматический двухпозиционный
регулятор температуры ЭАДРТ
Электронный регулятор ЭАДРТ предназначен для двухпози-
ционного автоматического регулирования температуры газовой или
жидкой среды.
В качестве измерительного элемента прибора применяется дат-
чик ДАС-Ш (для жидкой среды) или датчик ДВС-1 ((для объектов
с газовой средой и влажностью до 80%) с термосопроти/влением
ММТ-4.
45

Измерительное устройство регулятора (рис. 2-4) представляет
собой неуравновешенный мост непременного тока, в одно из плеч
которого включено термосопротивление R\.
Условие равновесия измерительного моста
RvRs—RiRi-
Сопротивление R2 служит для настройки заданного значения ре-
гулируемой температуры.
В регуляторе ЭАДРТ #3=#4 и, следовательно, при заданном
значении регулируемой величины условие равновесного состояния
измерительного моста запишется:
R2=R\.
Электронный усилитель регулятора имеет два каскада усиления
на электронных лампах 6Н7.
Первый каскад усиления собран по балансной схеме. При задан-
ном значении температуры измерительный мост уравновешен и на
сетки двойного триода Л\ подается одинаковое напряжение. При
сбалансированном первом каскаде усиления через сопротивления
Re и Ri проходит одинаковый ток, потенциал анодов лампы Лх оди-
наков и падение напряжения на сопротивлении i/?n равно нулю. Ба-
лансировка первого каскада усиления при равновесии измерительно-
го моста осуществляется перемещением движка сопротивления Rs-
При отклонении температуры от заданного значения, напряже-
ние разбаланса измерительного моста вычитается или суммируется
с постоянным напряжением смещения на сетке левого триода лам-
пы Л\. При этш ток, проходящий через сопротивление Re, умень-
шается или увеличивается и соответственно в противофазе изме-
няется потенциал анода левого триода. В результате этого на
сопротивлении Rn появляется напряжение той или иной поляр-
ности.
Напряжение с сопротивления Ru подается на сетку левого трио-
да лампы Л2. Напряжение с его анода через делитель напряжения
на сопротивлениях Ru и Ris подается на сетку правого триода лам-
пы Л2. Анодной нагрузкой правого триода является обмотка реле Р\.
Параметры усилителя подобраны таким образом, что при значениях
температуры ниже заданной величина напряжения на реле Р\ мень-
ше напряжения его срабатывания. При значении температуры боль-
ше заданной напряжение на реле Pi будет больше напряжения
срабатывания, оно сработает и своим замыкающим контактом вклю-
чит выходное реле /V
Реле Р2 имеет две пары переключающих контактов, одна из ко-
торых включает в зависимости от знака рассогласования сигнальные
лампы Л3 или Л4 регулятора, а другая служит для переключения
исполнительного механизма.
Чувствительность регулятора устанавливается перемещением
движка потенциометра Ru.
Заданное значение регулируемой величины может быть установ-
лено в пределах 20—100° С. Диапазон нечувствительности регулято-
ра 0,5—2° С.
Статическая характеристика регулятора имеет некоторую зону
неоднозначности, которая определяется разностью напряжений
срабатывания и отпускания реле /V
4Q

Ч О
о) с
47

2-4. Регулятор-сигнализатор уровня ЭРСУ-2
Регулят9р-сигнализатор уровня ЭРСУ-2 предназначен для сигна-
лизации и поддержания в заданных пределах уровня жидкости в ре-
зервуарах. Действие npn6qpa основано на том, что контролируемая
жидкость имеет определенную электрическую проводимость. Поэто-
му, пропуская через жидкость ток и используя контактные датчики,
можно замыкать или размыкать цепь различных реле.
Регулятор состоит из регулирующего блока и трех контактных
электродов-датчиков.
Принципиальная электрическая схема регулирующего блока
представлена на рис. 2-5.
Два электрода-датчика определяют диапазон колебаний регули-
руемой величины, а третий электрод-датчик используется для ава-
рийной сигнализации при недопустимых значениях уровня жидкости.
На рис. 2-6 представлена принципиальная схема авторегулиро-
вания уровня в резервуаре с помощью регулятора ЭРСУ-2.
Когда уровень жидкости в рездрвуаре ниже электродов через
размыкающий контакт реле Pi замыкается цепь катушки магнитного
пускателя ПМ, который срабатывает и встает на самоблокировку
через свой блок-контакт и размыкающий контакт реле Р2. Включает-
ся электродвигатель Д и при помощи насоса в резервуар будет
подаваться жидкость. При этом через размыкающий контакт реле Pi
зажигается красная сигнальная лампа Л\.
При повышении уровня жидкости в резервуаре до датчика Д[
замыкается цепь реле Р\, оно срабатывает и разрывает цепь лам-
пы Л\, замыкая цепь зеленой сигнальной лампы Л2. При этом элек-
тродвигатель остается включенным, так как катушка магнитного
пускателя остается включенной через цепь самоблокировки.
При повышении уровня жидкости до датчика Д2 срабатывает
реле Р2, которое отключит электродвигатель, разомкнет цепь лам-
пы Л2 и замкнет цепь желтой сигнальной лампы Л3.
При наличии расхода жидкости из резервуара в связи с останов-
кой насоса уровень начнет уменьшаться. Когда уровень будет ниже
датчика Д2, обесточится реле Р2, отключая лампу «/73. При этом через
размыкающий контакт реле Р2 и замкнутый контакт реле Pi вклю-
чается лампа Л2.
При дальнейшем снижении уровня выходит из жидкости дат-
чик Дь обесточивается реле Рь которое отключает лампу Л2 и
включает лампу Л\. Через контакт реле Pi включается катушка маг-
нитного пускателя ПМ, который включит электродвигатель Д и в ре-
зервуар начнет подаваться насосом жидкость. Уровень жидкости
начнет повышаться и процесс регулирования будет повторяться.
При подключении исполнительного механизма к регулятору по
схеме рис. 2-6 статическая характеристика ЭРСУ-2 имеет вид
рис. 1-7. Величина ее зоны неоднозначности определяется разностью
уровней электродов д1 и Д2.
Отсоединяя блок-контакт магнитного пускателя от зажима 6
регулятора, получим его статическую характеристику без зоны не-
однозначности (рис. 1-5). Величина уровня жидкости в резервуаре
будет определяться степенью погружения датчика Д\.
С помощью регулятора ЭРСУ-2 можно осуществлять автомати-
ческое регулирование также в случае, когда для поддержания задан-
ного значения уровня необходимо откачивать жидкость из резервуа-
ра. Предположим необходимо автоматизировать процесс, при кото-
48

ром жидкость, .например в результате химической реакции, выделяет-
ся и собирается в резервуаре.
Для нормального течения процесса необходимо, чтобы уровень
жидкости находился в определенных пределах. В связи с этим ее
необходимо периодически откачивать из резервуара. В этом случае
катушку магнитного пускателя необходимо подключить к зажиму 5,
а блок-контакт к зажиму 7 регулятора.
Назначение
Выносная
Аварийная
Сигнализация
ИМ
Земля
Аварийный датчик
Верхний датчик
Нижний датчик
*>220в
Рис. 2-5. Электрическая схема регулятора-сигнализатора уровня
ЭРСУ-2.
При повышении уровня жидкости до электрода Д2 замыкается
цепь реле Р2, которое, срабатывая, включает катушку магнитного
пускателя. Жидкость будет отсасываться из резервуара. При пони-
жении уровня жидкости, когда разорвется цепь реле Р2, электродви-
гатель останется включенным, так как при срабатывании магнитного
пускателя его катушка встанет на самоблокировку через блок-кон-
такт ПМ и замкнувшийся контакт реле Р\.
Электродвигатель отключится только тогда, когда разорвется
цепь реле Pi при понижении уровня ниже датчика Д\.
В дальнейшем процесс автоматического регулирования будет
повторяться. В режиме отсасывания жидкости из резервуара после-
довательность работы сигнальных ламп остается той же, что и
в режиме нагнетания жидкости в резервуар. Датчик—электрод Дз
служит для аварийной сигнализации при недопустимых значениях
регулируемого уровня. Предположим, что на систему автоматическо-
го регулирования уровня рис. 2-6 воздействуют большие возмущаю-
щие воздействия, в связи с увеличением расхода жидкости из резер-
вуара в количестве, превышающем максимальное расчетное потреб-
ление
4—146
Q0T>Qn
49

В этом случае несмотря на подачу насосом жидкости в резер-
вуар ее уровень будет понижаться. Когда уровень жидкости упадет
ниже электрода Д3 разорвется цепь реле Р3, которое яри нормальной
работе все время остается включенным, и через его размыкающий
контакт включится цепь аварийной сигнализации.
36
ЭРСУ-2
1 2 3 Ч 5 6 7 8 31011 1213141516
- - 999000000000
ft
Дг
о о о О О < i
]_~2206
А3
% % $
1№Ш
1и«
Рис. 2-6. Принципиальная схема регулирования уровня ре-
гулятором ЭРСУ-2.
Аварийная сигнализация так же срабатывает при неисправно-
стях в регуляторе или цепи управления электродвигателем, в ре-
зультате которых электродвигатель или не включается или не обес-
печивает необходимой производительности нагнетающего насоса.
На рис. 2-5 и рис. 2-6 представлена схема регулятора при ава-
рийном нижнем уровне. Если аварийным является верхний уровень
в резервуаре, то электрод Дз необходимо устанавливать выше элек-
тродов Д\ и Д$ и (переключатель Я регулятора необходимо устанав-
ливать в положение В.
Аварийную сигнализацию можно также использовать для вклю-
чения резервного насоса.
Электроды регулятора представляют собой металлический стер-
жень, электрически изолированный от корпуса с помощью фторо-
пласта. Электроды-датчики заводом-изготовителем выпускаются дли-
ной 0,1; 0,25; 1,0 и 2,0 м.
При необходимости длину электрода можно увеличивать путем
наращивания его стержнем из нержавеющей стали.
50

Электроды-датчики можно устанавливать как вертикально, так
и горизонтально через боковую стенку резервуара.
Наладка регулятора после монтажа при отсутствии жидкоеы
в резервуаре производится в (следующей последовательности:
а) установить переключатель Я в положение В;
б) включить регулятор, при этом должна сразу загореться кпас-
ная Лампа (нижний уровень);
в) замкнуть на корпус электрод нижнего датчика, при этом
должна загореться зеленая лампа (средний уровень), а красная лам-
па должна погаснуть;
г) не отсоединяя от корпуса нижнего электрода, дополнительно
замкнуть на корпус верхний электрод, при этом должна загореться
желтая лампа, а зеленая лампа погаснуть;
д) замкнуть на корпус электрод аварийного датчика, при этом
должна включиться аварийная выносная сигнализация;
е) отсоединить электрод аварийного датчика от корпуса и пере-
вести переключатель Я в положение Я, при этом выносная сигнали-
зация должна снова включиться.
Погрешность срабатывания ретулящра ±10 мм. Регулятор на-
дежно работает при удалении электродов-датчиков от сигнального
блока до 100 м.
Двухпозиционный регулятор ПТР-2 предназначен для регулиро-
вания температуры жидкости и газообразных сред.
'Принципиальная электрическая схема регулятора представлена
на рис. (2-7. Чувствительным элементом терморегулятора служит
полупроводниковое термосопротивление Rg, включенное в одно из
плеч неравновесного моста переменного тока. Напряжение с диаго-
нали (моста подается на вход усилителя. Выход усилителя воздей-
ствует на спусковое устройство, управляющее выходным реле Р,
контакты которого включают исполнительный механизм.
Усилитель и спусковое устройство собраны на полупроводнико-
вых приборах. Заданное значение температуры устанавливается пу-
тем перемещения движка сопротивления ,/?3, (входящего в одно из
плеч моста переменного тока.
Статическая характеристика регулятора имеет вид, представлен-
ный на рис. 1-7. Зона неоднозначности характеристики регулятора
устанавливается путем перемещения движка сопротивления R4.
Условие равновесия моста при разомкнутом контакте реле Р,
перемыкающем сопротивление R4, запишется
где aRz — часть сопротивления R$, параллельно включенная с сопро-
тивлением Ru величина которой определяется положением движка
сопротивления R$\
i|3/?4 — часть сопротивления R4, последовательно включенная с со-
противлением Rs, величина которой определяется, положением движ-
ка сопротивления R4.
2-5. Полупроводниковый двухпозиционный
терморегулятор ПТР-2
(2-1)
4*
51

52

При закорачивании сопротивления R4 контактом реле Р условие
равновесия моста запишется
+ Р2 ^#9 =
(2-2)
При подключении /параллельно сопротивлению R4 размыкающего
контакта реле Р спускное устройство регулятора, а следовательно, и
выходное реле Р срабатывают при повышении температуры.
При (подключении параллельно сопротивлению R4 замыкающего
контакта реле Р выходное реле срабатывает при понижении темпе-
ратуры.
Зона неоднозначности статической характеристики регулятора
обеспечивается за счет того, что при драбатывании выходного реле
изменяются выражения (2-1) и (2-2), определяющие условие равно-
весия моста.
Основная погрешность шкалы настройки заданной температуры
при перемещении движка сопротивления не превышает ± Г С.
терминология «шкалы дифференциала») при перемещении движка
сопротивления R4 не более 25% от установленного значения, за
исключением точки шкалы 0,5° С, погрешность которой составляет
Нормальная длина соединительных проводов от регулятора до
термосопротцвления 3±0,1 м. Допускается увеличение этого (расстоя-
ния до 300 м. При этом провода должны быть экранированы и их
общее сопротивление не должно превышать 15 ом.
Радиоизотопный терморегулятор РТ-2 предназначен для автома-
тического регулирования температуры. Он состоит из измерителько-
регулирующего прибора, изготовленного на базе стандартного милли-
вольтметра МПЩПр-54 или логометра ЛПрч-53 с профильной шка-
лой, и тиратронното релейного блока ТРБ-320.
Принципиальная схема терморегулятора представлена на
рис. 2-8.
Заданный диапазон регулирования устанавливается стрелками
1 и 2, на которых жестко закреплены держатели счетчиков 3 с газо-
разрядными миниатюрными счетчиками 4 типа СБМ-10. На подвиж-
ной стрелке 5, связанной с измерительной схемой прибора, закреп-
лен закрытый источник бета-излучения 6 тина БИ-3.
Когда показания прибора будут соответствовать нижнему или
верхнему заданному значению температуры, происходит облучение
соответствующего счетчика и на вход релейного блока 7 поступают
импульсы тока, в результате чего происходит переключение выход-
ного реле Р блока. Конструкция крепления газоразрядных счетчиков
имеет защитные экраны, исключающие облучение счетчиков сбоку.
При движении стрелки прибора от начала шкалы первое пере-
ключение реле Р происходит при значении температуры, равном
верхнему пределу измерений.
В дальнейшем, при перемещении стрелки от верхнего предела из-
мерения до нижнего и обратно переключение реле Р происходит
поочередно как при значениях температуры, равных нижнему преде-
лу, так и при значениях температуры, равных верхнему пределу.
(заводская
±0,3° С.
2-6. Радиоизотопный терморегулятор РТ-2
53

Таким образом, терморегулятор имеет двухпозиционную стати-
ческую характеристику с зоной i-еоднозначиости, равной разности
между верхним и нижним заданными пределами регулирования. За-
дающее устройство позволяет устанавливать зону неоднозначности
регулятора от 1,5 до 75% диапазона шкалы прибора.
В зависимости от исполнения терморегулятор может работать
в комплекте с термопарами, термометрами сопротивления и радиа-
ционными пирометрами различных градуировок.
I
Рис. 2-8. Радиоизотопный терморегулятор РТ-2.
Погрешность срабатывания терморегулятора не превышает
±1,5% от верхнего числового значения шкалы прибора.
Время срабатывания не превышает 0,5 сек с момента достиже-
ния подвижной стрелкой нижнего или верхнего предела измерений.
Так как источник бета-излучения БИ-3 обладает относительно
небольшой активностью (около 0,01 мкюри) и, кроме того, он допол-
нительно экранируется корпусам прибора, то терморегулятор совер-
шенно безопасен при его эксплуатации в любых условиях.
2-7. Двухпозиционные датчики, усилители мощности,
преобразующие и регулирующие устройства
В системах автоматического регулирования находят широкое
применение различные двухпозиционные датчики, усилители мощно-
сти и преобразующие устройства дискретного действия.
Большое количество показывающих приборов имеют специаль-
ные механические -или ртутные контакты, которые кинематически
связаны с перемещением стрелки.
При показаниях прибора, соответствующих заданному значению
регулируемой величины, контакты замыкаются, включая исполни-
тельный механизм или сигнализирующие устройства. Такие контакты
имеют, например, электроконтактные манометры ЗКМ, термосигна-
лизаторы ТС-100 и т. д.
Все эти устройства, как правило, очень просты по конструкции,
поэтому остановимся на описании лишь некоторых, из чих.
54

1. Ртутные стеклянные электроконтактные
термометры. Ртутные электроконтактные термометры предназна-
чены для измерения сигнализации и автоматического регулирования
заданного значения температуры. В нижней части термометра нахо-
дится термобаллон с ртутью, от которого отходит измерительная ка-
пиллярная трубка При помещении нижней части термометра в изме-
ряемую зону температур вследствие расширения (сжатия) ртути при
нагревании (охлаждении) меняется пропорционально рабочему
диапазону температур высота ртутного столбика в измерительной
капиллярной трубке термометра. По высоте капиллярной трубки
в термометре имеется шкала, проградуированная в градусах
Цельсия.
В капиллярную трубку термометра впаяны электроконтакты.
iB электроконггактных термометрах тина ТЗК контакты впаяны
против 'вполне оцределенной заданной для данного термометра тем-
пературе. Количество электроконтактов, а следовательно, и заданных
температур контактирования для термометра ТЗК в интервале тем-
ператур от —35 до + 300° С может быть одно, (два или три.
В электроконтактных термометрах типа Т1ПК имеется один
неподвижный контакт, а второй контакт подвижной, который можно
устанавливать на заданное значение температуры с помощью маточ-
ной гайки, перемещающейся при вращении винта подковообразным
постоянным магнитом, который устанавливается в верхней части
термометра.
'Погрешность при замыкании контактов термометра ТЗК не бо-
лее величин, приведенных в табл. 2-1.
Допустимая погреш-
ность срабатывания контак-
тов термометра ТПК не
превышает цены наимень-
шего деления шкалы термо-
метра.
Однако, в связи с не-
большой допустимой нагруз-
кой на контакты, в боль-
шинстве случаев электро-
контактные термометры при-
меняются в комплекте со
специальным универсальным
реле на полупроводниковых
элементах по ГОСТ
9871-61.
Принципиальная электрическая схема реле представлена на
рис. 2-9. Контакты термометра подключаются к точкам А и Б уни-
версального реле. При разомкнутом контакте ток через коллектор
триода ##1 не проходит, в результате чего на базу триода ЯЯ2
подается отрицательное напряжение относительно эмиттера. При
этом через коллектор проходит ток, достаточный для срабатывания
выходного реле Р. Ори замыкании электроконтактов термометра на
базу триода ПП\ подается отрицательное напряжение относительно
эмштера, (вследствие чего через коллектор триода ППХ будет про-
текать ток. Благодаря протеканию этого тока через сопротивле-
ние R3 уменьшится отрицательное напряжение на базе триода ЯЯ2,
что вызовет уменьшение коллекторного тока этого триода и отпу-
скание выходного реле Р*
Таблица 2-1
Температурный
интервал, °С
Погрешность при числе
рабочих контактов
Два или
три рабо-
чих кон-
такта
Один ра-
бочий
контакт
От 0 ДО + 100
От 100 до+ 200
От+ 200 до+ 300
со to —
+ 2
+ 3
±5
55

Универсальное реле работает при напряжении сети 24, 48 и
ПО в постоянного тока и 36, 110, 220 в переменного тока. При этом
допустимая нагрузка на электроконтакты ртутного термометра не
должна превышать 0,5 ма при напряжении 0,3 в.
JT1* ГЗ
Таблица 2-2
Рис. 2-9. Электрическая .схема универсального реле по ГОСТ
9871-61.
Избыточное напряжение гасится на сопротивление R5. Значения
гасящего сопротивления /?5 в зависимости от величины напряжения
сети приведены в табл. 2-2.
2. Пневматическое реле Р10. Пневматическое реле Р10
является двухпозиционным мем бранно-клапанным устройством. Оно
служит для формирования на выхо-
де пневматического сигнала боль-
шой мощности, достаточного для от-
крытия или закрытия пневматическо-
го клапана при помощи пневмати-
ческого командного сигнала малой
мощности.
Реле используется в системах
автоматического регулирования с
двухпозиционными исполнительными
механизмами.
Принципиальная схема реле
представлена на рис. 2-10. Сжатый
воздух питания поступает в камеру
А реле.
При отсутствии входного сиг-
нала под действием пружины 1 кла-
пан 2 перекрывает проход из каме-
ры А в камеру £, шток 3 перемеща-
ется вверх и клапан 4 открывает
проход из камеры Б в камеру В. При этом камера Б через камеру В
сообщается с атмосферой. Давление на- входе пневматического ис-
полнительного механизма будет равна нулю.
При подаче входного сигнала Рвх в камеру Г мембрана реле
прогибается, клапан 4 перекрывает проход из камеры Б в камеру В,
шток 3 перемещается вниз и клапан 2 открывает проход из каме-
ры А в камеру Б. В результате этого сжатый воздух питания посту-
пает из камеры А через камеру Б к исполнительному механизму.
Давление воздуха (питания и входного) равно 1—4 кгс/см2. Но-
номинальное значение (давления срабатывания реле 0,6±0,1 кгс/см2,
номинальное значение давления отпускания 0,3±0,15 кгс/см2.
Напряжение
сети
Вели-
чина
Вид напряже-
Вели-
сопро-
тивле-
ния
чина,
ния R5,
в
ом
36
60
Переменное
по
1 000
127
1 000
220
2 500
24
0
Постоянное
48
600
ПО
1 800
56

Пропускная способность при перепаде 2 кгс/см2 не менее
10 нм*/ч.
Реле может быть смонтировано в любом положении.
3. Реле э л е к т р о п н е в м а т и ч е с к о е Р50. Реле Р50 пред-
назначено для формирования на выходе мощного пневматического
сигнала при поступлении на его вход командного электрического
сигнала.
Оно применяется в системах автоматического регулирования для
использования электрических входных сигналов различных командо-
аппаратов производственного назначения (например, типа КЭП), для
двухпозиционного регулирования в
комплекте с пневматическими ис-
полнительными механизмами.
Принципиальная схема реле
представлена на рис. 2-11. Сжатый
воздух питания давлением РПиТ
= 1ч-4 кгс/см2 поступает в каме-
ру А.
ATM
Рис. 2-10. 'Принципиаль-
ная схема пневматиче-
ского реле Р10.
Рис. 2-11. Принципиальная схе-
ма электропневматического ре-
ле Р50.
При отсутствии (входного сигнала камера Г сообщается с атмо-
сферой, под действием пружины / клапана 2 перекрывает проход из
камеры Л в камеру Б, шток 3 перемещается вверх и клапан 4
открывает проход из камеры Б в камеру В. 1При этом давление на
выходе реле будет равно нулю, так как камера Б через камеру В
сообщается с атмосферой.
При поступлении входного электрического сигнала электромаг-
нит 7, преодолевая натяжение пружины 8, поворачивает по часовой
стрелке рычаг 6, который перемещает управляющий клапан 5. Кла-
пан 5 открывает проход из камеры А в камеру Г и закрывает выход
из камеры Г в атмосферу. Сжатый воздух проходит из камеры А
в камеру Г, мембрана реле прогибается, клапан 4 перекрывает про-
ход из камеры Б в камеру В, шток 3 перемещается вниз и клапан 2
открывает проход из камеры А в камеру Б.
В результате этого сжатый воздух питания поступает из каме-
ры А через камеру Б к пневматическому исполнительному меха-
низму.
При исчезновении командного входного электрического сигнала
под действием пружины 8 рычаг 6 поворачивается против часовой
стрелки, перемещая вниз управляющий клапан 5, который перекры-
вает проход из камеры А в камеру Г и открывает выход из каме-
57

ры Г в атмодферу. 'Под действием щружины / камера Б отсоеди-
няется от KaMqpbi Л и через камеру В сообщается с атмосферой.
Давление на выходе реле будет равно нулю.
Напряжение пружины 8 регулируется путем (вращения винта 10,
который при этом перемещается вдоль неподвижной гайки 9.
Пропускная способность реле Р50 при перепаде 2 кгс/см2 не
менее 10 нмъ/ч.
4. Дилатометрическое реле ТР-200. Реле ТР-200 пред-
назначено для контроля, сигнализации и автоматического регулиро-
вания температуры неагрессивных жидкостей и газов.
/ 2 3
Рис. 2-12. Принципиальная схема дилатометри-
ческого реле ТР-200.
Принципиальная схема реле представлена на рис. 2-12. Чувстви-
тельным элементом реле является дилатометрическое устройство, со-
стоящее из латунной гильзы 1 и пружины 2 (сплав инвар). Реле
ТР-200 устанавливается таким образом, чтобы латунная гильза на-
ходилась в среде, температуру которой необходимо измерять. В тор-
це латунной гильзы закреплен фигурный стержень 3. На пружинах'2
закреплены изолированные от них нормально закрытые электриче-
ские контакты.
Так как коэффициент расширения латуни намного больше, чем
инвара ((коэффициент расширения инвара в пределах температур от
—50 до +100° С близок к нулю), то при нагревании латунной гиль-
зы / она удлиняется и за стержень 3 растягивает пружины 2. При
этом электрические контакты 4 размыкаются. При уменьшении тем-
пературы латунная гильза укорачивается и благодаря упругим свой-
ствам пружины 2 электрические контакты снова замыкаются.
Температура, при которой размыкаются контакты, определяется ве-
личиной зазора go- Заданное значение температуры, при которой
размыкаются контакты реле, н астр айв ается путем вращения винта
5. При вращении винт 5 вместе с контактным устройством переме-
щается вдоль неподвижной гайки 6, изменяя величину зазора go-
Реле имеет пределы настройки заданного значения температуры
в пределах от 25 до 200° С. Погрешность срабатывания контактов
±5° С при скорости изменения температуры не более 0,5е С в минуту.
Наибольшая разность температуры замыкания и размыкания кон-
тактов 5° С. Максимально допустимая нагрузка на контакты 30 ва
при напряжении 220 в переменного тока и не более 5 вт при напря-
жении 220 в постоянного тока.
5. Двухпозиционный дистанционный терморе-
гулятор ТДД. Двухпозиционный дистанционный терморегулятор
ТДД предназначен для сигнализации и двухпозиционного регули-
рования температуры неагрессивных газов и жидкостей. Принци-
пиальная схема терморегулятора ТДД представлена на рис. 2-13.
58

3
г*
1
Измерительной частью те^р море гул я тор а является герметичная
термосистема, состоящая ,из термобаллона 1, соединительного капил-
ляра 2 и сильфона 3. Термосистема частично заполнена жидкостью
с низкой темнераггурой кипения.
Тедшобаллон помещается в среду, температуру которой необхо-
димо контролировать. При нагревании термобаллона увеличивается
давление насыщенных паров внутри термосистемы, в результате чего
сильфон воздействует на рычаг 4,
в противоположность которому при-
ложено усилие от пружины 5 задат-
чика. При значениях температуры
ниже заданной ртутный контакт под
действием пружины задагчика в за-
висимости от исполнения терморегу-
лятора замкнут или разомкнут. При
повышении температуры сильфон,
преодолевая действие пружины за-
датчика, поворачивает рычаг 4 про-
тив часовой стрелки. Рычаг 4 через
рычаг 6 поворачивает ртутный пе:
реключатать 7. При заданном зна-
чении температуры ртутный контакт
переключается. Заданное значение
температуры настраивается путем
вращения винта 8, который, переме-
щаясь вдоль гайки 9, меняет натяже-
ние пружины 5. Ртутный контакт за-
мыкает цепь сигнального устройства
или исполнительного механизма. Тер-
мобаллон рассчитан на работу в среде
с максимальным давлением не более
б кгс/см2. Допустимая нагрузка на
ртутный контакт не более 1 а при
напряжении 220 в переменного тока.
Терморегулятор ТДД выпускается как с размыкающими, так и за-
мыкающими контактами. Пределы шкалы настройки от —10 до
+ 15°С, от +5 до +30°€, от +20 до +50° С. Допустимая погреш-
ность срабатывания контактов ,±0,8° С.
6. Электронный сигнализатор уровня ЭСУ-1.
Электронный сигнализатор уровня ЭСУ-1 предназначен для контро-
ля и автоматического регулирования жидких, сыпучих и гранули-
рованных сред, а также границы двух сред с различными диэлек-
трическими постоянными в технологических аппаратах, работающих
под давлением.
.Принципиальная схема ЭСУ-1, выпускаемого Рязанским заво-
дом тепловых приборов, представлена на рис. 2-14.
Электронный сигнализатор состоит из электронного блока на
лампе 6ШС и электрода-датчика.
Электронный блок представляет собой генератор высокой ча-
стоты, собранный по трехточечной схеме.
Датчик подключается к колебательному контуру электронного
блока через разделительный конденсатор С2. Колебательный контур
генератора состоит из индуктивности Lu конденсаторов Си Сэ
(или С5) и емкости С2, соединенной последовательно с емкостью
«датчик—контролируемая среда—стенки резервуара». При уровне
Рис. 2-13. Принципиальная
схема дистанционного тер-
морегулятора ТДД.
59

среды ниже электрода-датчика генератор настраивается в режим
генерации путем вращения подстроечного конденсатора С\. При этом
через анодную цель электронной лампы проходит небольшой ток,
величина 'которого недостаточна для срабатывания выходного ре-
ле Р типа МКУ-48.
При соприкосновении электрода-датчика со средой изменяется
емкость его монтажа, так как диэлектрическая постоянная среды
обычно больше чем воздуха или газа, находящегося в резервуаре
над контролируемой средой.
р
Рис. 2-14. Электрическая схема сигнализатора
уровня ЭСУ-1.
При изменении этой емкости нарушается условие самовозбуж-
дения генератора. При «срыве генерации анодный ток электронной
лампы увеличивается и выходное реле Р срабатывает, включая
цепи сигнализации и исполнительный механизм. Чем больше раз-
ность диэлектрических постоянных контролируемой среды и газов
над ней, тем надежнее работает сигнализатор. В связи с этим
ЭСУ-1 нельзя применять в случаях, когда диэлектрическая постоян-
ная среды и ее паров близки друг к другу.
В комплекте с ЭСУ-1 применяются стержневые датчики типов
ДЕ-1, ДЕ-2 и ДЕ-3 и пластинчатый датчик ДЕ-4. Датчик ДЕ-1
имеет изоляционное покрытие из винипласта, а датчик ДЕ-2 имеет
изоляционное покрытие из фторопласта. В связи с этим их можно
применять для контроля агрессивных токопроводящих рред, по
отношению к которым винипласт и фторопласт стойки. Датчики
ДЕ-3 и ДЕ-4 применяются для неагрессивных нетоколроводящих
сред, так как их электроды не имеют покрытия. Датчик ДЕ-3 при-
меняется в случае повышенной диэлектрической постоянной контро-
60

лируемой среды. Датчик ДЕ-4 служит для контроля уровня середы
с небольшой диэлектрической постоянной.
Датчики ДЕ-1, ДЕ-2 и ДЕ-3 можно устанавливать как на гори-
зонтальной, так ,и на вертикальной плоскостях. Для горизонтального
монтажа эти датчики выпускаются длиной 0,1 м. Для вертикального
монтажа — 0,25; 0,5; 1; 1,5 и 2 ж. Датчики ДЕ-4 выпускаются только
для горизонтального монтажа длиной 0,25 или 0,5 м.
Датчики с электронным блоком соединяются коаксиальным кабе-
лем РК-50. Центральная жила кабеля подключается к зажиму 6
электронного блока (рис. 2-14), а металлическая экранирующая
оплетка — к зажиму 10. Длина коаксиального кабеля равна 3 м.
К зажимам /, 2, 3, 4 и 5 подключаются цепи управления исполни-
тельными механизмами и сигнализирующие устройства.
Сигнализатор питается переменным напряжением 220 в, которое
подводится к зажимам 7 и 9 электронного блока.
Максимальная погрешность срабатывания сигнализатора при го-
ризонтальном монтаже датчиков ±2,5 мм, а при вертикальном мон-
таже— ±5 мм. При правильной настройке срыв генерации происхо-
дит при изменении емкости монтажа датчика на 5 пф. Допустимая
нагрузка на выходные контакты 500 ва при напряжении 220 в пе-
ременного тока и 50 вт при напряжении 220 в постоянного тока.
Рекомендуется следующий порядок настройки электронного сиг-
нализатора ЭСУ-1:
1. Переключатель прибора ставится в положение В при контро-
ле верхнего уровня или в положение Н (при контроле нижнего
уровня.
2. Включается питание и прогревается электронный блок в те-
чение 20 мин.
3. При уровне среды ниже электрод а-датчика через отверстие
в крышке Kqpnyca электронного блока отверткой с изолированной
рукояткой вращают подстроечный конденсатор С\ до срабатывания
выходного реле. При этом загорается сигнальная лампа Л\ элек-
тронного блока. После этого подстроечный конденсатор вращается
в обратную сторону до момента погасания сигнальной лампы Л\.
4. Проверяется правильность настройки электронного блока пу-
тем касания пальцем центрального стержня в головке датчика сиг-
нализатора. В случае правильной настройки ЭСУ-1 при касании
пальцем центрального стержня в головке датчика сигнализатор
срабатывает и загорается лампа Лх.
5. Проверить правильность (настройки сигнализатора на четкость
срабатывания при повышении уровня контролируемой среды до по-
гружения в нее датчика и отпускания выходного реле при пониже-
нии уровня и выхода датчика из контролируемой среды.
В настоящее время выпускается несколько модификаций элек-
тронных сигнализаторов нормального и взрывобезопасного исполне-
ний Рязанским заводом тепловых приборов и Фрунзенским заводом
физических приборов.
2-8. Гамма-реле ГР-1
Гамма-реле ГР-1 предназначается для контроля и двухпозицион-
ного регулирования уровня или наличия сыпучих, твердых и жидких
материалов.
Принцип действия гамма-реле основан на регистрации гамма-
излучения проходящего через контролируемое вещество, находя-
61

щееся между источником излучения (коллиматором) и приемником,
состоящем из пяти галогеннных счетчиков типа СТС-5, электронного
усилительного блока и выходного реле типа МКУ-48.
Принципиальная схема приемника ГР-1 представлена на
рис. 2-15.
Гамма-кванты, излучаемые коллиматором, ионизируют газ
(неон), находящийся внутри счетчика, к которому через выпрями-
тель В подается напряжение 40О±20 в. В результате ионизации
в газе счетчика появляется некоторое количество свободных электро-
нов и ионов, вызывающих прохождение тока через нагрузочное со-
противление Ri.
В цепь к ИМ
Рис. 2-15. Гама-реле ГР-1.
Для прекращения самопроизвольного разряда после ионизации
газа в счетчике гамма-частицей к основному тазу в счетчик для
гашения разряда добавляются примеси аргона с галогеном (бромом
или хлором).
Благодаря быстрому гашению разряда после его возникновения
через нагрузочное сопротивление R\ будут проходить импульсы тока
при каждой ионизации газа в счетчике гамма-частицами.
Падение напряжения на сопротивлении R\ усиливается первым
каскадом усиления, собранном на левом триоде лампы Ли и подает-
ся на сетку правого триода этой лампы, работающей в режиме ка-
тодного повторителя.
В цепь катода право/го триода включена интегрирующая цепоч-
ка, состоящая из сопротивления R5 и кондемсат9ра Сб.
Электронная лампа Л2 работает в режиме усилителя мощности.
При отсутствии сигнала на управляющей сетке лампы Л2 она откры-
та и на реле Р подается достаточное напряжение для его срабаты-
вания. Так как лампа Л2 одновременно является однополуп ер йодным
выпрямителем, что для сглаживания пульсаций напряжения на вы-
ходном реле, параллельно реле включен конденсатор С3.
С интегрирующей цепочки на управляющую сетку лампы Л2 по-
дается отрицательное напряжение по отношению к катоду.
62

Когда через интегрирующую цепочку проходит кратковременный
одиночный импульс, то -конденсатор С& не успевает зарядиться до
напряжения, при котором происходит запирание лампы Л2.
После прохождения одиночного импульса конденсатор Сб пол-
ностью разряжается .на сопротивление £5, Если кратковременные
импульсы через интегрирующую цепочку будут проходить часто, то
при определенной их частоте конденсатор С6 в паузах между
импульсами уже не будет успевать полностью разрядиться и макси-
мальное отрицательное напряжение, подаваемое на управляющую
сетку лампы Л2, будет возрастать до некоторой постоянной величи-
ны при данной частоте импульсов. Так, при частоте '50 импульсов
в секунду кондвнеатор Сб 'будет заряжаться до 25 в, в результате
чего ток в анодной цепи лампы Л2 настолько уменьшится, что вы-
ходное реле Р отключится и переключит свои контакты.
Приемник ГР-1 питается переменным напряжением 2,20 в, кото-
рое подводится к зажимам 1—2. Зажим 3 служит для заземления.
К зажимам 4, 5, 6 и 7 подключаются электрические цепи исполни-
тельных механизмов.
Время переключения контактов выходного реле после начала
Облучения счетчиков не более 1 сек.
Время срабатывания контактов выходного реле после прекраще-
ния облучения не более 12 сек.
Гамма-реле ГР-1 надежно работает при падении напряжения
питания на ±10%. (Потребляемая мощность от сети 26 ва.
Коллиматор состоит из чугунного корпуса и вкладыша с отвер-
стием, в которое вставляется ампула с источником радиоактивных
изотопов Со-60 или Cs-137. Отверстие закрывается заглушкой, чтобы
не выпадал источник.
Чугунный корпус имеет отверстие, которое в рабочем положении
совпадает с отверстием во вкладыше и через него происходит излу-
чение.
При транспортировке или монтаже коллиматора вкладыш в кор-
пусе поднимается над отверстием в корпусе и поворачивается на
90°. В результате этого
радиоактивное излучение ис- Т а б л и ц а 2-3
точника 'ослабляется чугун-
ным корпусом до безопас-
ной величины.
Активность излучения
гамма-частиц источником
выражается в радиевых
м ил л игр а м м -эквив а лентах.
Миллиграмм-эквивалент ра-
дия — это активность источ-
ника, гамма-излучение кото-
рого эквивалентно излуче-
нию одного миллиграмма радия государственного эталона радия
СССР.
Коллиматоры выпускаются промышленностью трех типов Kl, К2
и КЗ. Отличаются они друг от друга только толщиной чугунного
корпуса, которая от центра источника излучения для них соответ-
ственно равно 10, 12 и 15 см.
Чугунный корпус коллиматора для монтажа имеет фланец
с отверстиями.
Изчучатель
Допустимая активность
для коллиматоров,
мг-экв радия
К1
К2
КЗ
Со-60
Cs-137
5,5
16,0
9,0
36,0
25,0
181,0
63

В табл. 2-3 (приведены (максимально допустимые активности гам-
ма-излучателей в зависимости от типа коллиматоров. В этом случае
уже на расстоянии одного метра от центра коллиматора потоки ра-
диации будут безопасными для человека.
Активность радиоактивных веществ также измеряется в кюри.
Один кюри — это активность такого количества радиоактивного ве-
щества, в котором происходит 3,7- 1010 распадов в течение секунды.
Для перевода единицы измерения кюри в единицу измерения
грамм-эквивалент радия для каждого вещества имеются свои коэф-
фициенты. Так, для Со-60 и Cs-137 эти коэффициенты соответственно
равны 1,6 и 0,38.
Необходимая активность А гамма-излучателей в милли-кюри
определяется по формуле
t__
Л = 3.4.10-'^2^e~^d\ (2-3)
где t — необходимый гарантийный срок работы излучателя, годы;
Т — период полураспада источника в годах (для Со-60 Г=
= 5,27 года, для Cs-137 7 = 26,5 года);
/ — интенсивность излучения, необходимая для срабатывания
выходного реле приемника в имп/сек (для приемника ГР-1
/ = 50 имп/сек);
R — расстояние от источника до приемника, см;
q — количество гамма-квантов, приходящихся на один распад
ядра (для Со-60 <? = 2, для Cs-137 9 = 0,92);
е — эффективность счетчиков;
5 — поверхность счетчиков, см2 (для одного счетчика СТС-5
5 = 7 см2);
d — толщина поглотителя, см;
\i — линейный коэффициент ослабления, смгх.
Эффективностью счетчиков называется отношение гамма-частиц,
зарегистрированных счетчиком, к общему их количеству, прошедше-
му через рабочий объем счетчика за единицу времени при неболь-
шой нагрузке.
Для Со-60 е = 0,83-ilO"2, а для Cs-137 8 = 0,47-Ю"2.
Линейный коэффициент ослабления \х характеризует степень
ослабления излучения при прохождении гамма-частиц через веще-
ство. Линейные коэффициенты ослабления для некоторых веществ
приведены в табл. 2-4.
Таблица 2-4
Изотопы
Сви-
нец
Железо
Чугун
Алюминий
Бетон
Вода
Со-60
Cs-137
0,66
1,22
0,42
0,576
0,38
0,526
0,149
0,202
0,132
0,172
0,063
0,085
Линейный коэффициент ослабления с достаточной для практики
точностью может быть определен по формуле
64

где fx* и рх—соответственно линейный коэффициент ослабления и
плотность искомого вещества;
M»ai и pai — линейный коэффициент ослабления и плотность
алюминия.
Рассмотрим несколько примеров расчета активности гамма-излу-
чателей.
(Пример 1. Необходимо рассчитать гамма-излучатель с изото-
пом Со-60 и выбрать коллиматор для регулирования уровня воды
в баке диаметром 5 м. Бак изготовлен из стали толщиной 10 мм.
Для регулирования используется гамма-реле ГР-1. Гарантийный
срок службы источника должен быть не менее 10 лет. Так как в ГР-1
используется пять счетчиков СТС-5, го их поверхность равна S=
=7-5=35 см*.
По формуле (2-3) определяем необходимую активность гамма-
излучателя
ю
3,4-Ю-7 J727 -2-1.0 42
Л= 2.0t83.10-2.35 -2 -50-5002' = 14 мк
или в миллиррамм-эквивалентах радия
Л=|14« 1,6=22,5 мг-экв радия.
Из табл. 2-3 находим, что для данной системы автоматического
регулирования следует применить коллиматор КЗ.
При1мер 2. Необходимо рассчитать .гамма-излучатель и вы-
брать коллиматор для регулирования уровня руды в бункере с по-
мощью гамма-реле ГР-1. Расстояние между излучателем и прием-
ником 12 м. Стены бункера выполнены из бетона толщиной 50 мм и
выложены изнутри стальными бронеплитами толщиной 20 мм% Гаран-
тийный срок службы £=15 лет.
В случае применения в качестве излучателя Со-60 определяем
общее ослабление излучения
2 Mi = 2 (5 • 0,132+2 • 0,42) =3,0.
Необходимая активность гамма-излучателя
а 3,4.10~7.50.1 2002 qn _
Л== 2.0,83.10-2.35 '2 *-в'в=^Ю*к
или
А = 910- l,6=il 450 мг-экв радий.
Из табл. 2-4 видно, что ни один из существующих коллиматоров не
может обеспечить безопасный поток радиации при таком гамма-из-
лучателе.
Выполним расчет для излучателя с изотопом Cs-137
2М*=2(5 • 0,172+2 • 0,576) =4,03.
Активность гамма-излучателя
3.4-Ю-7.50.1 2002 2бТ5
А = 2.0,47.10-2.35 "2 ^4'°8 = 198 мк
или
А = 198 • 0,38=75,5 мг-экв радия.
5—146 65

Таким образом, применение в качестве излучателя изотопа Cs-137
при коллиматоре КЗ обеспечивает безопасность применения радио-
активного источника необходимой активности.
Данный расчет показывает преимущество применения Cs-137 по
сравнению с Со-60.
Ори Bbi6qpe источника излучения следует учитывать, что цезие-
вые источники выпускаются в специальных ампулах, которые могут
помещаться только в среде с температурой не выше 600° С.
В связи с этим при значениях температуры среды в месте уста-
новки излучателя более 600° С следует применять Со-60, а в осталь-
ных случаях целесообразнее использовать в качестве излучателя
Cs-137.
Если при расчете активности излучателя оказывается, что вы-
пускающиеся промышленностью коллиматоры не обеспечивают
ослабления потока радиации в окружающую дреду до безопасных
значений, то в этом случае необходимо применять меры по сниже-
нию ослабления излучения между излучателем и приемником, что
даст возможность применить источник излучения меньшей актив-
ности. Это достигается, например, путем уменьшения толщины стен
в бункере на пути прохождения гамма-излучения от коллиматора
к приемнику, закладкой в стены стальных труб с заглушками и т. п.
В отдельных технически обоснованных случаях допускается при-
менение дополнительной защиты самого коллиматора в виде сталь-
ного или чугунного чехла.
Г Л АВ А III
МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА, УЛУЧШАЮЩИЕ КАЧЕСТВО
ДВУХПОЗИЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ
При наличии большого запаздывания в системах при применении
двухпозиционных регуляторов установившиеся колебания регулируе-
мой величины могут иметь недопустимые по требованиям технологии
значения даже при статической характеристике регулятора без зоны
неоднозк ачности.
Для расширения области применения наиболее простых, деше-
вых и надежных в работе двухпозиционных регуляторов в настоя-
щее время разработано большое количество различных методов улуч-
шения качества двухпозиционного регулирования.
3-1. Метод неполного притока и оттока энергии
Рассмотрим в общем случае систему автоматического регулиро-
вания объекта с самовыравниванием при двухпозиционном регуля-
торе с несимметричной статической характеристикой без зоны не-
однозначности при наличии запаздывания в системе.
С учетом (1-47) диапазон колебаний регулируемой величины
в этом случае запишется
bx = k06(B1+[B2)(l — e Г)' (3-1)
Так как для данного объекта коэффициент его передачи /г0б,'
постоянная времени Т и время запаздывания т постоянны, то диа-
пазон колебаний регулируемой величины (3-1) может быть умень-
66

шен только за счет уменьшения величины коммутируемой энергии
регулятором В\ и В2.
В общем ^случае при выборе величины В{ исходят из необходимо-
сти обеспечения достаточного быстродействия системы при выводе
ее на заданный режим при включении системы. После достиже-
ния регулируемой величиной заданного значения (для поддержания
ее на заданном уровне, как правило, требуется энергии значительно
меньше.
Для уменьшения положительной амплитуды колебаний целесо-
образно после вывода системы на режим уменьшить величину В\ до
значения BlH<B\. Это достигается, например, при регулировании
температуры электрической печи путем переключения нагреватель-
ных элементов с параллельного на параллельно-последовательное
включение.
"об В,
"о6В1н
-jc2
~«0бвг
Рис. 3-1. Переходной процесс двухпозиционного
регулирования при неполном притоке и оттоке
энергии.
При этом величину В\н выбирают из такого расчета, чтобы ре-
гулятор полностью, с некоторым запасом, (мог бы компенсировать
максимальные возмущающие воздействия на объект, направленные
на уменьшение регулируемой величины, #1Н>(/2макс Таким образом,
неполным притоком энергии можно уменьшить положительную
амплитуду колебаний регулируемой величины Х\ |(рис. 3-1) до вели-
чины Хщ.
Если при достижении регулируемой величиной заданного значе-
ния полностью прекратить подачу энергии «в объект, то уменьшение
регулируемой величины будет происходить быстро. По этой причине
в связи с запаздыванием в системе отрицательная амплитуда коле-
баний х2 будет иметь большое значение. Если при достижении задан-
ной температуры подачу энергии полностью не прекращать, а только
уменьшать на некоторую величину, то уменьшение регулируемой ве-
личины будет происходить медленнее и соответственно меньше будет
отрицательная амплитуда хца колебаний регулируемой величины.
5* 67

При этом величину £2Н выбирают из такого расчета, чтобы регуля-
тор полностью мог бы компенсировать максимальные возмущающие
воздействия па объект, направленные на увеличение регулируемой
ВеЛИЧИНЫ B2H>flMaKc
Таким образом, благодаря неполному притоку и оттоку энергии
диапазон колебаний регулируемой величины уменьшается со значе-
ния, определяемого выражением (3-1), до значения
ДЛГН = £0б(#1н + Я,
(3-2)
тпки-т*~
1
\ Я Л I
Метод неполного притока и оттока энергии является эффективным
средством улучшения качества двухпозиционюго регулирования.
При этом также облегчается режим работы регулятора в связи
с уменьшением величины коммутируемой им энергии.
На рис. 3-2 представлена система автоматического регулирова-
ния температуры электрической цепи сопротивления с двухпозицион-
ным регулятором при неполном притоке и оттоке энергии в устано-
вившемся процессе регу-
лирования. -г и 9
При включении регуля-
тора выключателем Вк; сра-
батывает реле Ри которое
подает напряжение иа на-
гревательные элементы. Все
нагревательные элементы
#ь #2, #з и #4 при этом
включены параллельно. При
показаниях контактного
ртутного термометра ТПК>
равных заданному значению
температуры, замыкаются
его контакты и срабатывает
реле Р2, которое включает
нагревательные элементы Н\
и #2 последовательно. Одно-
временно через замкнувший-
ся контакт реле Р2 включает-
ся реле Р3, которое встает на
самоблокировку. Реле Р3
включает нагревательные
элементы Я3 и Я4 тоже последовательно. В результате этого пода-
ча энергии уменьшается настолько, что оказывается недостаточной
ii—1
И'*
-н- * 1
Рис. 3-2. Схема автоматического ре-
гулирования температуры электропе-
чи при неполном притоке и оттоке
энергии.
Рис 3-3. Схема автоматиче-
ского регулирования темпера-
туры масла в баке при непол-
ном оттоке энергии.
68

для поддержания заданного значения температуры. При уменьше-
нии температуры до значения, ниже заданного, размыкается кон-
такт термометра ТПК, размыкается реле Р2 и нагревательные эле-
менты Hi и #2 включаются параллельно. Количество подаваемой
энергии в объект увеличится до значения, большего, чем это необ-
ходимо для поддержания заданной температуры. Температура на-
чнет повышаться, но со скоростью, меньшей чем при первоначаль-
ном включении регулятора, так как реле #з при этом остается
включенным.
В установившемся процессе регулирования нагревательные эле-
менты #3 и #4 ;все время остаются включенными последовательно,
а регулятор коммутирует только количество подаваемой энергии на
нагревательные элементы Hi и Н2, включая их последовательно или
параллельно.
На рис. 3-3 представлена система автоматического регулирова-
ния с двухпозиционным регулятором с неполным оттоком. Система
поддерживает на заданном (уровне температуру масла в баке путем
подачи горячей воды через змеевик. Заданное значение температу-
ры измеряется ртутным
термометром ТПК с элек-
троконтактами.
Если температура мас-
ла в баке меньше заданной,
то через размыкающий кон-
такт реле включается ка-
тушка соленоидного венти-
ля СВ и горячая вода
циркулирует через змеевик,
нагревая масло. При за-
данном значении температу-
ры замыкаются контакты
термометра ТПК, срабаты-
вает реле Р, цепь катушки
соленоидного вентиля раз-
рывается и вентиль под дей-
ствием пружины закрывает-
ся. Если при этом ручной
вентиль Bi на байпасе
будет частично открыт, то
через него будет постоян-
но цроходить некоторое
количество горячей воды,
чем и будет обеспечивать-
ся неполный отток при
двухлозиционном регулиро-
вании.
Величина неполного от-
тока устанавливается сте-
пенью открытия вентиля В\.
Ручные вентили В2 и £3
при нормальной работе Рис. 3-4. Процесс увеличения регули-
открыты. Они закрываются руемой величины при двухпозицион-
на период замены или ре- ном релейно-имиульсном регулирова-
монта ооленойодного вентиля. «ни объекта с самовыравниванием
при наличии запаздывания.
69

Кроме уменьшения диапазона колебаний регулируемой величи-
ны, в системе рис. 3-3 благодаря неполному оттоку уменьшается за-
паздывание в системе, так как обеспечивается постоянная циркуля-
ция горячей воды через змеевик.
3-2. Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование
Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование осуще-
ствляется с помощью регулятора, имеющего двухпозиционное
устройство со статической характеристикой без зоны неоднозначно-
сти, которое переключается в зависимости от полярности входного
сигнала регулятора, и импульсное устройство, формирующее на вы-
ходе регулятора последовательныг импульсы постоянной величины,
длительность, полярность
и скважность которых опре-
деляется полярностью вход-
ного сигнала регулятора.
Полярность выходной
величины двухпозиционного
устройства противоположна
полярности входного сигна-
ла и равна +Bi при е<0
и —В2 при е>0 (рис. 1-3).
Полярность выходной
величины импульсного уст-
ройства совпадает с поляр-
ностью входного сигнала
регулятора, постоянна по
величине и равна + (#i+B2)
при 8>0 и —(Вх + В2) при
8<0.
В результате суммиро-
вания выходной величины
от двухпозиционной части
регулятора и выходной ве-
личины от импульсной чпети
регулятора при длительно-
сти импульса t2 и длитель-
ности паузы между им-
пульсами t\ на выходе ре-
гулятора при отрицательном
входном сигнале формиру-
ется регулирующее воздей-
ствие, представленное на
рис. 3-4.
На рис. 3-5 соответ-
ственно представлено регу-
лирующее воздействие ре-
гулятора при положитель-
ном входном сигнале, дли-
тельности импульсов от им-
пульсной части регулятора t4 и длительности паузы U.
Таким образом, специфика систем регулирования с двухпози-
ционным релейно-импульсным регулятором заключается в том, что
на объект регулирования последовательно поступают постоянные,
в общем случае неодинаковые, положительные и отрицательные им-
Рис. 3-5. Процесс уменьшения регу-
лируемой величины при двухпози-
ционном релейно-импульсном регули-
ровании объекта с самовыравнива-
нием при наличии запаздывания.
70

пульсы, соотношения длительностей которых меняются при измене-
нии знака отклонения регулируемой величины от заданного зна-
чения.
Следовательно, переходный процесс в системе автоматического
регулирования с двухпозиционным релейно-импульсным регулято-
ром, если известна реакция системы на ступенчатый импульс задан-
ной амплитуды и длительности, можно найти путем суммирования
составляющих переходного процесса от отдельных импульсов с уче-
том их длительности и полярности.
Так как при двухпозиционном релейно-импульсном регулирова-
нии от импульсной части регулятора периодически поступает на
объект регулирующее воздействие противоположного знака относи-
тельно регулирующего воздействия от двухпозиционной части регу-
лятора, то процесс изменения регулируемой величины в объекте при
этом замедляется и ее отклонение от заданного значения умень-
шается.
Для объекта с самовыравниварием при наличии запаздывания
в системе (1-40) процесс увеличения регулируемой величины при
двухпозиционном релейно-импульсном регуляторе имеет вид, пред-
ставленный на рис. 3-4.
В конце каждого импульса притока и оттока энергии при по-
ступлении на вход регулятора отрицательного сигнала значение
регулируемой величины определяется следующими выражениями:
xx^kob{Bx + В2) ^1 — е T^+ko6B2(^e Т —1)==
( -И.
= &об£Д 1—-е у
т ( т \ т
x2—{xl + kQbB2)e — К$В2 = &o6#i I 1 — е )е —
— k06B2{\—e
хг = коъВу[\--е Т ^1 + е
— &06#2^1— е Т
x^koeBSl—e TJ\l + e T +e T J —
t1 + 2ti
71

hs , h+t* ft,
где t\ — длительность положительного импульса регулирующего воз-
действия на объект |При отрицательном входном сигнале регуля-
тора;
t2 — соответственно длительность отрицательного импульса.
Используя метод полной математической индукции, находим
что положительное отклонение регулируемой величины от заданного
значения после (2/г+1) переключений регулятора равно:
* т )-
I»+i = A0eB,(l-« Г)(1 + 2
k
t% N U n _ (n—k)(tx+tt)
T
e
'.v A
-B2(l-* Tj\ko6e Ту£±е T ' (3"3)
При поступлении на вход регулятора положительного сигнала
отрицательное отклонение (рис. 3-5) регулируемой величины после
(2т-И) переключений регулятора соответственно равно
■*2m+l = &o6#i(l— £ У] <
/г=1
ИЛИ
Ач , Ач '*
Xe T%e T -ko*B2\\-e T)> 0-4)
k=\
где U — длительность отрицательного импульса регулирующего воз-
действия на объект при положительном входном сигнале регуля-
тора;
/4 — соответственно длительность положительного импульса.
72

На ;рис. 3-6 представлен процесс регулирования в установившем-
ся состоянии при простом двухпозиционном регулировании и при
двухпозиционном релейно-импульсном регулировании объектов
с самовыравниванием при наличии запаздывания.
х
Рис. 3-6. Установившийся процесс двухпозиционного
регулирования и двухпозиционного релейно-импульс-
ного регулирования объекта с самовыравниванием
при наличии запаздывания.
Положительная амплитуда колебаний регулируемой величины
при простом двухпозиционном регулировании равна:
Отрицательная амплитуда
а
ko6B2(^\ — e
(3-5)
(3-6)
Из рис. 3-4 и 3-6 следует, что наибольшая положительная ам-
плитуда колебаний регулируемой величины при двухпозиционном
релейно-импульсном регулировании будет при
где п — число полных циклов длительностью (^1 + ^2) за время за-
паздывания объекта.
С учетом этого, а также рис. 3-4 и 3-6, можем записать:
t=(/i + *2)/i—*2.
Обозначив отношение t2lt\ = a, найдем:
•с ат
/lW(l +а)/2 — а' *2 == (1в+а)л — а' <3"7)
6—146 '73

Таким образом,
t. d ( л T п + а/г — а \ .
. и Го I 1 Т п + ал-а\
+ ^об|В111—^ J
/ _Л « \ -1 — ! п
п[ , Т п + ая-а \ Г я + а/г — а
Т п + а/г — а
1 я т_ (l+a)(ft—fe)
Г я + а/г —а
6=1
(3-8)
Аналогично находим отрицательную амплитуду лг2и = | x2m+i \ ко-
лебаний при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании
т 1 -с 3
1 . * 1 , m * (I+P)(m-ft)
(3-9)
: : \ _ ж -, m _ 1 гд"*
Г m + £m —£ ] Г m + Bm—В I T m + 8m — В
1 — £ /# > ( e
k=\
где
P= V /e = (l + —P' ^ = (l + P)m-f (3"10)
Диапазон колебаний —
Из выражений (3-7) — (3-10) и рис. 3-6 следует, что при двухпо-
зиционном релейно-импульсном регулировании объектов с самовы-
равниванием диапазон колебаний регулируемой величины при соот-
ветствующем выборе а и Р может быть существенно уменьшен (тео-
ретически до нуля) при любом запаздывании в системе.
На рис. 3-7 представлен установившийся процесс регулирования
в случае объекта без самовыравнивания при несимметричной стати-
ческой характеристике двухпозиционной части регулятора без зоны
неоднозначности при наличии запаздывания в системе.
Положительная амплитуда колебаний при двухпозиционном ре-
лейно-импульсном регулировании объекта без самовыравнивания бу-
дет равна
(1+а)я-сс * l6'U>
Так как положительная амплитуда при простом двухпозицион-
ном регулировании в этом случае равна Xi—k06Bx, то кратность ее
уменьшения Afi=*iAYtH при двухпозиционном релейно-импульсном
регулировании определяется выражением
(1 4- а) п — а
, д\ • (3-12)
74

Отрицательная амплитуда
1гоьх[(В2—№1)т + В2]
Кратность уменьшения отрицательной амплитуды колебаний
(1 +p)m —Р
(3-13)
(З-Н)
-х9,.\ hfH-^
Рис. 3-7. Установившийся процесс двухпозиционного регу-
лирования и двухпозиционного релейно-импульсного регу-
лирования объекта без самовыравнивания при наличии за-
паздывания.
Из выражений (3-12) и .(3-14) следует, что для получения боль-
шей кратности уменьшения диапазона колебаний необходимо на-
страивать импульсную часть регулятора таким образом, чтобы зна-
чения аир были бы близкими к максимальным
амакс — q » Рмакс — ^ •
В этом случае кратности уменьшения положительной и отрица-
тельной амплитуд соответственно равны
MlMaKc= (1 +СЬмакс)«—«макс, Аймаке = (1 +1рмакс) ttl—Рмакс- (3-'15)
При симметричной статической характеристике двухпозиционной
части регулятора аМакС = Рмакс=Д.
В этом случае, например при п=10, из выражения (3-15) най-
дем, что положительная амплитуда колебаний уменьшается в 21 раз.
При наличии возмущающих воздействий на систему выбирать
а и Р равными максимальным значениям нельзя, так как при этом
регулятор не оудет иметь возможности компецоировать возмущаю-
щие воздействия на объект.
Оптимальные значения а и Р необходимо выбирать из условия
1мин
В2мак
В2 мин
Biu&v
(3-16)
75

где В1мин и £2мин — минимальные регулирующие -воздействия на
объект соответственно ори включении и выключении регулятора при
максимальных возмущающих воздействиях; £1маКс и В2м&кс— мак-
симальные регулирующие воздействия на объект соответственно при
включении и выключении регулятора при максимальных возмущаю-
щих воздействиях.
На рис. 3-8 представлена одна из возможных схем двухпозицион-
ного релейн о-импульсного регулирования.
Регулятор состоит из двухпозиционной части, образованной кон-
тактной группой Кр двухпозиционного измерительного устройства, и
импульсной части, состоящей из двух пульс-пар.
При значении температуры ниже заданной через размыкающие
контакты контактной группы Кр и размыкающий контакт реле Рг
в электропечь подается энергия. Одновременно работает пульс-пара
на реле Pi и Р2, которая периодически прекращает подачу энергии
в объект от регулятора.
При значениях температуры выше заданной размыкается размы-
кающий контакт и замыкается замыкающий контакт контактной груп-
пы Кр. Подача энергии в объект прекращается и одновременно начи-
нает работать пульс-пара на реле Рз и Р4, которая через определен-
ные промежутки времени будет возобновлять подачу энергии в элек-
тропечь через замыкающийся контакт реле Р4.
Импульсная часть регулятора настраивается путем изменения
уставок реле времени Р2 и Р4.
При первоначальном включении объекта для его форсированного
вывода на заданный режим можно отключить импульсную часть вы-
ключателем В.
3-3. Электромеханические корректирующие приставки
к двухпозиционным регуляторам
Для улучшения качества двухпозиционного регулирования широ-
кое применение находят электромеханические корректирующие при-
ставки. На рис. 3-9 приведена принципиальная схема одной из таких
Рис 3-8 Схема автоматического двухпо-
зиционного релейно-импульсного регули-
рования температуры электропечи.
76

приставок. 0,на -состоит из синхронного двигателя, например, типа
СД с редуктором, кулачка с контактной группой /С/г, переключате-
ля Я на два положения Л и Б и реле Р.
К зажимам 1, 2 подается питание, к зажимам 3, 4 подключается
двухпозиционный регулятор, а к зажимам 5, 6 магнитный пускатель
ПМ, коммутирующий подачу энергии в объект.
Рассмотрим процесс двухпозиционного регулирования с коррек-
тирующей электромеханической приставкой объекта без самовырав-
нивания.
Если статическая характеристика двухпозиционного регулятора
несимметрична (рис. 1-5,6) и ВХ^В2, то переключатель Я устанав-
ливается в положение А.
В этом случае при вклю-
чении регулятора выходное
значение регулируемой ве-
личины х будет непрерывно
возрастать до заданного,
так как контакт Кр двух-
позиционного регулятора
нормально замкнут, вслед-
ствие чего катушка реле Г
возбуждена и ПМ получает
постоянное питание.
При достижении выход-
ной величиной заданного
значения контакт Кр размы-
кается, катушка реле Р
обесточивается и ПМ от-
ключается от питания. При
этом двигатель СД начнет
вращать кулачок, отрабаты-
вая время to. По истечении
этого времени замыкается
контакт Кп и ЯМ вновь
получает питание в течение
времени £н.
Благодаря запаздыва-
нию в системе при выходном значении отклонения регулируемой ве-
личины, равном нулю (*=0), промежуточное значение регулируе-
мой величины (рис. 1-15) равно xn=Xi=k0QBiX. Так как выходная
величина следует за промежуточной с запаздыванием на т, то Х\
будет равна положительной амплитуде колебаний регулируемой ве-
личины (рис. 3-10) при двухпозиционном регулировании без кор-
рекции.
Аналогично, отрицательная амплитуда колебаний равка х2=
=k0§B2x.
На рис. 3-10 представлен процесс двухпозиционного регулиро-
вания с коррекцией.
Величины времени t0 и tH определяются путем расчета или гра-
фически таким образом, чтобы среднее значение параметра постепен-
но снижалось до заданного при t=t\.
Дальнейшее систематическое уменьшение параметра приостанав-
ливается благодаря тому, что с этого момента система (объект —
регулятор) начинает через электромеханическую приставку оказы-
вать стабилизирующее действие на процесс регулирования.
Рис. 3-9. Принципиальная электри-
ческая схема электромеханической
корректирующей приставки.
77

Так, при t=t3 происходит включение ПМ и "выключение двигате-
ля СД, так как в это время? контакт Кр замкнется и катушка реле Р
возбудится. При t=t4 контакт Кр разомкнётся и двигатель начнет от-
рабатывать остаток времени
to+t2—ts=t5—t4.
Как видно из рис. 3-10, электромеханическая корректирующая при-
ставка значительно уменьшает диапазон колебаний регулируемой ве-
личины.
Рис. 3-10. Установившийся процесс двухпозиционного ре-
гулирования с электромеханической корректирующей при-
ставкой объекта с запаздыванием при несимметричной ста-
тической характеристике регулятора (ВХ<В2).
Из рис. 3-10 для точки a\(ta, ха) можем записать
Х\—kobByta^kobBita.
Так как Х\=к0бВ\Х, то с учетом этого найдем
ta
Вг + В2
Для осуществления устойчивой коррекции необходимо (рис. 3-10),
чтобы время U находилось в пределах /а</о<^1—т или
Вх + В2 В2 т'
С учетом этого при настройке электромеханической приставки
величину времени t0 можно определить из условия
*o = 4-('i--*+'a)
78

или
'о = 2Я2(В1 + В2)х' (3"17)
Величину времени можно найти из условия
ta = x-ta,
откуда
Таким образом, число оборотов кулачка корректирующей при-
ставки должно быть равно
1
или
_ _ .gMfli+w.. (3.19)
КВг + ВгУ+В^Х
Когда двухпозиционный регулятор имеет несимметричную ста-
тическую характеристику и В\>В2, переключатель П электромеха-
Рис. 3-11. Установившийся процесс двухпозиционного регу-
лирования с электромеханической корректирующей пристав-
кой объекта с запаздыванием при несимметричной статиче-
ской характеристике регулятора (Bi>B2).
нической приставки необходимо перевести в положение В. В этом
случае двухпозиционное регулирование с коррекцией имеет вид,
представленный на рис. 3-11.
79

Параметры настройки электромеханической приставки при
ВХ>В2 определяются выражениями:
В2 (Д2 + 2ВХ) т Btz \
*«- 2B1(Bl + B1) ' U~ Вх + В2 '
_ 2В1(В1 + В2) (3-2°)
Лк" № + + *
Для форсированного вывода системы на заданный режим при
первоначальном включении регулятора переключатель Я следует
переводить в положение В после достижения регулируемой величи-
ной заданного значения. Выведенными формулами для определе-
ния параметров настройки электромеханической корректирующей
приставки можно пользоваться и для объекта с самовыравнива-
нием при условии линеаризации (1-52) установившегося процесса
двухпозиционного регулирования.
3-4. Релейно-контактные корректирующие приставки
Электромеханические корректирующие приставки, как правило,
удовлетворительно работают при относительно постоянных нагруз-
ках и времени запаздывания, так как осуществляют коррекцию
в функции времени без учета фактического значения регулируемого
параметра.
х
Рис. 3-12. Установившийся процесс двухпозиционного
регулирования с двусторонней коррекцией.
Вследствие этого в каждом конкретном случае требуется делать
перерасчет, а иногда и полную замену прерывающего механизма
устройства, что составляет большие неудобства при эксплуатации.
В этом случае целесообразно применение релейно-контактных кор-
ректирующих приставок к двухпозиционному регулятору.
'На рис. 3-12 представлен процесс двухпозиционного регулиро-
вания объекта без самовыравнивания с временем запаздывания г,
80

Для случая когда отрицательная амплитуда х2 установившихся ко-
лебаний больше положительной х\.
Как видно из рис. 3-12, качество двухпозиционного регулиро-
вания может быть существенно улучшено, если возобновление или
прекращение подачи энергии в объект будет происходить не при
достижении заданного значения регулируемой величиной, а с неко-
торым предварением.
Пусть при х=—#2пр в точке А прекращается подача энергии
в объект до того, как выходное значение регулируемой величины
достигнет заданного значения. С этого момента промежуточное
значение регулируемой величины хп будет изменяться по прямой
BD, а ее выходное значение по прямой АС. В общем случае линия
BD может и не проходить через т, но для расчета оптимального
времени предварения, обеспечивающего симметричный процесс ре-
гулирования, целесообразно рассматривать именно этот случай, осо-
бенно если для объекта характерны значительные возмущения, как
со стороны притока, так и оттока энергии.
При х=х1Пр в точке С происходит с предварением возобнов-
ления подачи энергии в объект.
В этом случае регулирование будет осуществляться при коле-
баниях регулируемой величины, равных Axk=Xih-hx2k, которые зна-
чительно меньше колебаний при регулировании без коррекции
Ax=xi+x2.
Таким образом, если при двухпозиционном регулировании до-
полнительно применить релейно-контактную приставку, которая
с предварением изменяет знак регулирующего воздействия на
объект, то при этом качество двухпозиционного регулирования мо-
жет быть существенно улучшено.
Для устойчивого регулирования с коррекцией (рис. 3-12) при
x=xinv и dxldt>0 необходимо, чтобы *п=#2к>*2пр, а при
dx/dt>0 и *=x2np, необходимо, чтобы Xn=*iK>*inP. Если, напри-
мер, при x=xluv и dx/dt>0 окажется, что хп=х2к<х2п$, то при
последующем уменьшении х, следуя за величиной хПу не достигнет
значения л^пр и в этом случае предварительного переключения ре-
гулятора не произойдет. Следовательно, величина 6i=xiK—Хщр
определяет запас обеспечения коррекции со стороны отрицательной
амплитуды колебаний, а величина 62=*2к—*2пР определяет запас
обеспечения коррекции со стороны положительной амплитуды.
Процесс установившегося двухпозиционного регулирования
с коррекцией определяется параллелограммом ABCD.
Из рис. 3-12 очевидно, что
Следовательно, с помощью релейно-контактной схемы даже при
двусторонней коррекции нельзя уменьшить диапазон колебаний
регулируемой величины больше, чем до значения меньшей амплиту-
ды колебаний при регулировании без коррекции.
Так как осуществление релейно-контактной схемы с ограниче-
нием только отрицательной или положительной аплитуды значи-
тельно проще, то для улучшения качества двухпозиционного регу-
лирования следует применять релейно-контактные приставки с одно-
сторонней коррекцией.
На рис. 3-13 представлен двухпозиционный регулятор с релейно-
контактными элементами, обеспечивающими двухиозиционное регу-
81

лирование температуры электропечи с ограничением отрицательной
амплитуды.
Контакты Ко двухпозиционного регулятора переключаются при
заданном значении регулируемой величины *=0.
Двухпозиционный регулятор или двухпозиционное регулирую-
щее устройство (рис. 2-1) должны иметь дополнительный контакт
/Спр, который разомкнут при х<хпр и замкнут при х>хПр
(рис. 3-13,6).
Рис. 3-13. Электрическая схема релейно-контактной кор-
ректирующей приставки (а) с коррекцией со стороны от-
рицательной амплитуды колебаний регулируемой вели-
чины (б).
При включении регулятора при х<0 срабатывания его элемен-
тов не происходит и в объект подается энергия через размыкающий
контакт выходного реле Р. При увеличении температуры до задан-
ного значения замыкается контакт регулятора /Со и срабатывает
промежуточное реле Р2, которое самоблокируется через размыкаю-
щий контакт реле Рз.
Реле Р2 включает выходное реле Р, которое прекращает пода-
чу энергии в объект. € этого момента промежуточное значение ре-
гулируемой величины Хц начнет уменьшаться, значение же регули-
руемой величины х на выходе объекта, в связи с наличием запаз-
дывания, будет увеличиваться. При значении х=хпр замкнется
контакт /Спр и сработает реле Рь которое самоблокируется через
размыкающий контакт реле Р3. Реле Р\ отключит реле Р, в резуль-
тате чего с предварением возобновится подача энергии в объект
(рис. 3-13). Регулируемая величина на выходе будет возрастать до
значения Хи после чего она начнет уменьшаться, следуя за ее про-
межуточным значением хп с запаздыванием. При х<хпр разомкнётся
контакт /Спр. При х<0 переключатся в исходное положение контак-
ты /Со, сработает реле Рз, которое отключит реле Pj и Р2. Реле Рг
в свою очередь отключит реле Рз и схема придет в исходное поло-
жение.
82

После уменьшения значения регулируемой величины до х2к, сле-
дуя за изменением хп, она начнет увеличиваться и процесс регули-
рования будет повторяться.
Последовательность работы элементов схемы представлена
в табл. 3-1.
Таблица 3-1
Такты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
*пр
—*лр
Ко
~Ко
+ К0
-Ко
Рг
—Pi
+Pi
-Pi
Р>
-Ра
+р2
-Р2
Р»
-Рг
+ Р5
~Рз
Р
~Р
+ Р
—Р
и т. д. с такта 1.
При регулировании с коррекцией уменьшение диапазона коле-
баний регулируемой величины тем больше, чем больше несимметрич-
ность колебаний двухпозиционного регулирования без коррекции.
Так, если х2=2хи то диапазон колебаний при регулировании
с коррекцией может быть уменьшен примерно на 60%. При х2=Ъх\
диапазон колебаний может быть уменьшен на 80%.
На рис. 3-!14 представлен двухпозиционный регулятор с релей-
но-контактными элементами, обеспечивающий двухпозиционное ре-.
а) б)
Рис. 3-14. Электрическая схема релейно-контактной кор-
ректирующей приставки (а) с коррекцией со стороны
положительной амплитуды колебаний регулируемой ве-
личины (б).
83

гулирование с ограничением положительной амплитуды. Его це-
лесообразно применять, когда положительная амплитуда колебаний
при регулировании без коррекции больше отрицательной амплитуды.
В этом случае контактная группа Кпр двухпозиционного регулято-
ра должна иметь два переключающихся контакта.
Последовательность работы элементов схемы представлена
в табл. 3-2. Установившийся процесс регулирования представлен на
рис. 3-14. Если в двухпозиционном регуляторе не будет хватать
числа контактов Ко и /Спр, то можно применить дополнительные
реле.
В табл. 3-2 последовательность работы элементов схемы (так-
ты 1—6) относится к процессу вывода регулируемой величины на
заданный режим при первоначальном включении регулятора. С так-
та 7 начинается установившийся процесс регулирования и работа
элементов схемы будет периодически повторяться.
При настройке регулятора необходимо иметь в виду, чтобы при
максимальном ожидаемом возмущающем воздействии на объект
соблюдалось условие #Пр<#1 для регулятора рис. 3-13 и хПр<*2
для регулятора рис. 3-14.
Релейно-контактная схема, обеспечивающая коррекцию, может
быть конструктивно выполнена отдельно в виде приставки к двух-
позиционному регулятору.
При этом схема релейно-контактной корректирующей приставки
должна быть унифицирована с целью возможности ее использова-
ния как в режиме ограничения положительной аплитуды, так и
в режиме ограничения отрицательной амплитуды колебаний регу-
лируемой величины путем простого перевода вручную переключа-
теля режимов.
Рассмотрим несколько числовых примеров по улучшению ка-
чества двухпозиционного регулирования.
Пример 1. При выходе системы автоматического регулиро-
вания, рассмотренной в п. 5 гл. 1, на заданный режим подключим
последовательно с основным нагревательным элементом с сопротив-
лением i/?=900 ом дополнительный нагревательный элемент с сопро-
тивлением #i=250 ом.
В этом случае общее сопротивление нагревательных элементов
будет равно
,#Hn=#+#i=900+250=l 150 ом.
Количество энергии Qh.hu в единицу времени, выделяемой на-
гревательными элементами, при включении регулятора, будет равно
al 1502
Qh.hh = 0,24 = 0,24 ^ 15Q = 4,7 ккал/сек.
Так Как Vh.hii <Qh = 6,0 ккал/сек, в этом случае мы получаем
систему автоматического регулирования с неполным притоком при
установившихся колебаниях в системе.
Регулирующее воздействие регулятора при его включении
в приращениях от условно равновесного состояния системы равно
В = Q--n~Q' 4'7~4 = 0,175 ккал/сек.
Если при выключении регулятора нагревательные элементы пол-
ностью отключаются, то i?2H=l.
84

+
ю
о
+
Ю
ft
R
+
I
CO
+
<N
ft
К
1
+
О
1
1
О
1
00
CO
+
1
<D
1
Ю
+
rt«
+
CO
+
<M
+
a
к
+
о
ft
В
i<
1
e
1
I
CM
1
CO
1
ft
и
о
«:

Согласно (1-47) находим диапазон колебаний регулируемой ве-
личины
Л*нп= (0,175+1) (1—е-о.оБ) +0,01026-0.05=0,067.
В абсолютных единицах
Аа:нп = 0,067-200=13,4о.С.
Таким образОхМ, при автоматическом регулировании неполным
притоком энергии при данных параметрах системы диапазон коле-
баний регулируемой величины в системе уменьшается на
Ах — Длгнп ЛЛ 16,6—13,4
аГ^'т= ШГ— •100 = 19<30/*-
Пример 2. В системе автоматического регулирования, рас-
смотренной в п. 5 гл. 1, выполним нагревательный элемент из двух
секций, сопротивления которых одинаковы и равны
/?1 = #2=1 800 ом.
При включении регулятора эти секции соединяются параллель-
но, а при выключении регулятора они соединяются последовательно
(см. рис. 1-10).
Находим сопротивление нагревательного элемента при вклю-
чении регулятора
R R
R = д = 900 ом.
Следовательно, регулирующее воздействие регулятора при его
включении равно В\ = 0,5.
Определим количество энергии Q0Ho в единицу времени, кото-
рая выделяется нагревательными элементами при отключении ре-
гулятора
"н 1502
Qoho = 0,24 = °'24"3600 = 1' ккал/сек.
Если при выключении регулятора энергия в объект не посту-
пает, то с течением времени вся энергия, запасенная нагревательной
печью, рассечивается в окружающую среду и температура печи
снизится до значения температуры окружающей среды. В этом слу-
чае при достаточно длительном выключении регулятора мы имеем
полный отток энергии, ранее запасенной объектом при включении
регулятора.
Если же при выключении регулятора в объект будет посту-
пать некоторое уменьшенное количество энергии Qoho, то в этом
случае при достаточно длительном отключении регулятора темпе-
ратура в печи в установившемся состоянии снизится только до не-
которого значения воно, которое будет выше значения температу-
ры окружающей среды. Для объекта это равноценно неполному от-
току энергии в окружающую-среду.
В нашем случае
воно = Qoho • Лоб =il,5 • 50 = 75° С.
86

Таким образом, мы имеем систему автоматического регулиро-
вания с неполным оттоком энергии.
Регулирующее воздействие на объект при выключении регуля-
тора равно:
По (1-47) находим диапазон колебаний регулируемой величины
Л*но= (0,5+0,625) (1—е-о.о5) +0,0102£?-°'°5=0,065
или
Д*но=0,065-200-=13° С.
Диапазон колебаний регулируемой величины при неполном от-
токе уменьшается на
Ах — Длгно л 16,6—13
и -100 1676 100 = 21,7./.-
Пример 3. Б п. 2 подключим один нагревательный элемент
непосредственно на напряжение ип = \50 в, а регулятором будем от-
ключать и включать только второй нагревательный элемент.
В этом случае имеем также систему с неполным оттоком
1502
Qoho = 0,24 1 = 3 ккал/сек;
4—3
В2П — j = 0,25.
Диапазон колебаний будет равен
Д*но= (0,5+0,25) (1— е-<м*) + 0,0102е-°>05=0,04.
В абсолютных единицах ДхНо = 8°С. Диапазон колебаний
уменьшается на 51,7%.
Пример 4. В п. 3 при выходе системы на заданный режим
последовательно с нагревательным элементом, который включается
и отключается регулятором, включается дополнительный нагрева-
тельный элемент с сопротивлением
^3=^=^2=1 800 ом.
В этом случае будем иметь систему автоматического регулиро-
вания с неполным притоком и оттоком
( и1 и1
Qohh = G.24 у #1 + я3 +
/ 1502 , 1502 \
°>24 (зШ+ТШ ) = 4,5
4,5 — 4
Я1Н = 4 = 0,125, £2Н = 0,25.
Диапазон колебаний регулируемой величины
Д*Но= (0,125+0,25) (1—е-°^5) +0,0102е-°.05=0,028.
или
Дхно=5,6° С.
87

Диапазон колебаний регулируемой величины уменьшается поч-
ти в 3 раза.
При определении величины неполного притока и оттока необхо-
димо учитывать, чтобы величина коммутируемой энергии регулято-
ром полностью компенсировала бы максимально возможные воз-
мущающие воздействия на объект.
Пример 5. Необходимо спроектировать систему автоматиче-
ского двухпозиционного регулирования температуры электропечи
с передаточной функцией
&o6 = l, ^об = 5 мин, т=2 мин. Регулирующее воздействие регулято-
ра Bi = 0,5, В2=\. Заданное значение температуры 0О=5ОО°С: Диа-
пазон колебаний температуры должен быть не более 30° С.
Если для данного объекта применить простое двухпозиционное
регулирование, то даже в случае статической характеристики регу-
лятора без зоны неоднозначности благодаря большому запаздыва-
нию в системе колебания температуры будут недопустимо большими
Ах = k06 (В, + В2) ^1 - е Т ) = (1 + 0,5) — е 5 j = 0,495
Л*=0,495- 500 = 248° С.
Для улучшения качества регулирования к данному двухпози-
ционному регулятору на его выходе подключим прерывающее
устройство с параметрами а=0,3, P=l,3, я=т=10.
По формуле (3-9) найдем положительную амплитуду колеба-
ний температуры при двухпозиционном релейно-импульсном регу-
лировании
2 1
г1И =0,5 —,
+ [0,5(1-^^)
5 J0-|-0,3.10 — 0,3 \ -|_
2-0,5
5-12,7
е
2-0,5 2 10 1,3(10 — 6)
(л 5-12,7 Л 5-12,7 \1 5-12,7 ЛЛ1Л
( 1 — е ' J е Jje =0,018.
k=\
По выражению (3-10) находим отрицательную амплитуду колеба-
ний температуры
ж2И= (1_Г^Ю+''3'-0-'-3)-[о,5(1-Г^"^1)-
I 1 — е J е Jje = °'°39.

Диапазон колебаний амплитуды
Л*и = 0,018+0,039=0,057
или
Л*и = 0,057- 500=28,5° С.
Таким образом, благодаря применению прерывающего устрой-
ства с выбранными параметрами колебания температуры уменьши-
лись почти в 9 раз.
Чем ближе будет выбираться значение ок
аМакс = 51/52=0,5, а р —К Рмакс = Д2/Я1в=2,
тем меньше будет диапазон колебаний регулируемой величины.
При а = аМакс и Р=Рмакс диапазон колебаний в нашей систе-
ме будет равен всего Л#=3,5°С.
Пример 6. Имеем систему автоматического регулирования
температуры электропечи с двухпозиционным релейно-импульсным
регулятором (рис. 3-8). Параметры электропечи как объекта регу-
лирования приведены в примере 4 гл. I.
Требуется определить оптимальные параметры настройки ре-
гулятора, если известно, что возмущающими воздействиями на си-
стему являются колебания напряжения в сети Ди=±10%ан и ко-
лебания температуры окружающей среды Ав0=±10°С.
Определим максимальное количество энергии в единицу време-
ни, выделяемое нагревательным элементом при включении регуля-
тора
(ан + Д")2 (150+- 15)2
<Эн.мин = 0,24-^——- -0,24- ^-^ = 7,26 ккал/сек.
Соответственно
(150— 15)2
Qh.mhh = 0,24 — = 4,86 ккал/сек.
Максимальное регулирующее воздействие регулятора при его
включении равно:
_ Он.макс — Q0_ 7,26—4
d\ макс = q- J = U,01.
Минимальное регулирующее воздействие
Qb.mhh Qq 4,86 4
оi мин п а — U,Z1 .
Так как в установившемся состоянии в0=&об<2о, то максималь-
ное регулирующее воздействие регулятора при его выключении бу-
дет равно:
п в0 + Ав0__ 200+Ю
#2макс - q-q 200 ^ ljU5'
Минимальнее регулирующее воздействие
е0 — де0__ 200 — ю
^2мин— 200 =°>95-
7—146 89

Согласно (3-16) определяем оптимальные параметры настройки
регулятора
0,21 п 0,95
аопт 1,05 ропт Q gj 1,17.
При запаздывании в системе т=4 мин и числе полных циклов
за время запаздывания, например, /г=т = 5 по выражению (3-7)
находим выдержки времени реле Pi (рис. 3-8) при включении U и
выключении t2
4«60 4-60.0,2 _
*i ~ л -l о — п 9 —41,4 сек, t2 —
(1+0,2).5 —0,2 <^> *2- (1+0,2)5-0,2
= 8,2 сгк.
По формулам (3-10) находим выдержки времени при включении
/3 и выключении /4 реле ра-
^60
/з~(1 + 1,17).5— 1,17 — 10 сек'
_ 4.60.1,17
^ = (1 + 1,17).5— 1.17 = 29 сек'
ГЛАВА IV
МНОГОТОЧЕЧНЫЕ ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ
РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
При технологическом контроле и автоматизации производствен-
ных процессов часто возникает необходимость поддержания на за-
данном уровне большого числа различных параметров. Если в этом
случае для регулирования каждого параметра применять отдель-
ный регулятор, то система автоматического регулирования получит-
ся дорогой, громоздкой и неудобной в эксплуатации. В связи
с этим промышленностью серийно выпускаются многоточечные ре-
гуляторы, которые имеют большое количество общих узлов и бло-
ков, использующихся для регулирования каждой точки, и, следо-
вательно, их стоимость в десятки раз меньше по сравнению с си-
стемой, в которой для регулирования каждой точки применен
автономный регулятор.
Многоточечные двухпозиционные регулирующие устройства при-
меняются в основном при автоматическом регулировании темпера-
туры в различных точках объекта регулирования при достаточно
инерционном технологическом процессе.
4-1. Многоточечные двухпозиционные регулирующие устройства
электронных приборов типа ЭМР и ЭПР при одинаковом
значении заданного параметра для каждой точки регулирования
Двухпозиционные регулирующие устройства, встраиваемые
в приборы ЭМР и ЭПР, выпускаются для регулирования парамет-
ра в трех, шести или двенадцати точках при одинаковом его задан-
ном значении для каждой точки с общей для всех точек аварийной
90

от
и
сигнализацией. При регулировании параметра в трех или шести точ-
ках аварийная сигнализация может быть отдельной для каждой
точки .
Регулирующее устройство состоит из задающего устройства и
устройства переключения каналов регулирования и аварийной сиг-
нализации.
Задающее устройство представлено на рис. 4-1. Оно состоит
из трех профильных дисков Дь Дг и Дз и трех контактных групп
Ки К2 и*/Сз-
Контактная группа К\ замкнута при показаниях прибора
начала шкалы до нижнего допустимого значения параметра
разомкнута от нижнего допусти-
мого значения параметра до кон-
ца шкалы.
Контактная группа К2 ра-
зомкнута при показаниях при-
бора от начала шкалы до верх-
него допустимого значения па-
раметра и замкнута от верхнего
допустимого значения параме-
тра до конца шкалы.
Контактная группа /С3 замы-
кается при аварийных значениях
контролируемой величины.
Профильный диск аварийной
сигнализации Дз — сдвоенный.
Смещая сдвоенные диски отно-
сительно друг друга, можно по-
лучить срабатывание аварийной
сигнализации при следующих зна-
чениях регулируемого параметра;
а) от начала шкалы до ниж-
него допустимого значения (но не
более середины шкалы прибора);
б) от верхнего допустимого значения регулируемого параметра
(но не ниже середины шкалы прибора) до конца шкалы;
в) при значениях регулируемого параметра ниже и выше допу-
стимого с максимально возможным интервалом между нижним и
верхним значениями не более 50% шкалы прибора; при этом от
начала шкалы до нижнего допустимого значения и от верхнего до-
пустимого значения до конца шкалы в отдельности не должно быть
более 50% шкалы прибора.
Контактная группа аварийной сигнализации /С3 замыкается при
попадании кулачка во впадину, которая образуется сдвоенными ди-
сками. Зона включения контактной группы Кг не может быть уста-
новлена большей 50% шкалы прибора.
На рис. 4-2 представлена принципиальная схема двухпозицион-
ного шеститочечного регулирующего устройства с общей для всех
точек аварийной сигнализацией.
В регулирующем устройстве имеются переключатель датчиков Пх
(на схеме не показан) и переключатель каналов регулирования Я2,
которые перемещаются синхронно. Переключатель П2 — двухполюс-
ный. Один из его полюсов переключает цепи реле включения исполни-
тельных механизмов ИМ, а другой полюс переключает цепи реле
отключения ИМ.
7* 91
{52 %3 fr?t
Рис. 4-1. Принципиальная схе-
ма задающего устройства мно-
готочечных регулирующих элек-
тронных приборов типа ЭМР и
ЭПР.

После подключения переключателем Пх к измерительной схеме
прибора того или иного датчика, когда показания прибора, в со-
ответствии с поступающим сигналом от этого датчика, примут уста-
новившееся значение, срабатывает отпечатывающее устройство при-
бора, которое отпечатывает на диаграммной ленте значение пара-
метра в этой точке с номером датчика. При отпечатывании точки
с номером датчика кратковременно замыкается исполнительный пе-
реключатель ИП прибора, который, подключает к одной из фаз
сети контактные группы К\ и Кч задающего устройства. При этом,
если значение регулируемого параметра в измеряемой точке мень-
ше нижнего допустимого значения и, следовательно, контактная
группа К\ замкнута, подается напряжение через переключатель П2
■ v
Рис. 4-2. Электрическая схема двухпозиционного шеститочеч-
ного регулирующего устройства с общей аварийной сигнали-
зацией.
на соответствующее реле включения Pi—Р6 исполнительного меха-
низма.
Если же значение регулируемого параметра в измеряемой точке
больше верхнего допустимого значения и, следовательно, контакт
К2 замкнут, а контакт К\ разомкнут, то подается напряжение на
соответствующее реле отключения Р7—Р\2 исполнительного меха-
низма.
Проследим работу регулирующего устройства на примере ре-
гулируемого параметра в четвертой точке. Если значение параметра
меньше нижнего допустимого значения, то контакт К\ замкнут,
а контакт К2 разомкнут. При отпечатывании значения параметра
в четвертой точке кратковременно замыкается исполнительный пе-
реключать ИП и через переключатель П2 подается напряжение на
реле Р4, которое, срабатывая, самоблокируется через размыкающий
контакт реле Рю и ограничительное сопротивление г.
Через замкнувшийся замыкающий контакт реле Р4 и размыкаю-
щий контакт реле Рю включается исполнительный механизм ИМ^
92

который будет воздействовать на объект таким образом, чтобы зна-
чение параметра регулирования увеличивалось. Если величина па-
раметра достигнет верхнего допустимого значения, то при очередном
подключении датчика четвертой точки к измерительной схеме при-
бора контакт К\ будет разомкнутым, а контакт К2 — замкнутым.
При отпечатывании четвертой точки кратковременно замкнется пе-
реключатель ИП и через замкнутый контакт /С2 и переключатель П2
подается напряжение на реле отключения Ло, которое, срабатывая,
отключит реле Р4 и встанет на самоблокировку через размыкающий
контакт реле Р4 и сопротивление г. Реле Рю отключит исполнитель-
ный механизм ИМ4 и регулируемый параметр в четвертой точке
начнет уменьшаться.
Рис. 4-3. Электрическая схема двухпозиционного шеститочечного ре-
гулирующего устройства с индивидуальной аварийной сигнализа-
цией.
Когда он уменьшится до нижнего допустимого значения, про-
цесс автоматического регулирования будет повторяться. Аналогич-
но осуществляется процесс регулирования параметра и в осталь-
ных точках.
Статическая характеристика регулирующего устройства имеет
вид, представленный на рис. 1-7. Зона неоднозначности статической
характеристики устанавливается смещением впадины диска д\ отно-
сительно впадины диска д2. При этом впадина диска д\ должна
быть ближе к иалалу шкалы прибора. При совладении впадин ди-
сков д\ и д2 зона неоднозначности будет равна нулю.
Аварийная сигнализация АС срабатывает при достижении не-
допустимых значений регулируемого параметра в той или иной
точке, в которой аварийный контакт Кг замкнут, во время замыка-
ния переключателя ИП в этой точке.
На рис. 4-3 представлено шеститочечное двухпозиционное ре-
гулирующее устройство с отдельной аварийной сигнализацией для
93

каждой точки. В этом случае устройство имеет дополнительный пе-
реключатель аварийной сигнализации Я3, который перемещается
синхронно с переключателем датчиков П\ и переключателем каналов
регулирования Я2. Регулирующее устройство с отдельной аварий-
ной сигнализацией для каждой точки удобнее в эксплуатации, так
как при недопустимых отклонениях регулируемого параметра в той
или иной точке на табло сразу видно, в какой точке имеет место
отклонение.
Время замыкания контактной группы исполнительного переклю-
чателя ИП не менее 0,1 сек. Допустимая погрешность срабатыва-
ния регулирующего устройства ±5% от шкалы прибора. Контакты
контактных групп задающего устройства и контакты переключате-
лей допускают нагрузку 0,2 а при напряжении 127 в переменного
тока и 60 в постоянного тока.
4-2. Многоточечное двухпозиционное электрическое регулирующее
устройство электронных приборов типа ЭМР и ЭПР при различных
заданных значениях регулируемого параметра в каждой точке
В электронные приборы ЭМР и ЭПР могут встраиваться мно-
готочечные регулирующие устройства, заданное значение регули-
руемого параметра для каждой точки которого могут быть уста-
новлены независимо друг от друга. Серийно эти устройства изго-
тавливаются на шесть точек.
Система автоматического регулирования с многоточечным двух-
позиционным устройством, функциональная схема которой пред-
ставлена на рис. 4-4, состоит из датчиков Д\—Дб, переключателя
Рис. 4-4. Функциональная схема системы автоматического регулиро-
вания с шеститочечным регулирующим устройством при индивидуаль-
ных заданных значениях регулируемой величины.
94

датчиков Пи измерительного устройства регулирующего прибора
ЯУ, реостата задачи R, линейных сопротивлений задачи #i—5?6, пе-
реключателя задачи Я3, моста задачи МЗ, фазочувствительного уси-
лителя ЗУ, управляющих реле Ра и Рб, переключателя каналов
регулирования Я2, реле включения Pi—Р6 и реле выключения Р7—
Р12 исполнительных механизмов, исполнительных механизмов ИМ{—
ИМ6 и объектов регулирования OPi—ОРб.
Переключатели Яь Я2 и Я3 перемещаются синхронно благода-
ря воздействию на них механизма привода переключателей МПП.
При подключении к измерительному устройству регулирующего
прибора, например датчика Дь прибор будет показывать значение
параметра объекта ОРь Перемещение движка реостата задачи R
кинематически связано с перемещением стрелки прибора и, следова-
тельно, на вход моста задачи МЗ со стороны регулирующего при-
бора подается воздействие, в котором однозначно содержится ин-
формация о действительном значении параметра объекта OPi в дан-
ный момент времени.
Перемещаясь синхронно с переключателем Яь переключатель
Я3 подключит к мосту задачи сопротивление Ru величина которого
определяет заданное значение регулируемой величины.
Если действительное значение регулируемой величины не будет
равно зааднному, то равновесие моста задачи МЗ нарушается, и
на вход электронного усилителя ЭУ будет подано переменное на-
пряжение, фаза которого зависит от знака отклонения регулируе-
мой величины от задания. В зависимости от фазы напряжения на
выходе электронного усилителя срабатывает реле Ра или Рб. Реле
Ра срабатывает при значениях регулируемой величины меньше за-
данного значения и через переключатель Я2 замыкает цепь выход-
ного реле Р\. Реле Рь срабатывая, самоблокируется через размы-
кающий контакт выходного реле Р7 и включает исполнительный ме-
ханизм ИМи который воздействует на объект в сторону увеличения
регулируемой величины. В дальнейшем при очередном подключении
датчика Ди если регулируемая величина стала больше заданного
значения, то на выходе электронного усилителя вместо реле Ра,
сработает реле Рб, которое через переключатель Я2 замкнет цепь
выходного реле Р7. Оно разорвет цепь питания реле Рь встанет на
самоблокировку через размыкающий контакт реле Pi и выключит
испытательный механизм ИМи
Когда значение регулируемой величины будет меньше заданно-
го, при подключении датчика Д1 процесс регулирования этого объек-
та будет повторяться. Аналогично осуществляется процесс двухпо-
зиционного регулирования и остальных точек при синхронном вра-
щении переключателей Яь Я2 и Я3. При необходимости исполни-
тельные механизмы можно использовать для включения внешних
сигнальных устройств СУ1—СУб, по которым можно контролировать
процесс регулирования.
На рис. 4-5 представлена принципиальная схема задающего
устройства и фазочувствительного электронного усилителя.
Заданное значение регулируемой величины устанавливается
для каждой точки индивидуально путем перемещения движков ли-
нейных сопротивлений задачи Ri—R6. Эти сопротивления совместно
с общим для всех каналов регулирования реохордом задачи обра-
зуют мосты задачи, которые питаются переменным напряжением 1 в
от вторичной обмотки трансформатора. Реохорд задачи R распо-
ложен на одной оси с измерительным реохордом регулирующего
прибора, и, следовательно, положение его движка однозначно свя-
95

96

зана с действительным значением регулируемой величины точки,
датчик которой в данный момент подключен переключателем П1
к прибору. Если действительное значение регулируемой величины
не будет равно заданному, то напряжение разбаланса моста задачи
через переключатель Я3, вращающийся синхронно с переключателем
IJi и переключателем каналов Я2, подается на вход фазочувстви-
тельного электронного усилителя УФД-1.
Каждое линейное сопротивление (потенциометр) задачи имеет
два движка, одним из которых устанавливается нижнее допустимое
значение отклонения регулируемой величины от заданного значения,
а вторым — ее верхнее допустимое отклонение от задания. Каж-
дый потенциометр имеет стопроцентную шкалу задачи. Электрон-
ный усилитель имеет два входа, на которые соответственно от
движков линейных сопротивлений задачи через двухполюсный пере-
ключатель Я3 подается напряжение разбаланса моста определенной
фазы. Каждый канал усилителя УФД-1 состоит из двух каскадов
усиления по напряжению, собранных на двойном триоде 6Н2П, и
выходного фазочувствительного каскада, выполненного на одном из
триодов лампы 6Н1П. Нагрузкой выходных каскадов являются
управляющие реле Яа и рб- При значениях регулируемой величины
меньше нижнего допустимого предела усиленное напряжение раз-
баланса моста задачи поступает на сетки лампы 6Н1П в фазе
с анодным напряжением левого триода и в противофазе с анодным
напряжением правого триода, так как анодные напряжения этих
триодов находятся в противофазе. В результате этого срабатывает
реле Ра. Если значение регулируемой величины будет находиться
между верхним и нижним допустимыми пределами, то напряжение
на сетках триода 6Н1П будет в противофазе друг с другом и на-
пряжение на каждой сетке будет в противофазе со своим анодным
напряжением благодаря различному положению движков потенцио-
метров задачи. При этом управляющие реле Ра и рб будут обесто-
чены. Если значение регулируемой величины будет больше верхнего
допустимого предела, то напряжение на сетках лампы 6Н1П бу-
дет в фазе друг с другом и с анодным напряжением правого трио-
да и в противофазе с анодным напряжением левого триода. В этом
случае срабатывает реле рб.
Схема включения реле Л—Л2, управляющих включением ис-
полнительных механизмов (рис. 4-4) многоточечного двухпозицион-
ного регулирующего устройства электронных приборов ЭМР и ЭПР
при различных заданных значениях регулируемого параметра в каж-
дой точке, не имеет принципиальных отличий по сравнению с их
схемой включения при одинаковом значении заданного параметра
для каждой точки регулирования (рис. 4-2).
В этом случае для каждой точки роль контактов к\ и /С2 соот-
ветственно выполняют замыкающие контакты реле Яа и Рб. Так
как реле включения исполнительных механизмов pi—рв при сраба-
тывании самоблокируются через размыкающие контакты соответ-
ствующих реле отключения Р7—р12, и наоборот, то при различных
положениях движков потенциометров задачи статическая характе-
ристика двухпозиционного регулирующего устройства имеет зону
неоднозначности (рис. 1-7). Чем больше раздвинуты движки, тем
больше зона неоднозначности. Если оба движка для каких-либо
точек сдвинуты вместе, то получим статическую хаарктеристику ре-
гулятора для этих точек без зоны неоднозначности (рис. 1-5).
При настройке регулирующего устройства необходимо учиты-
вать то, что чем большее запаздывание имеется в системе регули-
97

рования, тем меньше следует устанавливать зону неоднозначности
при перемещении движков потенциометра задачи.
Регулятор допускает установку зоны неоднозначности от 0 до
100% от диапазона шкалы регулирующего прибора. Максимальная
погрешность срабатывания выходных реле ±1,0% от диапазона
шкалы.
В качестве выходных реле могут быть использованы любые
реле постоянного или переменного тока с временем срабатывания
не более 50 мксек, у которых имеется не менее двух замыкающих,
двух размыкающих и одного переключающего контакта.
4-3. Машина автоматической регистрации сигнализации
и регулирования типа МАРС-200Р.
В настоящее время для позиционного регулирования широкое
применение находят многоточечные регулирующие машины типа
АМУР, ЗЕНИТ, МАРС и т. д. В качестве примера рассмотрим прин-
ципиальную схему, принцип действия и устройство машины
МАРС-200Р.
Уставш
регулирования
1 200
9
lg| kj
Датчики
точек
7
L
00 иПР
ЦП
д
ПУ
УМ
P3I
ГП
1—200
к ИМ
ПС
РЗД
В схему блокировки
Меха-
мизма
часов
Рис. 4-6. Функциональная схема машины МАРС-200Р.
Машина МАРС-200Р предназначена для автоматического двух-
позиционного регулирования температуры в 200 точках с регистра-
цией ее отклонений от заданной величины на пишущей машинке.
МАРС-200Р также дает возможность в любое время по вызову
оператора производить регистрацию фактического значения темпе-
ратуры на печатающей машинке во всех точках контроля при их
последовательном обегании.
Одновременно с регулированием машина выявляет точки, в ко-
торых отклонение температуры от заданной величины превышает
98

допустимые значения, и осуществляет цифровую регистрацию й
сигнализацию для каждой точки в отдельности.
В машине предусмотрена возможность выборочного измерения
температуры с записью на ленточной диаграмме в течение дли-
тельного времени в любой точке независимо от работы машины.
Функциональная схема машины представлена на рис. 4-6. Она
состоит из следующих основных узлов: коммутационная панель
уставок КПУ, блок напряжений уставок БНУ, обегающего устрой-
ства ОУ, усилителей УР, УМ, УБ, реле запоминания P3I и РЗЛ,
узла остановки обегающего устройства 00 и переключения на ре-
гистрацию ПР, цифрового преобразователя ЦП, дешифратора Д,
печатающего устройства ПУ, генератора тактовых импульсов ГИ,
часового механизма, панели сигнализации ПС, переключателя тер-
мопар ПМТ и электронного автоматического потенциометра типа
ПС 1-20.
Работа машины основана на принципе последовательного под-
ключения датчиков и уставок задания с помощью релейного обе-
гающего устройства к одному и тому же измерительному мосту.
Напряжение датчика термопары соответствующей точки сравнивает-
ся с напряжением уставок задания для этой точки, которое опреде-
ляет величину заданного значения температуры. Заданное значе-
ние температуры для каждой точки устанавливается на коммута-
ционной панели уставок КПУ с помощью штекеров, положение ко-
торых определяет 'подключение того или иного контрольного на-
пряжения в блоке напряжений уставок БНУ.
Разность напряжений термопары и задания подается на вход
электронных усилителей УР, УМ и УБ. В зависимости от знака
рассогласования усилитель УР подает на вход релейного запоми-
нающего устройства P3I сигнал на включение или выключение реле
исполнительных механизмов, а также осуществление сигнализации
для каждой точки на панели сигнализации ПС.
При отклонении температуры от заданного значения за преде-
лы допустимого срабатывает один из усилителей УМ или УБ,
включающие соответствующие реле запоминающего устройства
РЗН, которые обеспечивают сигнализацию отклонения температуры
каждой точки на панели сигнализации ПС. Нормально открытые
контакты выходных реле РЗП могут быть использованы для вклю-
чения внешних цепей блокировки или дополнительных исполнитель-
ных механизмов. Одновременно реле УМ или УБ подключают дат-
чик точки, в которой отклонение температуры превышает допусти-
мые пределы, к цифровому преобразователю ЦП для преобразования
значения температуры в значение прогрессивного двоичного кода.
(Выход из ЦП подается на дешифратор Д, который выдает
значение температуры в виде трехзначного числа на печатающее
устройство. Генератор тактовых импульсов ГИ является механиче-
ским коммутирующим устройством, формирующим серии импульсов,
необходимых для цикличной работы машины.
il. Схема сравнения. В процессе обегания точек машина
МАРС-200Р сравнивает действительное значение температуры с за-
данным и в зависимости от знака отклонения включает или выклю-
чает через запоминающее устройство исполнительный механизм той
или иной точки. Принципиальная схема сравнения представлена на
рис. 4-7.
Схема сравнения состоит из двух мостов. С первого моста
с диагонали а—Ь снимается напряжение иаЪ, соответствующее де-
сяткам градусов заданной температуры, а со второго моста с диа-
99

гбналй cd снимается напряжение ucd, Соответствующее четным еди-
ницам градусов заданной температуры.
В зависимости от положения штекера на переключателе десят-
ков ПД можно установить заданное значение температуры от 130
до 290° С, кратное десяти.
Переставляя штекер на переключателе единиц ПЕ, можно по-
лучить между точками с и d напряжение, соответствующее 0, 2, 4,
6 и 8° С.
Напряжение десятков и единиц складываются и между точками
and снимается напряжение уставок регулирования uad = Uab + Ued,
определяющее заданное значение температуры.
Рис. 4-7. Принципиальная схема сравнения машины МАРС-200Р.
Таким образом, для каждой точки регулирования путем пере-
становки двух штекеров можно установить заданное значение тем-
пературы в диапазоне 130—298° С, кратное двум.
Напряжение уставок регулирования сравнивается с напряже-
нием Ех термопары и их разность Aa=aad—Ех поступает на вход
электронного усилителя УР. В зависимости от знака отклонения при
этом через запоминающее устройство включается или выключается
исполнительный механизм (нагревательный элемент), который ком-
мутирует подачу энергии в объект данной точки регулирования.
Кроме того, схема сравнения позволяет установить независимо
друг от друга верхний и нижний допустимые пределы регулирова-
ния. Верхний допустимый предел регулирования устанавливается
путем перестановки штекера на переключателе ПБ. При этом после-
довательно с напряжением установки регулирования иаа включает-
100

ся напряжение й&и соответствующее верхнему допустимому Преде-
лу регулирования
Uaf — Uad-\-Udf.
Это напряжение сравнивается с э. д. с. термопары и их раз-
ность
подается на электронный усилитель УБ.
Нижний допустимый предел регулирования устанавливается пу-
тем перестановки штекера на переключателе ПМ. При этом из на-
пряжения уставки регулирования вычитается напряжение tide меж-
ду точками d и е, определяющее максимально допустимое откло-
нение регулируемой температуры от заданного значения в сторону
уменьшения.
Регулирующее напряжение uae=tiad—tide сравнивается с э. д. с.
термопары и их разность Аим подается на электронный усили-
тель УМ.
AUm — tlae—Ех.
При выходе температуры какой-либо точки за заданные пре-
делы электронные усилители У Б или УМ подключают датчики этих
точек к схеме измерения и регистрации и одновременно через за-
поминающее устройство P3II замыкают цепи внешних цепей бло-
кировки, сигнализации или управления. Верхний и нижний предель-
ные допуски устанавливаются для всех точек одновременно в диа-
пазоне от 1 до 8°С через ГС в диапазоне от 8 до 18°С через
2° С.
2. Схема измерения. При отклонении температуры ка-
кой-либо точки за пределы допустимого значения с помощью выход-
ных реле электронных усилителей УБ и УМ датчики этих точек
подключаются к схеме измерения для контроля за ходом измене-
ния температуры в них и ее регистрации на печатающем устройстве.
Принципиальная схема измерения представлена на рис. 4-8.
Рис. 4-8. Принципиальная схема измерения машины
МАРС-200Р.
101

Схема измерения состоит; из моста Для температурной компен-
сации холодного спая МК, мостовой потенциометрической схемы
с измерительным реохордом RVy реверсивного двигателя типа РД-09
и стандартного электронного усилителя УЭ-109Р.
Электродвижущая сила термопары Ех сравнивается с напря-
жением между точками а и Ь измерительного моста и моста ком-
пенсации погрешности от колебания температуры свободных концов
термопары, соединенных последовательно, и их разность подается
на вход электронного усилителя УЭ-109Р.
Электронный усилитель воздействует на электродвигатель
РД-09, который перемещает движок реохорда в сторону восстанов-
ления равенства между иаь и Ех. При иаъ=Ех на вход электрон-
ного усилителя напряжение подаваться не будет и электродвига-
тель остановится. Таким образом, положение движка реохорда /?р
однозначно связано с величиной э. д. с. термопары, а следователь-
но, и с действительным значением температуры подключенной точки.
На оси электродвигателя жестко закреплены цилиндрический
циферблат, перемещающийся относительно неподвижного указателя,
который показывает значение температуры, и кодовый диск. Кодо-
вый диск имеет 200 токопроводящих и изолированных секторов и
щеточный механизм.
В машине МАРС-200Р принят двоично-десятичный код: В за-
висимости от угла поворота кодового диска щеточный; механизмом
замыкаются различные цепи, через которые срабатывают реле де-
шифратора. Сочетание включенных и выключенных реле дешифрато-
ра является характерным для каждого из 200 делений кодового ди-
ска и, следовательно, представляет в закодированном виде дейст-
вительное значение температуры с точностью до
вмакс
200 u
где ©макс — максимальное значение температуры согласно пределов
измерения измерительной схемы.
Из дешифратора информация о действительном значении тем-
пературы передается на печатающее устройство.
Сопротивления R6, R7, R& и Rq измерительной схемы служат
для регулировки пределов измерения.
3. Основные параметры и техническая харак-
теристика машины. Машина МАРС-200Р рассчитана для
работы с термопарами градуировки ХК, ХА и ПП.
Сопротивление внешней линии, включая термопару, до вход-
ных клемм машины для каждой точки не должно превышать
100 ом.
В машине предусмотрена сигнализация включения исполнитель-
ных механизмов для каждой точки в отдельности.
Основная погрешность цифровой регистрации температуры,
срабатывания контактов регистрирующего устройства и сигнализа-
ции отклонений температуры от установленных предельных допу-
сков не превышает 1,5% от разности верхнего и нижнего пределов
измерения.
Нечувствительность регулирующих и регистрирующих устройств
машины ±0,3% от диапазона измерения.

ЛИТЕРАТУРА
1. Го льдин М. Л., Автоматический контроль уровня гамма-
лучами, Госатомиздат, 1963. ,
2. Казаков В. П., Исследование динамики релейно-импульс-
ных систем автоматического (регулирования, «Автоматика и телеме-
ханика», 1957, № 1.
3. Кампе-Немм А. А., Двухпозиционное автоматическое регу-
лирование и способы улучшения его свойств. Под ред. П. П. Крем-
левского, Теплоэнергетические приборы и регуляторы, Машгиз, 1961.
4. К л ю е в А. С, Релейно-контактная приставка к двухпози-
ционному регулирующему прибору, авторское свидетельство 138489,
Бюллетень изобретений, N° 12, 1961.
5. Клюев А. С, Электротехническая корректирующая пристав-
ка к двухпозиционному регулирующему прибору, «Приборостроение»,
1962, № 10.
6. Клюев А. С, К воцросу об улучшении качества двухпози-
ционного регулирования, «Приборостроение», 1963, № 5.
7. Короткое Л. И., Справочник по радиоизотопным прибо-
рам, Госатомиздат, 1963.
8. К о ш а р с к и й Б. Д., Справочник по приборам теплового
контроля и авторегулирования для электростанций промышленных
котельных, изд-во «Энергия», 1964.
9. К р а с о в с к и й А. А. и Поспелов Г. С, Основы автомати-
ки и технической кибернетики, Госэнергоиздат, 1962.
10. Попов Е. П., Автоматическое регулирование, Гостехиздат,
"1957.
11. Масларов И., Двухпозиционный функционально-частот-
ный регулятор, Технические средства автоматики, Труды II Между-
народного конгресса ИФАК, изд-во «Наука», 1965.
12. Миронов К. А., Шипетин Л. И., Автоматические регу-
ляторы, Машгиз, 1961.
13. Темников Ф. Е. и Шенброт И. М., Машины и системы
централизованного контроля, ГОСИНТИ, 1964.
14. Третьяков С. А., Методы инженерных расчетов динамики
двухпозиционного регулирования тепловых процессов, «Приборо-
строение», 1962, № 7.
15. Черепанов А. М., Об улучшении качества двухпозицион-
ного регулирования, «Автоматика и телемеханика», 1958, № 5.
16. Каталог ЦИНТИ «Приборы и средства автоматизации».
17. Цыпкин Я. 3., Теория релейных систем автоматического
регулирования, Гостехиздат, 1956.
103

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава I. Принципы работы и расчет настройки двухпози-
ционных регуляторов 4
1-1. Характеристики двухпозиционных регуляторов .... 4
1-2. Процесс двухпозиционного регулирования и особенности
настройки двухпозиционных регуляторов при отсутствии
запаздывания в системе 13
1-3. Процесс двухпозиционного регулирования и особенности
настройки двухпозиционных регуляторов при наличии за-
паздывания в системе 19
1-4. Упрощенный метод расчета инерционных систем с двух-
позиционным регулятором 24
1-5. Особенности определения параметров настройки двухпо-
зиционных регуляторов систем второго порядка и выше 31
Глава II. Двухпозиционные автоматические регуляторы и
устройства 41
2-1. Электрическое позиционное регулирующее устройство
электронных автоматических мостов и потенциометров . 41
2-2. Фотоэлектрическое двухпозиционное регулирующее устрой-
ство 43
2-3. Электронный автоматический двухпозиционный регулятор
температуры ЭАДРТ 45
2-4. Регулятор-сигнализатор уровня ЭРСУ-2 .... 48
2-5. Полупроводниковый двухпозиционный терморегулятор
ПТР-2 51
2-6. Радиоизотопный терморегулятор РТ-2 53
2-7. Двухпозиционные датчики, усилители мощности, преобра-
зующие и регулирующие устройства 54
2-8. Гамма-реле ГР-1 61
Глава III. Методы и устройства, улучшающие качество
двухпозиционного регулирования объектов с за-
паздыванием 66
3-1. Метод неполного притока и оттока энергии .... 66
3-2. Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование . 70
3-3. Электромеханические корректирующие приставки к двух-
позиционным регуляторам 76
3-4. Релейно-контактные корректирующие приставки . . 80
Глава IV. Многоточечные двухпозиционные регулирующие
устройства £0
4-1. Многоточечные двухпозиционные регулирующие устрой-
ства электронных приборов типа ЭМР и ЭПР при одина-
ковом значении заданного параметра для каждой точки
регулирования 90-
4-2. Многоточечное двухпозиционное электрическое регулирую-
щее устройство электронных приборов типа ЭМР и ЭПР
при различных заданных значениях регулируемого пара-
метра в каждой точке 94
4-3. Машина автоматической регистрации, сигнализации и ре-
гулирования типа МАРС-200Р 08
Литература * т ЮЗ