Источник: Самарский А. А., Введение в теорию разностных схем [Текст] / А. А. Самарский. — М.: Наука., 1971. — 552 с.
Следует различать точность измерения температуры прибором и точность поддержания температуры. Точность регулирования определяется параметрами объекта регулирования и законом управления. В неблагоприятном случае точность регулирования хуже точности измерения. Раскачка может достигать десятков градусов. Напротив, в благоприятном случае с ПИД регулированием можно достичь поддержания температуры с колебаниями на уровне разрешающей способности приборов, что выше абсолютной точности измерения температуры. Приборы могут регулировать температуру как по двухпозиционному, так и по ПИД закону регулирования. Установка закона регулирования производится в третьем уровне режима настройки.
Двухпозиционный метод регулирования - самый обычный и широко распространенный метод регулирования температуры - нагреватель включен, если измеренная температура ниже значения уставки. Мощность, подаваемая на нагреватель в позиционном регуляторе, имеет только два значения - максимальное и нулевое - нагреватель полностью включен или полностью выключен. Для предотвращения дребезга вблизи температуры уставки, предусматривается задание зоны возврата. Нагреватель включен пока температура не достигнет значения уставки, нагреватель выключается при температуре выше уставки.
Точность регулирования температуры зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель. Уменьшая гистерезис можно повысить качество регулирования до некоторого предела, определяемого параметрами объекта. Если в приборе для управления нагревателем имеется релейный выход, контакты реле замкнуты при температурах ниже уставки и разомкнуты при повышении уставки (с учетом гистерезиса). При построении специальных схем автоматики или при управлении холодильными агрегатами требуется, чтобы контакты реле работали инверсно, то есть замыкались при температуре выше уставки и размыкались при низких температурах. Режим работы реле можно изменить в режиме настройки устанавливая по необходимости обычный или инверсный режим работы реле.
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон регулирования обеспечивает значительно более высокую точность поддержания температуры, чем двухпозиционный. В ПИД-регуляторе средняя мощность нагревателя плавно изменяется в зависимости от невязки величины отклонения текущей температуры от уставки (пропорциональная составляющая), а также в зависимости от среднего значения невязки за некоторый период (интегральная составляющая) и скорости изменения температуры (дифференциальная составляющая). Для того, чтобы достичь высокого качества регулирования температуры необходимо правильно настроить регулятор - задать три коэффициента- пропорциональный, интегральный и дифференциальный коэффициент регулирования. Режим удобен только для наладчика, после окончания наладки необходимо выключить режим специальной индикации. ПИД коэффициенты можно изменять, не отключая печи. В многоканальных приборах по каждому каналу задаются свои коэффициенты регулирования. Если объекты регулирования одинаковые, то можно настроить первый канал, а на остальных ввести те же коэффициенты, что и на первом.
Существуют две уставки установления температуры. Первая уставка - основная и обозначает температуру регулирования. Вторая уставка является дополнительной, по достижении второй уставки срабатывает дополнительное реле. Вторая уставка задается наладчиком в первом уровне режима настройки. Дополнительная уставка по температуре может быть использована для достижения различных целей - для включения аварийной сигнализации при перегреве, для включения охлаждающего устройства, для повышения точности регулирования или увеличения скорости разогрева печи. Точность позиционного регулирования можно повысить, используя дополнительный релейный выход, связанный со второй температурной уставкой. В этом случае может быть реализовано двухступенчатое регулирование. При низкой температуре включены два нагревателя, при достижении значения дополнительной уставки дополнительный нагреватель выключается, дальнейший нагрев и регулирование ведется одним нагревателем, мощность которого подобрана таким образом, чтобы он был включен 60-80% времени. Такая схема включения может быть полезна и для ПИД регулирования, так как позволяет ПИД регулятору работать при оптимальных выводимых мощностях (60-80%), а для быстрого разогрева печи используется первая более мощная ступень. Для реализации двухступенчатого регулирования контакты дополнительного реле должны быть замкнуты при температуре ниже второй уставки и разомкнуты при температурах выше уставки.
В случае трехпозиционного режима для регулирования температуры по одному каналу используется два реле. Режим регулирования именуется трехпозиционным, так как для управления мощностью прибор формирует три команды - увеличить мощность нагрева, уменьшить мощность нагрева и нейтральная позиция - оба реле выключены, мощность не изменяется. Для того, чтобы ступенчато изменять мощность используется импульсное управление. Сигналы увеличить/уменьшить мощность нагрева подаются импульсами. Длительность импульса или частота повторения импульсов зависят от величины отклонения температуры от уставки. Минимальное время и время промежутка между управляющими импульсами задаются наладчиком во втором уровне режима настройки. Если объект регулирования обладает большой тепловой инерцией и хорошо теплоизолирован может быть использован трехпозиционный закон регулирования без импульсного управления.
Качество работы локальных систем управления зависит от того, насколько правильно выбраны точка контроля, способ установки датчика, тип и настройки регулятора, а также регулирующий орган. Тип и настройки регулятора выбирают в соответствии с динамическими свойствами зоны. Качественное управление объектом может быть достигнуто при выполнении ПИ-закона регулирования в сварочной зоне и ПИД-закона в томильной зоне методической печи.