Мы продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных и регулирующих приборах НПФ КонтрАвт.
В первой статье о компараторах мы определили, что компараторы сравнивают измеренное значение технологического параметра с порогами переключения и формируют сигнал компаратора.
Зависимость состояния выходного сигнала компаратора от измеренного сигнала по сравнению с заданными порогами описывается функцией компаратора.
Основных функций четыре: «Больше», «Меньше», «В интервале», «Вне интервала». Каждая функция имеет как минимум два порога срабатывания.
В данной статье мы разберем различные способы задания порогов срабатывания компараторов и дадим рекомендации по их выбору.
Способы задания порогов
Возможны несколько различных способов задания порогов срабатывания компараторов с помощью уставок H и h:
Уставки H и h независимо задают абсолютные значения верхнего и нижнего порога срабатывания компаратора. Это, так называемый, независимый способ задания порогов. Значение порогов равно уставкам: П1 = h, П2 = H.
Уставка H задает абсолютное положение центра между порогами (центр функции) , а уставка h задает расстояние между порогами (ширину зоны гистерезиса или ширину интервала). Это зависимое задание порогов. Значения порогов рассчитываются через обе уставки: П1 = H-h/2, П2 = H+h/2.
Уставка H задает смещение положение центра функции относительно уставки регулятора SP (set point), а уставка h задает ширину зоны гистерезиса (или ширину интервала). Этот способ аналогичен предыдущему, но привязан к уставке регулятора, которая сама по себе может меняться во времени. Значения порогов рассчитываются также через обе уставки и через уставку регулятора SP: П1=SP+H-h/2, П2=SP+H+h/2. Как видим, пороги срабатывания компаратора теперь зависят еще и от параметра (уставки SP) другого функционального блока прибора - регулятора.
Каждый способ задания порогов может быть применен к любой из четырех основных функций компаратора.
Какой способ задания порогов выбрать?
Какой же способ задания порогов выбрать? Чем руководствоваться? Ответ на этот вопрос зависит от двух обстоятельств.
Во-первых, от конкретной физической задачи, системы управления и реализованного алгоритма управления. Физический смысл порога срабатывания компаратора и его роль в алгоритме управления может диктовать наиболее подходящий способ задания порогов.
Во-вторых, от того, как часто нам необходимо менять значения этих порогов. Выбор того или иного способа задания порогов часто определяется соображениями простоты и удобства.
Примеры
Рассмотрим независимое задание порогов (уставки H и h) на примере функции “Больше” (Рис.1) в задаче управления насосом в системе водоснабжения типа “башня Рожновского” (рис.2). Эту задачу мы разбирали в прошлой статье.
Рис.1. Функция «Больше» с независимым заданием порогов срабатывания
Критерии выбора порогов для верхнего и нижнего уровней никак не связаны между собой.
Рис. 2. Независимое задание порогов в системе водоснабжения типа “Башня Рожновского”
Верхний порог определяется высотой накопительной емкости, прочностью конструкции (например, недопустима большая масса), наличием дефектов в верхней части емкости и т.п.
Нижний порог зависит от положения сливного отверстия, наличия осадка и проч.
Как видим, эти критерии никак не связаны между собой, поэтому выбран независимый способ задания порогов. Очевидно, такой способ и наиболее удобен.
2. Далее поговорим про зависимый способ задания порогов на примере функции “Меньше” (Рис.3 ) в задаче двухпозиционного регулирования в процессе термической обработки изделия (Рис.4). Компаратор в этом случае выполняет функцию регулятора.
Рис. 3. Функция «Меньше» с зависимым заданием порогов срабатывания
В данной задаче гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала. Требования к выбору величины гистерезиса мы подробно рассматривали в статье.
Во-первых, ширина зоны гистерезиса зависит от уровня случайной составляющей в измеренном сигнале, во-вторых, иногда ее специально принудительно увеличивают, чтобы исключить частые срабатывания пускателей.
Рис. 4. Работа компаратора в задаче двухпозиционного регулирования
Таким образом, ширина гистерезиса играет вспомогательную роль, она фиксирована и задается один раз при настройке.
Напротив, уставка H является основным целевым технологическим параметром и может меняться оператором системы достаточно часто при смене изделий и режима термообработки.
Зависимый способ задания в этом случае является оптимальным как по физическому смыслу, так и из соображений удобства задания.
3. Разберем третий указанный выше способ на примере функции “Вне интервала” (Рис.5) в задаче контроля технологического режима термообработки изделия по заданной температурно-временной программе (Рис. 6).
Рис. 5. Функция «Вне интервала» с зависимым заданием порогов срабатывания с привязкой к уставке регулятора
В этой задаче регулятор обеспечивает изменение температуры во времени по заданному температурному профилю. Это график уставки SP.
Рис. 6. Изменение температуры задаче контроля технологического режима термообработки
Реальная температура в системе будет отличаться от этого идеального графика.
Технологией термообработки предусмотрено допустимое отклонение от графика. Для контроля за соблюдением технологии применяют компаратор с функцией “Вне интервала”.
В случае выхода за технологический допуск, срабатывает компаратор, который сигнализирует о нарушении технологического режима термообработки.
Для того, чтобы компаратор следовал за изменениями графика, как раз и выбирается способ задания порогов через смещение центра функции относительно уставки SP: П1=SP+H-h/2, П2=SP+H+h/2, при этом задают H=0.
Меняется в соответствии с графиком уставка SP, соответственно, меняются и пороги. В данном случае интервал h (технологический допуск) фиксирован. Он задается требованиями технологии.
Отметим, что у данной функции “Вне интервала” (Рис.5) есть еще две зоны гистерезиса шириной дельта. Как и в предыдущем примере, эти зоны гистерезиса вводятся для борьбы с частыми срабатываниями при наличии случайных помех. Ширина зоны дельта задается при настройке системы и часто бывает просто фиксированной.
Итак, мы рассмотрели лишь 3 примера применения различных способов задания уставок к конкретным видам функций компараторов.
Однако уже из них ясны основные подходы, лежащие в основе того или иного способа задания порогов и их связи с уставками.
В дальнейших статьях мы продолжим рассказывать об особенностях компараторов в измерительных и регулирующих системах.
Авторизация
