СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ
В ходе истории человек всегда сталкивался с необходимостью управлять и контролировать процессы, которые помогали бы ему в выполнении его повседневных действий. Эта необходимость привела к все более заметному развитию систем автоматической регуляции (называемых также «автоматическим управлением»), иными словами, той совокупности устройств, которые позволяют контролировать агрегаты или системы, направляя их к определенному необходимому образу действия. Этот результат действительно возможен, благодаря постоянным корректирующим действиям, которым способствуют управляющие приборы. Именно в этом и заключается цель таких систем, на которые сегодня общество все больше полагается, даже и в самых распространённых объектах.
Системы автоматической регуляции находят , применения с глубокой древности в различных областях, касающихся пневматики и гидравлики. Случаи первоначального автоматического управления можно встретить, например, в древней Греции, на машинах Герона Александрийского, или в сложных водяных часах, разработанных Арабами в Х веке.
Водяные часы
Но только после промышленной революции происходит огромное развитие этих систем, в особенности, для управления паром и потоками, обслуживающими станки в различных производственных процессах. Именно в этом контексте создаются и формализуются теории, которые и до настоящего времени лежат в основе автоматического управления.
Наконец, последнее огромное развитие произошло во время Второй мировой войны, особенно в военной области, по причине необходимости изготовления автоматических систем наведения для противовоздушной обороны.
Именно в этом трагическом контексте начинают изготавливать и применять электронные схемы для поддержки систем автоматической регуляции. Разработка этих компонентов и по сей день находится в постоянном развитии, и привела к введению компьютеров и микрокомпьютеров с программируемой логикой управления и снабжённых все более сложным программным обеспечением, которое лежит в основании многих устройств, которые сегодня повседневно используются.
Среди первых систем регуляции, разработанных чело веком, многочисленны те, назначением которых является контроль потоков воды, с использованием устройств различного типа, которые обычно называются «регулирующими клапанами».
Истоки этих применений можно встретить с самой древности, когда возникла необходимость отклонять и контролировать потока воды посредством элементарного использования камней и веток. Первые настоящие применения особых компонентов для контроля потоков воды возникают с рождением и развитием Римской Империи. Римляне были среди первых по разработке и реализации с заметной технической утонченностью бронзовых клапанов, в которых вращение перфорированного цилиндра предоставляло возможность или предотвращало проход воды внутри них.
Необходимо дождаться периода Эпохи Возрождения для получения ответа фактической эволюции этих компонентов, по крайней мере, на теоретическом уровне: ярким свидетельством этого являются исследования Леонардо да Винчи.
Древнеримский клапан
И, наконец, с промышленной революцией разрабатываются клапаны в тех формах, которые нам знакомы. В этом сегменте, благодаря новым технологиям в области металлообработки и углублённым теоретическим исследованиям, начинают производить компоненты, которые мы используем по сей день в постоянно усовершенствующейся форме.
Современные регулирующие клапана
Регулирующие клапаны в системах отопления и кондиционирования.
Системы отопления и охлаждения, будь они простыми или сложными, обладают целью обеспечить необходимые условия температурно-влажностного режима в помещениях. Для удовлетворения данного требования, система и все контуры, составляющие её, должны быть в состоянии регулировать излучение правильного количества тепловой энергии, в зависимости от фактической потребности. На достижение этого условия оказывают «беспокойство» различные факторы, коими, например, являются изменение наружной температуры или иные влияющие явления (изменения нагрузки, степень заполнения помещений, солнечное излучение, и т.д.). Поэтому, оказывается необходимым постоянным способом компенсировать воздействие таких факторов, с помощью соответствующих устройств, иными словами, регулирующих клапанов. Эти устройства используются с целью приведения и поддержания системы в необходимых условиях, если ими соответственно управляют.
Иными словами, необходимо, поэтому, управлять мощностью, излучаемой контуром отопления (или охлаждения), а для этого, важно знать, от каких величин она зависит. В случае использования воды, как теплоносителя, тепловая мощность может выражаться упрощённым способом, как:
Р = G · ∆Т
где: Р – обменная тепловая мощность, ккал/ч
G – объемный расход, л/ч
∆Т – перепад температуры, °С
Следовательно, обменная тепловая мощность прямо пропорциональна расходу и перепаду температуры.
Из предыдущего отношения, следовательно, кажется очевидным, что изменение расхода эффективный метод для управления излучаемой мощностью. Второй же метод заключается в управлении перепадом температуры. Это можно осуществить при воздействии на температуру подмеса двух потоков, одного горячего и одного более холодного, соответствующим образом изменяя их расходы.
Регулирующий клапан является устройством, которое, благодаря особым конструктивным особенностям, способно заставлять соответствующим образом изменять поток, который проходит через него. Это стало возможным, благодаря способности изменять проходное сечение клапана в интервале от его полного открытия до его полного закрытия. Данное действие обычно выполняет серводвигатель.
Регулирующие клапаны — это компоненты, которые обычно являются частью автоматической системы регуляции. Исследование данного предмета является особенно обширным и сложным, но, очень упрощенным способом, автоматическая система регуляции всегда состоит из трех основных элементов:
* измерительного датчика: это то устройство способное измерять ту величину, которой хотят управлять, как, например, датчики температуры.
* контроллера или регулятора: его задача состоит в осуществлении сопоставления сигнала, полученного от датчика с необходимым значением той величины, которой нужно управлять. На основании этого сопоставления, регулятор, с помощью соответствующей логики, устанавливает, как управлять регулирующим органом. Термостат представляет типичный пример этого.
* органа регуляции: это то устройство, которое, будучи должным образом управляемым контроллером, позволяет корректировать величину, которой нужно управлять, с целью приведения последней на требуемое значение. Регулирующие клапаны, совместно с их серводвигателями, являются, следовательно, примером его внутри системы отопления.
ДВУХХОДОВЫЕИ ТРЕХХОДОВЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ
ДВУХХОДОВЫЕ КЛАПАНЫ
Это двухпортовые клапаны и, следовательно, представляют вход и выход. Условно вход обозначен буквой «А», а выход буквой «АВ».
Главным образом, они состоят из корпуса клапана и затвора, который, при своём перемещении, изменяет внутренний свет прохода, оказывая в большей или меньшей степени сопротивление потоку. С такими характеристиками двухходовые клапаны оказываются пригодными для управления расходом в гидравлических контурах.
ТРЁХХОДОВЫЕ КЛАПАНЫ
Это клапаны, которые имеют три порта, из которых один, называемый общим, остается всегда открытым и обычно обозначается буквами «АВ». Другие два порта «А» и «В», называемые также независимыми, могут быть частично открытыми или закрытыми, благодаря перемещению затвора. Обычно они изготовлены таким образом, что при постепенном открытии одного из двух независимых портов, возникает последующее закрытие другого и наоборот.
Следовательно, открытие прохода между «А» и «АВ» соответствует закрытию прохода между портами «В» и «АВ».
Эти клапаны могут принимать различные исполнения, в зависимости от направлений потоков между тремя портами.
Регулирующие клапана
В данном исполнении, как и предлагает само название, положение затвора изменяет потоки на входе из портов «А» и «В», которые объединяются в единый поток на выходе, через общий порт «АВ». Таким образом, можно регулировать процентное соотношение подмеса потоков на входе, переходя с полностью исходящего потока из порта «А» к потоку, полностью исходящему из порта «В». Соответственно, промежуточные положения затвора устанавливают соотношение подмеса потоков на входе.
Данное исполнение используется, главным образом, для регуляции температуры, используя подмес потоков на входе при различной температуре с целью получения необходимой температуры на выходе.
Если же клапан представляет вход и два выхода, то он называется перекидной клапан. В этом режиме работы поток, исходящий из общего прохода «АВ», перекидывается на порты «А» или «В». Соответственно, промежуточные положения затвора определяют точную долю распределения потока между двумя выходами.
Благодаря этому режиму работы, трёхходовые клапаны в исполнении перекидных используются для управления расходом, но без изменения потока на входе в клапан.
