Программа КИП и А

Windows ⁄ Android

Описание и работа ТРМ12

Введение

Настоящее Руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, принципом действия, конструкцией, технической эксплуатацией и обслуживанием измерителя ПИД-регулятора микропроцессорного одноканального ТРМ12 с универсальным измерительным входом (в дальнейшем по тексту именуемого «прибор»).
Прибор выпускается согласно ТУ 4211-016-46526536-2005 и имеет сертификат соответствия ГОСТ-Р. Прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 22285.
Прибор соответствует ГОСТ 12997 и относится к изделиям государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации. При этом, по устойчивости к электромагнитным воздействиям и по уровню излучаемых радиопомех прибор соответствует оборудованию класса А по ГОСТ 51522 (МЭК 61326-1).
Прибор обладает улучшенными характеристиками:
• высокая помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям;
• увеличенный срок гарантии, гарантийный срок обслуживания составляет 5 лет;
• повышение универсальности прибора, позволяющее более гибко использовать приборы и уменьшить их номенклатуру за счет использования:
- универсального входа;
- встроенного источника напряжения 24 В для питания активных датчиков;
• использование усовершенствованной математической модели ПИД-регулятора; автонастройка для систем с исполнительными механизмами: нагреватель/холодильник, 3-х позиционный (задвижка с управлением «больше/меньше»).
Приборы выпускаются класса точности 0,25; 0,5. Класс точности зависит от типа подключаемого внешнего датчика
Прибор изготавливается в различных модификациях, отличающихся друг от друга конструктивным исполнением и типом встроенных выходных устройств. Информация о модификации прибора зашифрована в коде полного условного обозначения:

Условное обозначение

Конструктивное исполнение:
Н - корпус настенного крепления с размерами 130х105х65 мм и степенью защиты IP44;
Щ1 - корпус щитового крепления с размерами 96х96х65 мм и степенью защиты со стороны передней панелиIP54;
Щ2 - корпус щитового крепления с размерами 96х48х100 мм и степенью защиты со стороны передней панели IP54.
Габаритные чертежи корпусов приборов приведены в Приложении А.
У - универсальный измерительный вход.

Тип встроенного выходного устройства (ВУ):

Обозначение выхода	Тип выходного элемента	Технические параметры
Р	Контакты электромагнитного реле	Ток не более 4 А при напряжении не более 250 В (50 Г ц)
К	Оптопара транзисторная п-р-п-типа	Постоянный ток не более 400 мА при напряжении не более 60 В
Т	Выход для управления внешним твердотельным реле	Выходное напряжение 4...6 В, постоянный ток не более 25 мА
С	Оптопара симисторная	Ток не более 50 мА при переменном напряжении не более 250 В (50 Г ц)

Внимание. Прибор имеет два ВУ одного типа - два реле, две оптопары, два оптосимистора или два выхода для управления внешним твердотельным реле. В обозначении прибора приводится один символ, соответствующий применяемому ВУ.
Пример записи обозначения прибора в документации другой продукции, где он может быть применен:
Измеритель ПИД-регулятор микропроцессорный одноканальный ТРМ12-Н.У.РТТУ4211-016-46526536-2005
Пример записи обозначения прибора при его заказе: ТРМ12-Н.У.Р
При этом изготовлению и поставке подлежит одноканальный измеритель ПИД-регулятор микропроцессорный одноканальный ТРМ12 в корпусе настенного крепления с размерами 130x105x65 мм. Тип встроенных выходных устройств - реле электромагнитные.

1. Назначение прибора

Одноканальный измеритель ПИД-регулятор микропроцессорный ТРМ12 совместно с первичным преобразователем (датчиком) предназначен для измерения и регулирования температуры и других физических параметров, значение которых внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения.
Прибор может использоваться для измерения и регулирования технологических параметров в различных отраслях промышленности, в том числе подконтрольных Ростехнадзору, а также коммунального и сельского хозяйства.
Прибор позволяет осуществлять следующие функции:
• измерение температуры или других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) в одной точке с помощью стандартного датчика, подключаемого к универсальному входу прибора;
• отображение текущего измерения на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;
• управление электроприводом запорно-регулирующего (КЗР) или трехходового клапана без учета его положения, а также системой «нагреватель-холодильник»;
• регулирование измеряемой величины по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону в системе «нагреватель-холодильник» или по пропорционально-интегральному (ПИ) закону для КЗР;
• автоматическое определение коэффициентов ПИД-регулятора (автонастройка).

2. Технические характеристики и условия эксплуатации

2.1. Технические характеристики прибора

Основные технические характеристики прибора приведены в табл. 2.1-2.3.

Таблица 2.1 Характеристики прибора

Наименование	Значение
Диапазон переменного напряжения питания:
напряжение,В	90...245
частота, Гц	47...63
Потребляемая мощность, ВА, не более	7
Напряжение встроенного источника питания постоянного тока, В	24 ±2,4
Максимально допустимый ток встроенного источника питания, мА	80
Количество каналов	1
Время опроса входа:
термометры сопротивления, с, не более	0,8
термоэлектрические преобразователи и унифицированные сигналы постоянного напряжения и тока, с, не более	0,4
Предел основной приведенной погрешности при измерении:
термоэлектрическими преобразователями, %	+0,5
термометрами сопротивления и унифицированными сигналами постоянного напряжения и тока, %	±0,25
Степень защиты корпуса
настенный Н	IP44
щитовые Щ1 и Щ2 (со стороны лицевой панели)	IP54
Габаритные размеры прибора:
настенный Н, мм	(130x105x65)±1
щитовой Щ1, мм	(96x96x65)±1
щитовой Щ2, мм	(96x48x100)±1
Масса прибора, кг, не более	0,5
Средний срок службы,лет	8

Таблица 2.2 Используемые на входе сигналы постоянного тока и напряжения

Наименование	Диапазон измерений,%	Значение единицы младшего разряда, ед. изм.	Предел основной приведенной погрешности, %
Сигнал постоянного напряжения
-50...+50 мВ	0...100	0,1; 1,0	+0,25
Унифицированные сигналы по ГОСТ 26.011 -80
0...1 В	0...100	0,1; 1,0	+0,25
0...5 мА	0...100	0,1; 1,0	+0,25
0...20 мА	0...100	0,1; 1,0
4...20 мА	0...100	0,1; 1,0
Примечание. Максимально возможный диапазон индикации от -999 до 9999. При индицируемых значениях выше 999,9 и ниже минус 199,9 цена единицы младшего разряда равна 1.

Таблица 2.3 Используемые на входе первичные преобразователи (датчики)

Наименование	Диапазон измерений,°С	Значение единицы младшего разряда, °С²⁾	Предел основной приведенной погрешности, %
Термометры сопротивления по ГОСТ Р 8.625-2006 или термопреобразователи сопротивления по ГОСТ 6651-94 ³⁾
Cu 50 (а¹⁾=0,00426 °С^-1)	-50...+200	0,1	±0,25
50М (а=0,00428 °С^-1)	-200...+200	0,1; 1,0
Pt 50 (а=0,00385 °С^-1)	-200...+850	0,1; 1,0
50П (а=0,00391 °С^-1)	-240...+1100	0,1; 1,0
Cu 100 (а=0,00426 °С^-1)	-50...+200	0,1
100М (а=0,00428 °С^-1)	-200...+200	0,1; 1,0
Pt 100 (а=0,00385 °С^-1)	-200...+850	0,1; 1,0
100П (а=0,00391 °С^-1)	-240...+1100	0,1; 1,0
Ni 100 (а=0,00617 °С^-1)	-60...+180	0,1
Pt 500 (а=0,00385 °С^-1)	-200...+850	0,1; 1,0
500П (а=0,00391 °С^-1)	-250...+1100	0,1; 1,0
Cu 500 (а=0,00426 °С^-1)	-50...+200	0,1
500М (а=0,00428 °С^-1))	-200...+200	0,1; 1,0
Ni500 (а=0,00617 °С^-1)	-60...+180	0,1
Cu 1000 (а=0,00426 °С^-1)	-50...+200	0,1
1000М (а=0,00428 °С^-1)	-200...+200	0,1; 1,0
Pt 1000 (а=0,00385 °С^-1)	-200...+850	0,1; 1,0
1000П (а=0,00391 °С^-1)	-250...+1100	0,1; 1,0
Ni 1000 (а=0,00617 °С^-1)	-60...+180	0,1
Термоэлектрические преобразователи по ГОСТ Р 8.585-2001
ТХК (L)	-200...+800	0,1; 1,0	±0,5
ТЖК (J)	-200...+ 1200	0,1; 1,0	(±0,25)⁴⁾
ТНН (N)	-200...+ 1300	0,1;1,0	±0,5 (±0,25)⁴⁾
ТХА (К)	-200...+ 1360	0,1;1,0
ТПП (S)	-50...+ 1750	0,1;1,0
ТПП (R)	-50...+ 1750	0,1;1,0
ТПР (В)	+200...+1800	0,1;1,0
ТВР (А-1)	0...+2500	0,1;1,0
ТВР (А-2)	0...+ 1800	0,1;1,0
ТВР (А-3)	0...+ 1800	0,1;1,0
ТМК (Т)	-250...+400	0,1;1,0
Примечания. 1) температурный коэффициент термометра сопротивления - отношение разницы сопротивлений датчика, измеренных при температуре 100 и 0 °С, к его сопротивлению, измеренному при 0 °С (R0), деленное на 100 °С и округленное до пятого знака после запятой. 2) при температуре выше 999,9 и ниже минус 199,9 °С цена единицы младшего разряда равна 1 °С. 3) допускается применение нестандартизованного медного термометра сопротивления с R0 = 53 Ом а = 0,00426 °С^-1 и диапазоном измерений от - 50 до +180 °С. 4) основная приведенная погрешность без КХС.

2.2. Условия эксплуатации прибора

По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N2 по ГОСТ 12997-84.
По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 12997-84.
При этом прибор эксплуатируется при следующих условиях:
• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
• температура окружающего воздуха от +1 до +50 °С;
• верхний предел относительной влажности воздуха - не более 80 % при +35 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
• атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.
Примечание. Требования в части внешних воздействующих факторов являются обязательными, как относящиеся к требованиям безопасности.

3. Устройство и работа прибора

3.1. Принцип действия

Структурная схема прибора приведена на рис. 3.1

Рис. 3.1. Структурная схема прибора

Прибор содержит канал универсального входа для подключения первичного преобразователя (датчика), блок обработки данных, четырехразрядный светодиодный цифровой индикатор и выходные устройства (ВУ), предназначенные для управления внешним оборудованием. Блок обработки данных включает в себя цифровой фильтр, вычислитель квадратного корня и ПИД-регулятор. ПИД-регулирование осуществляется посредством ВУ1 и ВУ2.
Внимание. В приборе используются выходные устройства только дискретного типа (см. п. 3.2.5).

3.1.1. Цифровая фильтрация и коррекция измерений

3.1.1.1. Цифровая фильтрация измерений
Для ослабления влияния внешних импульсных помех на эксплуатационные характеристики прибора в программу его работы введена цифровая фильтрация результатов измерений.
Фильтрация осуществляется в два этапа.
На первом этапе фильтрации из текущих измерений входных параметров отфильтровываются значения, имеющие явно выраженные «провалы» или «выбросы».
Для этого прибор вычисляет разность между результатами измерений входной величины, выполненных в двух последних циклах опроса, и сравнивает ее с заданным значением, называемым «полосой фильтра». Если вычисленная разность превышает заданный предел, то производится повторное измерение, полученный результат отбрасывается, а значение полосы фильтра удваивается. В случае подтверждения нового значения фильтр перестраивается (т.е. полоса фильтра уменьшается до исходной) на новое стабильное состояние измеряемой величины. Такой алгоритм позволяет защитить прибор от воздействия единичных импульсных и коммутационных помех, возникающих на производстве при работе силового оборудования.
Полоса фильтра задается в единицах измеряемой величины параметром b1-8 (см. Приложение В).
Следует иметь в виду, что чем меньше значение полосы фильтра, тем лучше помехозащищенность измерительного канала, но при этом (из-за возможных повторных измерений) хуже реакция прибора на быстрое фактическое изменение входного параметра. Поэтому при задании полосы фильтра следует учитывать максимальную скорость изменения контролируемой величины, а также установленную для используемого датчика периодичность опроса.
При необходимости фильтр может быть отключен установкой нулевого значения параметра b1-8.
На втором этапе фильтрации осуществляется сглаживание (демпфирование) сигнала с целью устранения шумовых составляющих.
Основной характеристикой сглаживающего фильтра является «постоянная времени фильтра» - интервал, в течение которого изменение выходного сигнала фильтра достигает 0,63 от изменения входного сигнала.
Постоянная времени фильтра задается в секундах параметром b1-9.
Следует помнить, что увеличение значения постоянной времени фильтра улучшает помехозащищенность канала измерения, но одновременно увеличивает его инерционность, т. е. реакция прибора на быстрые изменения входной величины замедляется.
При необходимости фильтр может быть отключен установкой нулевого значения параметра b1-9.
Временные диаграммы работы цифровых фильтров представлены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Временные диаграммы работы цифровых фильтров

3.1.1.2. Коррекция измерительной характеристики датчиков
Для устранения начальной погрешности преобразования входных сигналов и погрешностей, вносимых соединительными проводами, измеренные и отфильтрованные прибором значения могут быть откорректированы. Погрешности выявляются при проведении метрологических испытаний и устраняются путем ввода корректирующих значений. В приборе есть два типа коррекции, с помощью которых можно осуществлять сдвиг и изменение наклона измерительной характеристики.
Сдвиг характеристики осуществляется путем прибавления к измеренной величине значения, заданного параметром b1-1 (см. Приложение В). Значения сдвига характеристики датчика задаются в единицах измерения физической величины и служат для компенсации погрешностей, вносимых сопротивлениями подводящих проводов (при подключении термометров сопротивления по двухпроводной схеме), а также при отклонении у термометра сопротивления значения R0.
Пример сдвига измерительной характеристики графически представлен на рис. 3.3.

Рис. 3.3

Изменение наклона характеристики осуществляется путем умножения измеренной (и скорректированной «сдвигом», если эта коррекция необходима) величины на поправочный коэффициент β, значение которого задается параметром b1-2.
Данный вид коррекции используется, как правило, для компенсации погрешностей самих датчиков (например, при отклонении у термометров сопротивления параметра а от стандартного значения) или погрешностей, связанных с разбросом сопротивлений шунтирующих резисторов (при работе с преобразователями, выходным сигналом которых является ток).
Значение поправочного коэффициента в задается в безразмерных единицах в диапазоне от 0,900 до 1,100 и перед установкой может быть определено по формуле:

β = Пфакт / Пизм,

где
β – значение поправочного коэффициента, устанавливаемого параметром;
Пфакт – фактическое значение контролируемой входной величины;
Пизм – измеренное прибором значение той же величины.
Пример изменения наклона измерительной характеристики графически представлен на рис. 3.4.
Определить необходимость введения поправочного коэффициента можно, измерив максимальное или близкое к нему значение параметра, где отклонение наклона измерительной характеристики наиболее заметно.
Внимание. Задание корректирующих значений, отличающихся от заводских установок (b1-1 = 0.0 и b1-2 = 1.000), изменяет стандартные метрологические характеристики прибора и должно производиться только в технически обоснованных случаях квалифицированными специалистами.

3.1.2. Вычисление квадратного корня с учетом настроек масштабирования

Для работы с унифицированными датчиками, сигнал которых пропорционален квадрату измеряемой величины (датчики расхода жидкости или газа), в приборах используется программный модуль вычислителя квадратного корня. Для включения/выключения вычислителя необходимо установить соответствующее значение параметра b1-3 (см. Приложение В).
Вычисление квадратного корня, с учетом настроек масштабирования, и последующая выдача сигнала на индикацию происходят по следующей формуле:

T = Пн + √Ix(Пв - Пн)

где Пн - заданное пользователем нижнее значение границы диапазона измерения (b1-5);
Пв – заданное пользователем верхнее значение границы диапазона измерения (b1-6);
Iх – значение сигнала с датчика в относительных единицах от 0,000 до 1,000.

3.2. Устройство прибора

3.2.1. Конструкция прибора

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового или настенного крепления. Эскизы корпусов с габаритными и установочными размерами приведены в Приложении А.
Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды, на задней - силовая и измерительная части, а также присоединительный клеммник.
Для установки прибора в щит в комплекте прилагаются крепежные элементы.
Клеммник для подсоединения внешних связей (датчиков и цепей питания) у приборов щитового крепления находится на задней стенке.
В приборах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой. В отверстиях подвода внешних связей установлены резиновые уплотнители.
На рис. 3.5, а приведен внешний вид лицевой панели прибора для корпусов настенного Н и щитового крепления Щ1, на рис. 3.5, б - щитового Щ2.

Рис. 3.5

На лицевой панели расположены элементы управления и индикации.
Четырехразрядный цифровой индикатор предназначен для отображения значений измеряемых величин и функциональных параметров прибора.
Шесть светодиодов красного свечения сигнализируют о различных режимах работы:
• светодиоды «К1» и «К2» сигнализируют о включении выходного устройства ПИД - регулятора - «больше» и «меньше», соответственно;
• светодиоды «Т», «тИ», «тД» и «Хp» засвечиваются в режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ и сигнализируют о том, какой параметр выбран для редактирования (см. п. 6.2).
Кнопка [ПРОГ] предназначена для входа в режим ПРОГРАММИРОВАНИЕ, а также для записи новых установленных значений в энергонезависимую память прибора.
Кнопка «∧» предназначена для выбора программируемого параметра и увеличения его значения. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.
Кнопка «∨» предназначена для выбора программируемого параметра и уменьшения его значения. При удержании кнопки скорость изменения возрастает.

3.2.2. Типы входных устройств

Входное измерительное устройство в приборе является универсальным, т.е. к нему можно подключать любые первичные преобразователи (датчики) из перечисленных в табл. 2.2. К входу прибора можно подключить одновременно только один датчик.
В качестве датчиков могут быть использованы:
• термометры сопротивления;
• преобразователи термоэлектрические;
• активные преобразователи с выходным аналоговым сигналом в виде постоянного напряжения или тока.
Активные преобразователи с выходным аналоговым сигналом в виде постоянного напряжения (-50...50 мВ, 0...1 В) или тока (0...5 мА, 0...20 мА, 4...20 мА) могут быть использованы для измерения как температуры, так и других физических величин: давления, расхода, уровня и т. п.
3.2.2.1. Подключение термометров сопротивления
Работа датчиков основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов.
Датчик физически выполнен в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. Термометры сопротивления характеризуются двумя параметрами: R0 - сопротивлением датчика при 0 °С и а - отношением разницы сопротивлений датчика, измеренных при температуре 100 и 0 °С, к его сопротивлению, измеренному при 0 °С (R0), деленным на 100 °С.
В приборах используется трехпроводная схема подключения термометров сопротивления. К одному из выводов терморезистора Rt подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt (рис. 3.6, нумерация контактов приведена в Приложении Б (табл. Б1)). Такая схема позволяет скомпенсировать сопротивление соединительных проводов. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Рис. 3.6

Термометры сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация при изменении сопротивления соединительных проводов. Поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов. В случае использования двухпроводной линии для компенсации паразитного сопротивления проводов необходимо при подготовке прибора к работе выполнить действия, указанные в Приложении Г.
3.2.2.2. Подключение термоэлектрических преобразователей
Термоэлектрический преобразователь (термопара) состоит из двух соединенных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термо-электрическими свойствами. Соединенные концы, называемые «рабочим спаем», опускают в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») термопары подключают ко входу прибора (рис. 3.7, нумерация контактов приведена в Приложении Б (табл. Б1)). Если температуры «рабочего» и «холодного спаев» различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на измеритель.

Рис. 3.7

Поскольку термоЭДС зависит от разности температур двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая» (ее свободных концов), чтобы скомпенсировать ее в дальнейших вычислениях.
В приборах предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчик температуры «холодного спая» установлен рядом с присоединительным клеммником.
Примечание. Для отключения компенсации «холодного спая» необходимо ввести код 100 (см. п. 6). Компенсация «холодного спая» будет вновь включена только при изменении кода датчика или новом включении прибора.
Подключение термопар к прибору должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же самых материалов, что и термопара, при этом рекомендуется помещать провода в защитный экран (рис. 3.8, нумерация контактов приведена в Приложении Б (табл. Б1)).

Рис. 3.8

Допускается также использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, которые в диапазоне температур 0...100 оС аналогичны характеристикам материалов электродов термопары. При соединении компенсационных проводов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность.
Внимание. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.
3.2.2.3. Подключение датчиков, имеющих унифицированный выходной сигнал тока или напряжения
Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующими измерительными преобразователями. Нормирующие преобразователи трансформируют сигналы с первичных преобразователей (термопар, термометров сопротивления, манометров, расходомеров и др.) в унифицированный сигнал постоянного тока. Величина этого тока лежит в следующих диапазонах: от 0 до 5, от 0 до 20, от 4 до 20 мА. Диапазон выходного тока нормирующего преобразователя пропорционален значению физической величины, измеряемой датчиком, и соответствует рабочему диапазону датчика, указанному в его технических характеристиках. В связи с тем, что прибор измеряет только входное напряжение, при подключении датчиков постоянного тока необходимо использовать входящее в комплектацию нагрузочное сопротивление Rн=50,000+0,025 Ом (см. рис. 3.9 и Приложение Б).

Рис. 3.9

При необходимости питания нормирующих преобразователей, использующих внешние источники питания постоянного тока, может применяться встроенный в прибор гальванически изолированный от питающей сети и измерительной части прибора источник 24 В.
Примечание. Максимальная нагрузочная способность встроенного источника питания составляет 80 мА.
Схема подключения к прибору источника универсального сигнала постоянного напряжения приведена в Приложении Б (см. рис. Б.7).

3.2.3. ПИД-регулятор

3.2.3.1. Общие сведения
ПИД-регулирование является наиболее точным и эффективным методом поддержания контролируемой величины на заданном уровне.

Рис. 3.10

На рис. 3.10 приведена функциональная схема ПИД-регулятора. Основное назначение регулятора - формирование управляющего сигнала Y, задающего выходную мощность исполнительного механизма (ИМ) и направленного на уменьшение рассогласования Е или отклонения текущего значения регулируемой величины Т от величины уставки Туст. В операторной форме формула ПИД-регулятора выглядит следующим образом:

Формула 3.3

Как следует из формулы, ПИД-регулятор состоит из трех основных частей: пропорциональной Кп, интегральной 1/р*Ти и дифференциальной р*Тд. На практике, для формирования цифровых регуляторов используются разностные формулы, позволяющие работать не с непрерывным во времени сигналом, а с квантованным по времени. Таким образом, для расчета управляющего сигнала на выходе цифрового ПИД-регулятора используется формула:

Формула 3.4

где:
Xp – полоса пропорциональности;
Ei – рассогласование или разность между уставкой Туст и текущим значением измеренной величины Тi;
τд – дифференциальная постоянная;
ΔEi – разность между двумя соседними рассогласованиями Ei и Ei–1;
Δtизм – время между двумя соседними измерениями Ti и Ti–1;
τи – интегральная постоянная;
∑Ei – накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма).
Пропорциональная составляющая зависит от рассогласования Ei и отвечает за реакцию на мгновенную ошибку регулирования.
Интегральная составляющая содержит в себе накопленную ошибку регулирования ∑Ei*Δtизм и позволяет добиться максимальной скорости достижения уставки.
Дифференциальная составляющая зависит от скорости изменения рассогласования ΔEi/Δtизм и позволяет улучшить качество переходного процесса.
Время между соседними измерениями Δtизм определяется временем опроса одного канала измерения.
3.2.3.2. Режимы работы регулятора
В приборе предусмотрены два режима работы регулятора:
• ПИД-регулятор для управления системой «нагреватель-холодильник»;
• ПИ-регулятор для управления запорно-регулирующим механизмом.
Режим работы регулятора задается параметром А1-6.
Регулятор для управления системой «нагреватель-холодильник» представляет собой полноценный ПИД-регулятор, описываемый формулой 3.4.
Регулятор для управления запорно-регулирующим механизмом использует интегральные свойства электродвигателя КЗР, в результате чего управляющий сигнал на выходе регулятора подвергается дополнительному интегрированию исполнительным механизмом. Фактически, в приборе реализован ПД-регулятор, который получается путем дифференцирования формулы 3.4 и отбрасывания второй производной. Формула регулятора имеет следующий вид:

Формула 3.5

После интегрирования сигнала исполнительным механизмом, являющимся инерционным звеном системы, получаем управляющий сигнал следующего вида:

Формула 3.6

при этом Хр’ и τи’ – параметры регулятора с учетом инерционных свойств исполнительного механизма. Таким образом, на выходе получаем полноценный ПИ-регулятор.
3.2.3.3. Параметры настройки регулятора
Чтобы обеспечить эффективную работу прибора, необходимо для конкретного объекта управления подобрать коэффициенты ПИД-регулятора: Хр, τи и τд. Это возможно сделать вручную (см. Приложение Ж) или использовать автонастройку (см . Приложение Е).
Внимание. В некоторых случаях ПИД-регулирование является избыточным или недопустимым. В таких случаях, выставив коэффициент τи= 0 или τд = 0, можно получить соответственно ПД- или ПИ-регулятор.

Рис. 3.11

Для управления исполнительным механизмом прибор использует оба выходных устройства (рис. 3.11), при этом выбор выходного устройства определяется следующим условием:
если Y > 0 – включается ВУ1;
если Y < 0 – включается ВУ2.
Таким образом, ВУ1 управляет нагревателем в системе «нагреватель-холодильник» или контактами «открыть» в системе КЗР, а ВУ2, соответственно холодильником или контактами «закрыть».

Рис. 3.12

Для формирования управляющего сигнала регулятора выходной сигнал ВУ преобразуется в последовательность импульсов (рис. 3.12) согласно следующей формуле:

D = Тсл * (Y / 100%)
Формула 3.7

где
D – длительность импульса, [с]
Тсл – период следования импульсов, [с]
Y – сигнал на выходе ПИД-регулятора, [%].

Рис. 3.13

Период следования импульсов Тсл зависит от параметров пускового оборудования исполнительного механизма и задается параметром А1-5. Малое значение Тсл приводит к частым коммутациям и быстрому износу силовых контактов, а большое значение - к ухудшению качества регулирования.
В зависимости от встроенного ВУ, необходимо установить минимальную длительность импульса ШИМ, которая задается параметром А1-8.
Для исключения излишних срабатываний регулятора при небольшом значении рассогласования Ei для вычисления значений Yi используется уточненное значение Ер, вычисленное в соответствии с условиями:
если | Ei | < Xd, то Ep = 0;
если Ei > Xd, то Ep = Ei – Xd;
если Ei < – Xd, то Ep = Ei + Xd
где Xd – зона чувствительности (рис. 3.13).
Зона нечувствительности задается параметром А1-2.
В случае технологической необходимости ограничить максимальную мощность исполнительного механизма в приборе имеется возможность ограничения выходного управляющего воздействия. Например, если необходимо, чтобы мощность ИМ не превышала 80%, то необходимо выставить соответствующее значение в параметре А1-3 (рис.3.14).

Рис. 3.14

Внимание.
1. Перед настройкой регулятора необходимо задать период ШИМа (параметр А1-5, режим работы регулятора (параметр А1-6) и минимальную длительность импульса ШИМ (параметр А1-8)
2. Для настройки ПИ-регулятора управления КЗР необходимо задать время полного хода задвижки (параметр А1-7), определяемое как время перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое.
Если после автоматической или ручной настройки переходная характеристика объекта отличается от идеальной, необходимо откорректировать заданные параметры регулирования согласно рис. 3.15.

Рис. 3.15

3.2.4. Типы выходных устройств

Выходные устройства предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы.
Схемы подключения ВУ приведены в Приложении Б.
В приборе используются ВУ только дискретного типа.
Внимание. Вне зависимости от типа, любое выходное устройство гальванически изолировано от измерительного блока (за исключением выхода Т).
Дискретное ВУ - электромагнитное реле, транзисторная оптопара, оптосимистор - используется для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, либо через более мощные управляющие элементы, такие как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы.
Электромагнитное реле (выход Р) предназначено для коммутации силовых цепей напряжением не более 250 В и рабочим током не более 4 А.
Транзисторная оптопара (выход К) применяется, как правило, для управления низковольтным реле (не более 60 В при токе не более 400 мА). Во избежание выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке внешнего реле необходимо устанавливать диод VD1 (см. рис. Б.2).
Транзисторный ключ (выход Т) предназначен для прямого подключения к прибору в качестве нагрузки твердотельного реле (выходное напряжение 4...6 В, постоянный ток не более 25 мА).
Внимание. Максимальная длина соединительного кабеля между прибором с выходом Т и твердотельным реле не должна превышать 3 м.
Оптосимистор (выход С) имеет внутреннюю схему перехода через ноль и включается в цепь управления мощного симистора или пары встречно-параллельно включенных тиристоров через ограничивающий резистор R1 (см. рис. Б.3). Величина сопротивления резистора определяет ток управления симистора. Нагрузочная способность выхода - ток не более 50 мА при переменном напряжении не более 250 В.
Для предотвращения пробоя тиристоров из-за высоковольтных скачков напряжения в сети к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC цепочку (R2C1).

< Назад

Содержание

Вперед >