Архив / 1998 / №1(14) / 

Многоканальные электронные регуляторы ТРМ34, ТРМ38 и их применение

На производственном объединении «Овен» завершены испытания и налажен выпуск многоканальных микропроцессорных регуляторов температуры типа ТРМ34 и ТРМ38. Эти приборы, оставаясь по своим основным схемотехническим и конструктивным решениям аналогами устройства контроля температуры УКТ38, о котором нами сообщалось в прошлых номерах обозрения «Автоматизация и Производство», отличаются от него наличием в каждом канале контроля выходных электронных ключей, предназначенных для управления внешними исполнительными механизмами.

Выпускаемые в настоящее время приборы ТРМ34 являются четырехканальными терморегуляторами, оснащенными входными устройствами, позволяющими подключать к ним от двух до четырех датчиков контроля температуры. Каждый канал контроля температуры снабжен двумя выходными пролупроводниковыми ключами п-р-п структуры, управляемыми микропроцессором по заданным пользователем уставкам и логике работы. Общее количество выходных ключей – восемь.

Приборы ТРМ38 – восьмиканальные терморегуляторы, позволяющие подключать к ним от двух до восьми датчиков контроля температуры, но, в отличие от прибора ТРМ34, каждый канал контроля оснащен только одним полупроводниковым ключом. Общее количество выходных ключей также равно восьми, и управляются они по заданным пользователем уставкам и логике работы.

Опрос входных датчиков в приборах производится поочередно с приоритетом, отдаваемым датчику канала, выбранного для индикации. Время опроса каждого датчика – не более 2 с. Полный цикл опроса датчиков в приборах ТРМ34 составляет 12 с, а в приборах ТРМ38 – 28 с, что является вполне приемлемым показателем для большинства промышленных технологических процессов. При уменьшении пользователем заданного количества опрашиваемых и контролируемых датчиков время цикла опроса соответственно уменьшается.

Приборы ТРМ34, ТРМ38 выпускаются в различных модификациях, отличающихся друг от друга типом подключаемых к их входам датчиков и наличием или отсутствием интерфейса связи с внешним компьютером. Информация о варианте модификации прибора закодирована цифрами в его полном условном обозначении. Структура условного обозначения приборов ТРМ34, ТРМ38 приведена на рис. 1.

Расшифровка символов (ХХ) условного обозначения приборов приведена ниже.

Входные датчики

При заказе в качестве входных датчиков, работающих с прибором, могут быть выбраны любые, но одинаковые для всех каналов, термопреобразователи из числа приведенных в табл.

Таблица 1

Код при
заказе

Тип термопреобразователя

Диапазон
контроля

Схемотехн.
группа

01

Термопреобразователь сопротивления медный ТСМ 50М W100=1,426

-50...+200оС

I



07

Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП 50П W100=1,385

-80...+750оС

08

Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП 50П W100=1,391

-80...+750оС

09

Термопреобразователь сопротивления медный ТСМ 50М W100=1,428

-50...+200оС

00

Термопреобразователь сопротивления медный ТСМ 100М W100=1,426

-50...+200оС

II




02

Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП 100 W100=1,385

-80...+750оС

03

Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП 100П W100=1,391

-80...+750оС

14

Термопреобразователь сопротивления медный ТСМ 100М W100=1,428

   -50...+200оС

04

Термопара «хромель-копель» ХК(L)

 -50...+750оС

III

05

Термопара «хромель-алюмель» ХА(К)

-50...+1200оС

Однако при эксплуатации при-бор может быть самостоятельно перепрограммирован пользова-телем на работу с другим, отличным от заказанного, типом датчика, но только в пределах своей схемотехнической группы.

Основная приведенная погрешность измерения температуры составляет величину не бо-лее 0,5% от контролируемого диапазона. Разрешающая способность 0,1оС для всех типов датчиков, кроме термопар ХА(К), для который она равна 1оС.

Приборы, предназначенные для работы с термопарами, имеют в своем составе схему автоматической компенсации температуры их «свободных» концов. Датчик этой температуры расположен на задней стенке ТРМ в месте размещения клеммника, предназначенного для подключения входных сигналов. Это обстоятельство следует учитывать при монтаже приборов на объекте. При использовании схемы автоматической компенсации «свободные» концы термопары необходимо подключать непосредственно к клеммнику прибора, используя для этого термо-электродные кабели, а сам клеммник и датчик схемы компенсации должны быть защищены от воздействия резких перепадов температуры окружающего воздуха, вызванных, например, направленной работой внешних вентиляторов и т.п.

Термопреобразователи сопротивления подключаются к приборам по трехпроводной линии, все жилы которой должны иметь одинаковое сопротивление. При практическом невыполнении этого требования разница в сопротивлениях жил линии может быть скомпенсирована введением в показание прибора значения коррекции, задаваемого пользователем, независимо для каждого канала измерения. Наличие цифровой коррекции показаний прибора в принципе допускает подключение к нему термопреобразователей сопротивления и по двухпроводным линиям, однако при этом необходимо помнить, что на результат измерения будет оказывать влияние дополнительная погрешность, связанная с изменением сопротивления жил самой линии под воздействием температуры окружающей ее среды. Величина этой погрешности тем значительней, чем больше сопротивление линии и колебания температуры.

Терморегуляторы ТРМ34, ТРМ38 снабжены схемой сигнализации, срабатывающей при обрыве входного датчика в любом из опрашиваемых каналов контроля, а в случае использо-вания в качестве датчиков термопреобразователей сопротивления, и при их замыкании. При этом на лицевой панели прибора отображается номер неисправного канала, а его выходные ключи (или ключ) переводятся в отключенное со-стояние (блокируются). Блокировка автоматически снимается при устранении неисправности.

Следует отметить, что перечень входных датчиков, работающих с приборами ТРМ34, ТРМ38 и перечисленных в табл. 1, в ближайшее время будет пополнен еще несколькими их типами. В настоящее время заканчивается разработка входных устройств этих приборов, позволяющая использовать их для работы с датчиками, оснащенными токовыми выходами с унифицированными сигналами 0...5 мА, 0...20 мА, 4...20 мА, находящими все более широкое применение в современной промышленности. Одновременно ведутся работы по адаптации приборов ТРМ34, ТРМ38 к приему сигналов цифровых термопреобразователей DS1820 фирмы Dallas Semiconductor, о которых нами сообщалось в прошлых номерах обозрения «Автоматизация и Производство».

Интерфейс связи с компьютером

Приборы ТРМ34, ТРМ38 по требованию потребителя могут оснащаться интерфейсом RS-232 для связи их с IBM-совместимым компьютером. При этом, работающий в линии связи прибор, выдает на компьютер по его за-просу данные о текущих измеренных значениях параметров во всех контролируемых им каналах, значениях уставок регулирования и информацию о состоянии выходных ключей. При необходимости изменения параметров технологического процесса, управляемого прибором ТРМ, уставки регулирования в нем могут быть изменены на новые непосредственно с клавиатуры компьютера. Вся информация, поступающая на компьютер, может быть накоплена, сохранена и использована для документирования хода выполнения технологического процесса.

Для обеспечения связи с компьютером ТРМ должен быть подключен к нему через адаптер сети АС-2, также производимый предприятием «Овен». При этом длина линии связи между адаптером и ТРМ может достигать 1000 метров, но расстояние от АС-2 до компьютера ограничено величиной 10 метров. Одновременно к адаптеру АС-2 может быть подключено до восьми приборов ТРМ34 или ТРМ38, что является несомненным удобством при управлении различными технологическими процессами с единого диспетчерского пункта.

Цифра «1» на месте соответствующего символа в полном условном обозначении прибора означает наличие в нем интерфейса связи RS-232, а цифра «0» – его отсутствие.

Работа выходных ключей

Для расширения возможностей приборов ТРМ34, ТРМ38 при выполнении различных технологических процессов их выходные ключи могут быть запрограммированы на работу с заданными уставками регулирования по одному из вариантов логики, графически показанных на рис. 2.

Вариант 1 предполагает использование выходных ключей прибора ТРМ для поддержания заданной температуры объекта путем его нагрева, например при помощи ТЭНов.

Вариант 2 предполагает использование ключей ТРМ для поддержания заданной температуры объекта путем его охлаждения, например при помощи компрессоров, вентиляторов и т.п.

Вариант 3 может быть применен при использовании ключей ТРМ в качестве автоматических сигнализаторов о достижении температурой в различных точках контроля заданных диапазонов.

Вариант 4 также может быть использован в качестве сигнализатора, но только о выходе контролируемой температуры за заданные диапазона.
Для удобства стыковки ТРМ с внешними исполнительными устройствами в приборах предусмотрена возможность прямого или инверсного управления выходными ключами. При прямом управлении ключами их включение-отключение происходит в соответствии с заданным вариантом логики по рис. 2. При инверсном управлении заданная логика работы сохраняется, но состояние ключа «включено» по рис. 2 изменяется на «отключено» и обратно.

Конструкция и работа

Приборы ТРМ34 и ТРМ38 выполнены в одинаковых пластмассовых корпусах, предназначенных для щитового крепления при помощи прилагаемых к ним монтажных комплектов. Габаритные размеры корпуса 96х96х160 (глубина) мм. Масса прибора – не более 1,2 кг. Степень защиты корпуса IP20. На задней стенке корпуса прибора располагаются две группы клеммников «под винт», один из которых предназначен для подключения входных датчиков, а другой – для подключения сети питания 220 В 50 Гц, внешних исполнительных устройств и интерфейса связи с компьютером.

Вид лицевой панели прибора ТРМ34 приведен на рис. 3. Лицевая панель прибора ТРМ38 отличается назначением неко-торых кнопок управления и светодиодов. На лицевой панели прибора расположены два четырехразрядных цифровых индикатора с высотой цифр 14 мм, яркость свечения которых обеспечивает считывание информации с них на расстоянии до 10 метров.

Приборы функционируют в двух основных режимах: РАБОТА и ПРОГРАММИРОВАНИЕ. В режиме РАБОТА верхний цифровой индикатор отображает измеренное текущее значение температуры в выбранном для индикации канале контроля, а нижний индикатор – номер этого канала или (по вызову оператора, управляющего технологическим процессом) значение одной из заданных уставок регулирования в нем. В процессе эксплуатации предусмотрена работа схемы индикации в одном из следующих режимов:

циклическом – когда вывод информации на цифровые индикаторы производится автоматически поочередно с каждого канала контроля на время примерно 4 с;
фиксированном – когда выбор канала контроля, предназначенного для индикации, произво-дится оператором.

Восемь одиночных светодиодов, расположенных справа от цифровых индикаторов, сигнализируют о состоянии (включено-выключено) соответствующих выходных ключей прибора, а также мигающим светом сообщают о блокировании этих ключей при неисправности датчика (например, обрыве).

Клавиатура прибора, состоящая из восьми одиночных кнопок, предназначена для управления терморегулятором как в рабочем режиме (выбор канала для индикации, вызов для отображения на цифровом индикаторе заданных уставок регулирования и т.п.), так и в режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ.

В режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ пользователем могут быть изменены следующие параметры прибора:

1. Тип входных датчиков в пределах изготовленной схемо-технической группы в соответствии с данными табл. 1 (одновременно для всех контролируемых каналов).
2. Количество опрашиваемых прибором датчиков (с первого по заданный, но не менее двух).
3. Значения уставок регулирования Т и D (независимые для каждого выходного ключа управления).
4. Величина коррекции измеряемых прибором значений (независимая для каждого канала измерения).
5. Для приборов, работающих с термоэлектрическими преобразователями, отключение схемы компенсации температуры свободных концов термопары.
6. Для приборов, оснащенных интерфейсом RS-232, отключение интерфейса связи с компьютером.
7. Вариант логики работы выходных ключей (одновременно для всех ключей).
8. Способ управления ключами – прямой или инверсный (одновременно для всех ключей).
9. Режим работы индикации прибора: только циклический (независимо от состояния кнопок управления) или по выбору оператора (циклический или фиксированный).

Все заданные при программировании уставки и параметры сохраняются в энергонезависимой памяти прибора, в том числе и при его обесточивании. Примененный в приборе тип энергонезависимой памяти гарантирует до 1 млн. циклов перезаписи в ней информации.

Стыковка с исполнительными устройствами

Наличие на выходе приборов ТРМ34, ТРМ38 маломощных (Jмакс.=200 мА, Uмакс.=30 В) полупроводниковых ключей ставит перед пользователем задачу стыковки их с мощными исполнительными устройствами.

Наиболее просто эта задача решается с помощью электромагнитных реле любого подходящего типа, при условии, что  напряжение питания и рабочий ток каждого не превышает предельных величин, указанных для ключей. В качестве таких реле могут быть использованы, например РП21, РЭК24, РЭН33 и другие, а также некоторые типы низковольтных контакторов, применяемых в промышленности.

Электрическая схема включения электромагнитных реле для работы с приборами ТРМ приведена на рис. 4. Типы и номиналы электрорадиоэлементов в ней определяются, исходя из параметров примененных реле.

Следует отметить, что предприятием «Овен» в I квартале 1998 года планируется начало выпуска приборов БКМ, содержащих восемь электромагнитных реле со схемой их питания, и предназначенного специально для работы с приборами ТРМ34, ТРМ38. Схема прибора БКМ аналогична схеме, представленной на рис. 4, и дополнена элементами сигнализации работы реле. Прибор выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для размещения в шкафах управления силовым оборудованием. Габаритные раз-меры прибора 150х105х65 мм. Напряжение питания 220 В 50 Гц. Для подключения цепей питания, управления и нагрузки прибор оснащен клеммниками «под винт». От каждого реле на клеммник выведено по одному нормально-открытому контакту. Максимальная нагрузка, коммутируемая каждым реле прибора, составляет 220 В 7 А, что вполне достаточно для коммутации обмоток большинства типов мощных пускателей и контакторов, применяемых в промышленности.

Одним из перспективных направлений при решении задачи управления мощными нагрузками считается их бесконтактная коммутация, выполняемая, в частности, полупроводниковыми приборами.

Наиболее оптимальными элементами этого типа для стыковки с выходными ключами приборов ТРМ34, ТРМ38 являются твердотельные оптоэлектронные реле 5П19ТМ, 5П36ТМ и др., выпускаемые, например, пред-приятием «Протон» (г. Орел). Широкий выбор типоразмеров этих реле обеспечивает возможность использования их как при различных токах нагрузки (5...20 А, а в перспективе и более), так и при различных напряжениях ее питания (от 30 до 560 В переменного тока). Твердотельные реле выпускаются для коммутации как однофазных, так и трехфазных цепей. Минимальное количество дополнительных элементов, небольшие габариты, удобство монтажа, низкий уровень выход-ных помех, долговечность делают их особенно привлекательными для применения в схемах промышленной автоматики.

Схема подключения оптоэлектронных реле к приборам ТРМ приведена на рис. 5.

Применение

Многоканальные регуляторы ТРМ34, 38 по определению предназначены для управления объектами, имеющими в своем составе несколько точек контроля и взаимосвязанных с ними исполнительных устройств для регулирования процесса.

Примером использования прибора ТРМ34 может служить схема управления хлебопекарной печью типа Ш2-ХПА, приведенная на рис. 6. Для удобства рассмотрения работы схемы ее промежуточные и вспомогательные элементы (реле, пускатели, цепи питания и сигнализации) не указаны.

Печь Ш2-ХПА имеет четыре контролируемых зоны, каждая из которых снабжена индивидуальным датчиком температуры и двумя группами нагревателей, управляемых независимо друг от друга. Все датчики температуры и нагреватели подключены к соответствующим входам и выходам ТРМ34. Перед началом эксплуатации на приборе ТРМ34 для каждой группы нагревателей в каждой зоне контроля задаются уставки Туст1 и Туст2, по которым производится регулирование температуры соответственно первой и второй группой нагререле могут быть использованы, например РП21, РЭК24, РЭН33 и другие, а также некоторые типы низковольтных контакторов, применяемых в промышленности.

Электрическая схема включения электромагнитных реле для работы с приборами ТРМ приведена на рис. 4. Типы и номиналы электрорадиоэлементов в ней определяются, исходя из параметров примененных реле.

Следует отметить, что пред-приятием «Овен» в I квартале 1998 года планируется начало выпуска приборов БКМ, содержащих восемь электромагнитных реле со схемой их питания, и предназначенного специально для работы с приборами ТРМ34, ТРМ38. Схема прибора БКМ аналогична схеме, представлен-ной на рис. 4, и дополнена эле-ментами сигнализации работы реле. Прибор выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для размещения в шкафах управления силовым оборудованием. Габаритные размеры прибора 150х105х65 мм. Напряжение питания 220 В 50 Гц. Для подключения цепей питания, управления и нагрузки прибор оснащен клеммниками «под винт». От каждого реле на клеммник выведено по одному нормально-открытому контакту. Максимальная нагрузка, коммутируемая каждым реле прибора, составляет 220 В 7 А, что вполне достаточно для коммутации обмоток большинства типов мощных пускателей и контакторов, применяемых в промышленности.

Одним из перспективных направлений при решении задачи управления мощными нагрузками считается их бесконтактная коммутация, выполняемая, в частности, полупроводниковыми приборами.

Наиболее оптимальными элементами этого типа для стыковки с выходными ключами приборов ТРМ34, ТРМ38 являются твердотельные оптоэлектронные реле 5П19ТМ, 5П36ТМ и др., выпускаемые, например, пред-приятием «Протон» (г. Орел). Широкий выбор типоразмеров этих реле обеспечивает возможность использования их как при различных токах нагрузки (5...20 А, а в перспективе и более), так и при различных напряжениях ее питания (от 30 до 560 В переменного тока). Твердотельные реле выпускаются для коммутации как однофазных, так и трехфазных цепей. Минимальное количество дополнительных элементов, небольшие габариты, удобство монтажа, низкий уровень выходных помех, долговечность делают их особенно привлекательными для применения в схемах промышленной автоматики.

Схема подключения оптоэлектронных реле к приборам ТРМ приведена на рис. 5.

Применение

Многоканальные регуляторы ТРМ34, 38 по определению предназначены для управления объектами, имеющими в своем составе несколько точек контроля и взаимосвязанных с ними исполнительных устройств для регулирования процесса.

Примером использования прибора ТРМ34 может служить схема управления хлебопекарной печью типа Ш2-ХПА, приведенная на рис. 6. Для удобства рассмотрения работы схемы ее промежуточные и вспомогательные элементы (реле, пускатели, цепи питания и сигнализации) не указаны.

Печь Ш2-ХПА имеет четыре контролируемых зоны, каждая из которых снабжена индивидуальным датчиком температуры и двумя группами нагревателей, управляемых независимо друг от друга. Все датчики температуры и нагреватели подключены к соответствующим входам и выходам ТРМ34. Перед началом эксплуатации на приборе ТРМ34 для каждой группы нагревателей в каждой зоне контроля задают-свателей. Если текущая температура внутри контролируемой зоны ниже уставки Туст1, регулятор ТРМ34 формирует команду на включение обеих групп нагревателей для обеспечения быстрого вывода печи на заданный технологический режим. После дости-жения температурой значения Туст1 первая группа нагревателей отключается, а требуемая конечная температура Туст2 поддерживается только за счет работы второй группы, чем обеспечивается плавное ее регулирование и экономичный режим работы печи в целом.

Приборы ТРМ34, 38 могут быть использованы для регулирования параметров и в разнесенных относительно друг друга независимых объектах. При этом максимальная удаленность этих объектов от ТРМ ограничена в принципе только помехозащищенностью линий связи, соединяющих входные датчики с прибором, и может достигать при их хорошей экранировке величины 100...200 метров.

Вячеслав Дворцов