Архив / 1998 / №2(15) / 

Микропроцессорный задатчик-регулятор МПР51

В промышленности существуют процессы, протекание которых происходит в несколько стадий, для каждой из которых требуются отличные от других условия протекания (температура и влажность) (рис. 1).

Рис.1.Пример графика многоступенчатого процесса
Рис.1.Пример графика многоступенчатого процесса

Такие процессы протекают за время от нескольких часов до нескольких суток. Стадии таких процессов могут занимать время от долей часа до нескольких суток. Например, процесс варки колбасы требует несколько часов, а процесс сушки древесины занимает несколько суток. Длительные процессы с большим количеством стадий требуют постоянного внимания оператора, что значительно затрудняет их обслуживание.

Для решения проблем, возникающих в связи с этими неудобствами, ПО "Овен" предлагает использовать программный задатчик-регулятор МПР51.

Этот прибор производит регулирование одновременно по двум каналам, по заданной программе. Программы составляются пользователем и могут иметь от двух до 20 шагов.

Прибор может использоваться в пищевой промышленности. Например, в хлебопекарнях для поддержания режима в расстоечных шкафах, в печах для выпечки хлеба; на мясо- и рыбокомбинатах для обеспечения технологического процесса в камерах варки и копчения, в камерах созревания, в универсальных климатических камерах. Также прибор можно использовать при производстве железобеточнных изделий для процесса термоотверждения. МПР51 сможет помочь при поддержании нужных режимов в камерах сушки древесины.

Внутренняя структура прибора

Рис.2 Внутренняя схема прибора
Рис.2 Внутренняя схема прибора

Программный задатчик-регулятор имеет три термометрических входа и два входа для подключения датчиков положения задвижки. На выходе для управления исполнительными устройствами имеются четыре нормально разомкнутых реле. Для сигнализации предназначено пятое реле и восемь транзисторных ключей с открытым коллектором.

Два ПИД-регулятора и четыре компаратора сигнала "Тревога" позволяют поддерживать две величины и сигнализировать о наступлении различных событий.

Сигналы от термодатчиков обрабатываются сначала аппаратно, а затем программным способом и в качестве измеренных величин поступают на входы регуляторов и компараторов. Входных сигналов от термодатчиков три, а измеренных величин существует пять. Дополнительно вычисляются относительная влажность y и разность температур 1-го и 3-го входов (камеры и внутри продукта). Разность температур используется для реализации специфических режимов, чтобы при максимально быстром нагреве или охлаждении продукта возникающие внутри продукта механические напряжения не повредили его.

Сигналы с входов 4 и 5, информирующие о положении задвижки, используются в качестве вспомогательных для повышения качества процесса регулирования, когда в качестве исполнительных механизмов используются запорно-регулирующие клапаны.

За каждым регулятором закреплено по два выходных реле. При этом, если регулирование двухпозиционное (типа вклвключено/выключено), то второе реле может быть использовано для сигнализации срабатывания одного из четырех компараторов "Тревога".

Если регулирование трехпозиционное, то регулятор с помощью двух реле управляет запорно-регулирующим клапаном с контролем его положения или без него.
На входы регуляторов можно подать любую измеренную величину.

Для компараторов сигнал "Тревога" можно задавать закон функционирования: срабатывание по верхнему пределу, по нижнему пределу; по нижнему и верхнему пределам ("окно" и "коридор"). Также задается время задержки срабатывания и длительность сигнала "Тревога".

На вход любого из 4-х компараторов можно подать любую измеренную величину. На выход любого из компараторов можно подключить реле 5 или любое не участвующее в регулировании реле 1, 2, 3, 4. Возможно подключение выходов сразу нескольких компараторов на одно реле.

Устройство "Контроль датчиков" проверяет датчики на обрыв или короткое замыкание. Сигнал об одном из этих событий можно вывести на любое свободное в процессе регулирования реле.

Сигнализатор "Окончание выполнения программы" сигнализирует о моменте окончания программы регулирования. Этот сигнал можно подключить к любому свободному от процесса регулирования реле.

Прибор имеет восемь транзисторных ключей (n-p-n) с открытым коллектором. На каждом шаге программы может замыкаться один транзисторный ключ. Номер транзисторного ключа, замкнутого на данном шаге, задается при программировании.

В приборе имеется возможность связи с IBM PC. Поставляется программа, которая позволяет опрашивать температурные каналы с определенной периодичностью и выводить полученные данные на принтер или на экран в табличном или графическом виде.

Режим работы прибора

Прибор может находиться в двух основных режимах - "РАБОТА" и "ПРОГРАММИРОВАНИЕ".

Режим "РАБОТА" - это основной режим, в котором происходит выполнение выбранной программы регулирования технологическим процессом.

Режим "ПРОГРАММИРОВАНИЕ" - это режим, в котором осуществляется задание ("написание") программ для технологических процессов, настройка параметров регуляторов и компараторов, и конфигурирование прибора под конкретный объект. Прибор имеет четыре уровня программирования:

- на первом уровне выбирается номер программы и номер шага, с которого должно быть запущено ее выполнение;
- на втором уровне задаются параметры выбранной программы (количество шагов, режимы работы компараторов "Тревога", уставки регулирования, условия перехода программы к следующему шагу, номер замкнутого на этом шаге транизсторного ключа и время длительности шага);
- на третьем уровне задаются  тип регулирования, коэффициенты ПИД-закона, тип температурного датчика и поведение прибора после перерыва питания 220 В;
- на четвертом уровне производится калибровка входов прибора.

Вход на каждый уровень может быть закрыт кодом секретности. На каждом уровне программирования имеется параметр, разрешающий чтение и изменение установленных значений.

Конструкция прибора

МПР51 выполнен в корпусе 96х96х160 мм, имеет щитовое крепление. Все соединения производятся с помощью 3-х разъемов, расположенных на задней стенке корпуса.

Рис.3.Лицевая панель прибора
Рис.3.Лицевая панель прибора

На передней панели прибора находятся цифровые и одиночные светодиодные индикаторы и кнопки управления (рис. 3).

На индикаторе часов показывается время, прошедшее после запуска процесса, текущее значение того параметра, который указывается с помощью одного из пяти нижних светодиодов, номер исполняемого шага и измеренная психрометрическим методом влажность.

При выполнении программы кнопкой "ПРОГ." можно вызвать на индикаторы номер исполняемой программы и значение уставки. Кнопкой "ПУСК/СТОП" может быть запущено или приостановлено выполнение программы.

При перебоях в электроснабжении прибора параметры регулирования сохраняются в памяти прибора в течение 1 часа. После возобновления питания выполнение программы может быть продолжено или остановлено с выдачей сигнала "Авария", что задается специальными параметрами. Прибор сохраняет информацию о прерванном процессе регулирования до одного часа.

Примеры использования прибора

Прибор МПР51 может быть использован для управления процессом термоотверждения крупногабаритных бетонных изделий.

Перед загрузкой бетона опалубку необходимо прогреть до 25оС. Затем заполнить ее бетоном и постепенно нагреть до температуры 60оС, выдержать в течение 3-х часов и также постепенно остудить до температуры окружающей среды.

Для нагрева бетона используются ТЭНы общей мощностью 160 кВт, включаемые при помощи твердотельного пускателя.

Нагрев и охлаждение необходимо производить так, чтобы разность температуры бетона и опалубки не превышала 3оС. Схема установки изображена на рис. 4.

Рис.4. МПР51 управляет термоотверждением бетона.
Рис.4. МПР51 управляет термоотверждением бетона.

Для контроля температуры используются все три входа МПР51. Один из регуляторов при помощи реле 1 обеспечивает нагрев и остывание бетона. При этом на первой стадии в качестве входной величины он использует температуру опалубки, на второй, после загрузки бетона, поддерживается разность температур опалубки и бетона 3оС, на третьей - температура бетона, равная 60оС, на четвертой снова разность температур опалубки и бетона.

В процессе выполнения программы используются различные условия перехода к следующему шагу. Условием перехода ко второму шагу является достижение температурой опалубки значения 25оС, к третьему шагу - достижение уставки 60оС (при этом поддерживается разность температур). К четвертому шагу МПР51 переходит по истечении заданного времени выдержки бетона, а окончание процесса определяется по достижению Тбетона температуры окружающей среды.

При выполнении программы задействован один из компараторов, выдающий сигнал заданной длительности на реле 2 о достижении температурой опалубки значения 25оС.

Рис.5  Сушка древесины под управлением МПР51
Рис.5 Сушка древесины под управлением МПР51

Пример использования прибора МПР51 для процесса сушки древесины.

Процесс сушки древесины состоит из нескольких этапов, во время которых поддерживаются постоянной температура и влажность в камере сушки. Все этапы имеют определенную длительность.

Для поддержания заданной температуры в камере установлен ТЭН, управляемый через пускатель. Пар для увлажнения подается через запорно-регулирующий клапан.

В этом случае задействованы оба регулятора МПР51. Один поддерживает необходимую на каждом шаге температуру в камере, управляя ТЭНом через реле 1 по двухпозиционному (включено/выключено) закону. Второй поддерживает влажность путем выдачи на реле 3 и реле 4 управляющих импульсов "больше-меньше" для запорно-регулирующего клапана.

Текущее значение  влажности вычисляется психрометрическим методом по температуре сухого и влажного термометра.

После окончания процесса выдается сигнал заданной длительности на реле 5.

В примере, изображенном на рис. 6, прибор МПР51 использован для управления процессом термообработки и копчения мясопродуктов в термокоптильной камере.

Рис.6 Управление режимами термообработки и копчения мяса
Рис.6 Управление режимами термообработки и копчения мяса

Требуется поддержание определенных температуры и влажности на каждой стадии процесса, а на некоторых стадиях - плавное возрастание и снижение этих параметров.

Кроме того требуется включение дополнительных устройств в процессе выполнения технологического процесса, например, дымогенератора или вентилятора для удаления среды.

Нагрев осуществляется за счет горячего пара, проходящего через теплообменник, а для увлажнения в камеру подается пар через запорно-регулирующий клапан.

Оба регулятора МПР51 работают в режиме трехпозиционного ("ход влево" - "ход вправо") импульсного управления с обратной связью по положению задвижки.

Регулирование температуры ведется при помощи реле 1, 2, а влажности при помощи реле 3, 4.

Для включения дополнительных устройств - дымогенератора и вентилятора используются транзисторные ключи 2 и 1 соответственно.

Олег Саломатин