Архив / 2000 / №1(18) / О новых приборах

Новое трио приборов для управления температурными режимами в промышленном оборудовании

Появление в производстве ПО ОВЕН новых измерителей-регуляторов двухканального 2ТРМ1, одноканального ТРМ1 и двухканального измерителя 2ТРМ0 было вызвано значительными изменениями и усовершенствованиями серии ТРМ..

Приборы современного типа этой серии, имеют очень широкий диапазон применения. Они используются для измерения и регистрации температуры теплоносителей, различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, промышленных печах различного назначения, а также для измерения регулирования веса, давления, влажности и других физических параметров. Измерители-регуляторы предназначены также для работы с упаковочными машинами, лабораторными установками, аппаратами для переработки пластмасс, в приборостроении и в другом технологическом оборудовании.

У новых приборов сохранились названия, поскольку по функциональному назначению они не отличаются от своих предшественников, тем не менее, значительно превосходят их по своим возможностям.

Новые модификации входов

Система входных модификаций существенно изменилась. Сокращено количество типов входов, что весьма упростило выбор и работу с ними. Новые названия модификаций образованы от  наименований подключаемых к ним датчиков: ТС, ТП1, ТП2, АТ и АН. Модификация ТС позволяет обрабатывать сигнал практически от всех известных типов термопреобразователей сопротивления, а именно с номинальной статической характеристикой (НСХ) 50М, 50П, 100М и 100П, а также ТСМ с 23-й градуировкой (R0=53 Ом).
Приборы, применяемые для контроля температуры с помощью термопар, разделены на две модификации:

ТП1–для подключения термопар ТХК (L), ТХА (К)
ТП2–для подключения высокотемпературных (до 1800°С) термопар платино–родиевой группы типа S и R).

В скором времени приборы модификации ТП-1 будут выпускаться с возможностью подключать термопары типа ТНН (N) и ТЖК (J).

Для измерения других физических величин, таких как давление,  расход, уровень, влажность и т.д., применяются модификации АТ или АН. К приборам подключаются нормирующие преобразователи этих величин в стандартный сигнал тока (датчики с выходом 0…20мА, 4…20мА либо 0…5мА для модификации АТ) или напряжения (0…1 в модификации АН). В этих модификациях в отличие от предыдущей серии пользователь может осуществлять произвольное масштабирование шкалы измерения: прямое и обратное. При обратном масштабировании в соответствие максимальному выходному сигналу датчика, можно задать значение верхней границы диапазона индикации меньшее, чем для нижней границы (рис. 1).

В приборах модификаций 2ТРМ1 «Б», ТРМ1 «Б», 2ТРМ0 «Б» с расширенным диапазоном напряжения питания,  имеется гальванически развязанный источник постоянного  тока 27В для питания нормирующих преобразователей с током нагрузки до 100 мА..

В новых приборах увеличен диапазон измерения в области низких температур. Так, при работе с платиновыми термопреобразователями сопротивления прибор может контролировать температуру от –200°С, а с термопарами ТХК (хромель-копель) и ТХА (хромель-алюмель) от –100°С. Увеличена верхняя граница диапазона измерения термопарой ТХА до 1300°С.

Функциональная схема прибора

Рис. 2
Рис. 2

Общий принцип построения приборов остался прежним. Сигналы входных датчиков после преобразования в цифровую форму обрабатываются однокристальным микроконтроллером, который производит вычисление значения текущих измерений и их цифровую фильтрацию.

Эти сигналы затем подаются на логические устройства (ЛУ-1 и ЛУ-2). Логические устройства вырабатывают управляющие воздействия для закрепленных за ними соответствующих выходных устройств (ВУ1 и ВУ2).

Как видно из функциональной схемы, изображенной на рис.2, прибор 2ТРМ1 теперь имеет блок вычислителя разности измеряемых величин DT, которая может быть использована в качестве входного сигнала для любого из логических устройств (ЛУ). Это позволяет использовать прибор в качестве регулятора разности температур, перепадов давления и т. п.

Коррекция измерений

В приборах нового поколения значительно расширены возможности корректировка показаний. Наряду с уже существующей коррекцией «сдвига  характеристики» (рис. 3), в прибор введена коррекция наклона измерительной характеристики (рис.4).

Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4

Этот тип коррекции часто требуется при использовании термопреобразователей сопротивления со значением W100, отличающимся от стандартного; а также для устранения погрешности датчиков с унифицированным аналоговым сигналом. К примеру, если максимальный выходной сигнал датчика не 20,0 мА, а 19,9 мА, то при программировании прибора в параметре  «коррекция наклон измерительной характеристики» для соответствующего входа необходимо установить величину 1,005.

Для уменьшения влияния случайных импульсных помех, в приборы введена цифровая фильтрация.  Работа фильтра описывается двумя параметрами, задаваемыми пользователем. Это «полоса фильтра», защищающая от единичных помех, и «глубина фильтра», позволяющая добиться более плавного изменения показаний прибора.

Разновидности выходных устройств

В приборах новой серии по заказу можно получить выходные устройства либо ключевого, либо аналогового типа.  Характеристики ключевых выходов приведены в таблице 1.

Транзисторная оптопара и оптосимистор имеют гальваническую развязку от внутренней схемы прибора.

Таблица 1

Тип выхода

Максимальный коммутируемый ток

Максимальное рабочее напряжение

Электромагнитное реле

250В

Транзисторная оптопара

0,2А

50В

Симисторная оптопара

0,05А

600В

Транзисторная оптопара используется для управления низковольтными промежуточным реле и пускателями (рис. 5).

Оптосимистор включается и прекрасно работает в цепи управления мощных симисторов, таких как ТС–122, ТС–132, ТС–142. Для коммутации цепей переменного тока с помощью двух встречно–параллельных тиристоров можно использовать схему, приведенную на рис. 6.

 

Рис. 5
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 6

Для управления трехфазной нагрузкой создана модификация ТРМ1 Х-Х.С3, в которой на выходе установлены три таких симисторных оптопары.

В приборах модификации 2ТРМ1 «Б» и ТРМ1 «Б» вместо выходных ключей можно заказать формирователи тока 4-20 мА, и использовать их для регистрации или для управления нагрузкой по пропорциональному закону.

Для прибора 2ТРМ1выпускаются модификации, в которых на месте первого выхода (ВУ1) может быть установлен какой–либо ключевой элемент, а на месте второго (ВУ2) – формирователь тока.
Новые модификации по типу выходных устройств получили следующее обозначение:

Таблица 2.

Тип

2ТРМ1

ВУ1

ВУ2

РИ

Реле электромагнитное

Формирователь тока

КИ

Транзисторная оптопара

Формирователь тока

СИ

Симисторная оптопара

Формирователь тока

И

Формирователь тока

Формирователь тока

Формирователь тока для аналогового управления исполнительными устройствами необходимо запитывать от внешнего источника постоянного напряжения 27В±10%. К нему допускается подключать активную нагрузку сопротивлением не менее 200 Ом и не более 800 Ом.

В приборах новой версии пользователь при программировании может задать состояния, в которые должны переходить выходные устройства в режиме установки параметров и при выходе датчиков из строя. На выходе формирователя тока при этом устанавливается минимальное (4 мА) или максимальное (20 мА) значение.

Логические устройства

Логические устройства (ЛУ) формируют сигналы управления выходными устройствами в одном из режимов:
– устройство сравнения (компаратор);
– П-регулятор(аналоговое управление);
– измеритель–регистратор (аналоговое управление).

Режим компаратора

В режиме компаратора логическое устройство сравнивает входную величину со значением, заданным пользователем и в соответствии с запрограммированной логикой срабатывания выдает сигнал включения-выключения на выходное устройство, что позволяет произвести двухпозиционное регулирование.  Для реализации этого режима в приборе должно быть установлено выходное устройство ключевого типа, соответствующее данному ЛУ.

Рис.7
Рис.7

Для ЛУ-1, работающего в режиме устройства сравнения, имеется возможность установить задержку переключения его состояний. Это необходимо для исключения ложных срабатываний выходного устройства, происходящих из-за влияния помех на измерительную часть, а также для установки определенного состояния на минимально необходимое время (до 900 секунд).

Пример использования задержек переключения в 2ТРМ1 приведен на рис. 7. Этот прибор задействован для формирования сигнала «Авария» при выходе температуры за допустимые границы. В данном случае требуется задержка срабатывания выходного реле, если изменение температуры имеет кратковременный или случайный характер. Реле включится, если условие срабатывания выполняется непрерывно в течение времени, установленного в параметре «задержка включения». После включения контакты реле будут замкнуты на время, заданное в параметре «минимальное время включения», даже если значение контролируемой температуры вернется в установленный допустимый диапазон.

В качестве входного сигнала для логических устройств может быть задана любая из измеряемых величин: сигнал с датчика, подключенного к первому входу, или DT для ЛУ-1; сигнал с любого входа, а также DT – для ЛУ-2.

Функция автоматической коррекции систематической погрешности

В приборы с модификациями входов АТ, АН добавлена возможность автоматической коррекции систематической погрешности показаний датчика, возникающей при срабатывании выходного устройства. Это было сделано по предложению конструкторского отдела Института Электрификации Сельского Хозяйства (ВИЭСХ), создающего проект по регулированию уровня воды в водонапорной башне на базе прибора 2ТРМ1 с помощью датчиков давления. При включении насоса подачи воды в водонапорную башню возникало дополнительное давление, изменяющее показания датчика на некоторую постоянную величину, что приводило к преждевременному отключению насоса.

Для избежания подобных явлений в прибор 2ТРМ1 был введен новый параметр программирования А 1–7 «Время установления».

Логическое устройство прибора измеряет значение регулируемой величины до и после включения выходного устройства по истечении заданного времени, заданного в параметре «Время установления», а затем вычисляет их разность. Вычисленное значение автоматически учитывается прибором в дальнейшей работе.  После выключения выходных устройств коррекция показаний прекращается.

Если же потребителю данная функция не нужна, то «Время установления» задается равным нулю.

Аналоговое управление (П–регулятор, измеритель–регистратор)

Рис. 8
Рис. 8

Использование аналогового выхода позволяет добиться более качественного поддержания значения контролируемой величины. Аналоговый выход управления работает по принципу пропорционального регулирования. При этом необходимо для ЛУ, связанного с этим выходом, установить режим П-регулятора. Функциональный параметр D, который при ключевом типе выхода является гистерезисом устройства сравнения, в этом случае играет роль половины полосы пропорциональности регулятора. Принцип формирования выходного тока управления для прямо-пропорционального («нагреватель») и обратно-пропорционального («охладитель») регулятора приведен на рис. 8 и в таблице 3.

Заданные значения уставки и гистерезиса: Т=5000С, D=400С (П=800С). К выходу формирователя тока пользователь также может подключить любое регистрирующее устройство (самописец), работающее с управляющим сигналом 4…20 мА. При этом соответствующее ЛУ необходимо перевести в режим измерителя–регистратора и установить границы диапазона регистрации.  Пример использования 2ТРМ1 с двумя формирователями тока на выходе в качестве П-регулятора и регистратора измеряемой температуры показан на рис.9.

Параметры программирования прибора

Для удобства функциональные параметры нового прибора разбиты на две группы А и В. Общая структура программирования прибора 2ТРМ1 показана на рис. 10. В группе А находятся параметры, определяющие работу логических устройств, в группе В — параметры настройки измерительного тракта.

Для защиты от несанкционированного изменения параметров программирования в каждой группе можно установить один из трех уровней доступа, при которых пользователь сможет: а) иметь возможность изменения и просмотра значений только через пароль б) свободный просмотр, но изменение значений через пароль в) свободный доступ к изменению и просмотру установленных значений параметров  прибора.

Примеры применения приборов новой серии

Прибор 2ТРМ1 может быть использован в качестве трехпозиционного регулятора, полностью заменяя  ранее выпускавшуюся модель ТРМ5. Для этого при установке рабочих параметров прибора необходимо для обоих ЛУ и связанных с ними выходов задать одну и ту же входную величину: Т-1 или DрТ.

Таблица 3

Температура, °С

Выходной ток, мА

Мощность регулятора, %

Более 540.0

4

0.0

540.0

4

0.0

530.0

6

12.5

520.0

8

25.0

510.0

10

37.5

500.0

12

50.0

490.0

14

62.5

480.0

16

75.0

470.0

18

87.5

460.0

20

100.0

Менее 460.0

20

100.0

Возможность контроля и регулирования разности двух измеряемых величин (DТ=Т1-Т2), является коренным отличием новых двухканальных приборов. Поддержание разности температур, давления и других параметров часто используется в различных технологических процессах (при сушке древесины –– для контроля влажности, при изготовлении бетона, для обеспечения прогрева слоев). Благодаря этому новшеству приборы этой серии смогут удовлетворить запросы большого числа разных групп потребителей.

Рис. 9
Рис. 9

Основной функцией прибора является контроль и поддержание влажности воздуха, определяемой психрометрическим методом. На рис. 11 изображена система регулирования параметров в сушильной камере, выполненная на основе прибора 2ТРМ1. К прибору подключаются два датчика температуры –– к первому входу сухой, ко второму - влажный. По психрометрическим таблицам определяется разность показаний этих термометров, которая соответствует требуемой влажности. Прибор запрограммирован таким образом, что первое реле регулирует температуру в камере, на второе реле при помощи парогенератора, поддерживает. При использовании в такой системе таймера (типа УТ-23 или УТ-24, выпускаемых  ПО ОВЕН) можно задавать и  временные характеристики процесса.

Рис. 10
Рис. 10

Новое поколение приборов серии ТРМ с улучшенными пользовательскими свойствами вызвало многочисленные положительные отзывы со стороны потребителей. По их мнению, дешевле устройств ПО ОВЕН на рынке не найти, что, наряду с высокой надёжностью, является главным критерием при выборе оборудования для автоматизации производства.

Рис. 11
Рис. 11