Архив / 2001 / №1(19) / О новых приборах

Универсальный восьмиканальный измеритель-регулятор ТРМ138

Отдел новых разработок производственного объединения ОВЕН подготовил к выпуску новые восьмиканальные приборы ТРМ138, предназначенные для контроля и регулирования таких технологических параметров, как температура, давление, вес, влажность и др. в самом разнообразном промышленном оборудовании. Так же, как и другие приборы серии ТРМ, новые многофункциональные контроллеры могут успешно применяться в пищеперерабатывающей, лесообрабатывающей, фасовочно-упаковочной отраслях промышленности, металлургии, теплои водоснабжении. Микропроцессорные регуляторы смогут осуществлять управление процессами в сушильных и варочные шкафах, мясомассажерах, термопластавтоматах, экструдерах, промышленных печах различного назначения и другом оборудовании.

Разработка нового многоканального измерителярегулятора была обусловлена необходимостью создания такого прибора, который бы соответствовал современным техническим требованиям и смог бы заменить давно выпускаемые восьмиканальные устройства контроля типа УКТ38, ТРМ34, ТРМ38. При создании нового прибора был учтен опыт эксплуатации этих устройств и ликвидированы свойственные им недостатки. Применение в ТРМ138 прогрессивных технологий и методов программирования, современной элементной базы позволило сконструировать прибор не только объединяющий в себе функции перечисленных устройств, но и значительно превосходящий их по диапазону выполняемых функций и техническим характеристикам.

Таблица 1

Тип датчика

Диапазон контроля

Термопреобразователи сопротивления по ГОСТ Р 50353-92

ТСМ 50М W100 = 1,426
ТСМ 50М W100 = 1,428
ТСМ 100М W100 = 1,426
ТСМ 100М W100 = 1,426
ТСМ 50П W100 = 1,385
ТСМ 50П W100 = 1,391
ТСМ 100П W100 = 1,385
ТСМ 100П W100 = 1,391
По ГОСТ 6651-59
ТСМ гр.23

-50оС...+200оС
-50оС...+200оС
-50оС...+200оС
-50оС...+200оС
-200оС...+750оС
-200оС...+750оС
-200оС...+750оС
-200оС...+750оС

-50оС...+200оС

Термопары по ГОСТ Р 50431-92

ТХК (L)
ТЖК (J)
ТНН (N)
ТХА (K)
ТПП (S)
ТПП (R)
ТВР (A-1)

-50оС...+750оС
-50оС...+900оС
-50оС...+1300оС
-50оС...+1300оС
-0оС...+1750оС
-0оС...+1750оС
-0оС...+2500оС

Сигналы постоянного напряжения и тока по ГОСТ 26.011-80

0...5мА
0...20мА
4...20мА
0...50мА
0...1В

0...100%
0...100%
0...100%
0...100%
0...100%

Примечания:
1) W100 - отношение сопротивления датчика измеренное при температуре 100оС к его споротивлению, измеренному при 0оС.
2) Для работы с прибором могут быть использованы только изолированные термопары с незаземленными рабочими спаями.

 

Основные функциональные возможности прибора

- конфигурирование функциональной схемы и установка рабочих параметров с помощью встроенной клавиатуры управления;
- измерение физических параметров, контролируемых входными первичными преобразователями с учетом нелинейности их НСХ;
- цифровая фильтрация измеренных параметров от промышленных импульсных помех;
- коррекция измеренных параметров для устранения погрешностей первичных преобразователей;
- отображение результатов измерений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе;
- формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе и, при необходимости, вывод его на внешнюю сигнализацию;
- формирование сигналов управления внешним оборудованием в соответствии с заданными пользователем законами и параметрами регулирования;
- отображение на встроенном светодиодном цифровом индикаторе заданных параметров регулирования;
- формирование команд ручного управления исполнительными механизмами и устройствами с клавиатуры прибора;
- передача компьютеру информации о значениях контролируемых датчиками величин и установленных рабочих параметрах, а также прием данных на изменение этих параметров;
- сохранение заданных рабочих параметров в энергонезависимой памяти, в том числе и при отключении напряжения питания.

Входные первичные преобразователи

Многоканальный регулятор ТРМ138, как и его прототипы способен обрабатывать сигналы восьми подключенных к нему первичных преобразователей (датчиков), но его преимущество в универсальности. Отличие нового прибора в том, что к его восьми входам в произвольной последовательности могут подключаться любые датчики: термопреобразователи сопротивления, термопары и активные преобразователи различных типов из числа перечисленных в таблице 1. Это означает, что не надо делать предварительный заказ на тип входа прибора. При этом тип датчика задается пользователем независимо для каждого входа при установке рабочих параметров.

Для работы с прибором могут быть использованы только изолированные термопары с незаземленными рабочими спаями.

Предел основной приведенной погрешности измерения сигналов первичных преобразователей не более 0,25%.

Опрос датчиков измерительной схемой прибора производится поочередно. Время опроса одного датчика равно примерно 0,6 с и полный цикл опроса восьми датчиков, таким образом, составляет около 5 с. Некоторым датчикам (по выбору пользователя) при необходимости может быть задан особый приоритет, в результате чего частота их опроса будет увеличена. Такой алгоритм позволяет пользователю, знакомому с характеристиками контролируемого объекта, выделить в нем точки с быстроизменяющимися физическими параметрами и, опрашивая их чаще других, обеспечить максимальное быстродействие выходных устройств прибора, связанных с этими датчиками.

При работе с активными преобразователями, выходным сигналом которых является напряжение или ток, вычисление текущих значений контролируемых параметров осуществляется по масштабирующим коэффициентам, задаваемым индивидуально для каждого такого датчика. Использование масштабирующих коэффициентов позволяет пользователю отображать контролируемые физические параметры непосредственно в единицах их измерения (атмосферах, килопаскалях, метрах и т.д.).

Цифровая фильтрация измерений

Для ослабления влияния внешних помех, наводящихся на линии связи прибора с датчиками и искажающих результаты измерений, в программу ТРМ138 введена их цифровая фильтрация. Фильтрация осуществляется раздельно для каждого канала измерения и проводится последовательно в два этапа.

На первом этапе из текущих измерений входных параметров отфильтровываются значения, имеющие явно выраженные по величине "провалы" или "выбросы", а на втором этапе осуществляется сглаживание (демпфирование) полученных результатов в случае их возможной остаточной флуктуации. Указанный алгоритм обработки позволяет получать стабильные результаты измерений при воздействии на прибор импульсных помех, возникающих на производстве при работе силового оборудования.

Коррекция измерений

Для каждого канала измерения в приборе предусмотрены два корректирующих параметра, с помощью которых можно осуществлять сдвиг и изменение наклона измерительной характеристики. Корректирующие параметры служат для устранения влияния начальной погрешности первичных преобразователей и задаются пользователем независимо для каждого канала измерения. Измеренные текущие значения контролируемых величин могут быть откорректированы прибором в соответствии с заданными параметрами.

Вычисление математических величин

Кроме измерения входных параметров, контролируемых датчиками, прибор вычисляет значения некоторых математических величин, по которым пользователь также может осуществлять управление объектом.

К таким величинам относятся среднее арифметическое значение по параметрам 2-х, 3-х.или 8-ми датчиков (по выбору пользователя), а также разность показаний между первым и вторым, третьим и четвертым, пятым и шестым или седьмым и восьмым датчиками.

Индикация измеренных параметров

Отображение измеренных значений входных параметров или вычисленных математических величин осуществляется на 4-х разрядном цифровом индикаторе ЦИ-1, расположенном на лицевой панели прибора.

Информация на индикатор может выводиться как в статическом, так и в циклическом режиме.

В статическом режиме выбор канала индикации производится оператором при помощи кнопок управления, расположенных на лицевой панели прибора.

В циклическом режиме информация на цифровой индикатор выводится поочередно (на заданное пользователем время) от каждого задействованного в работе канала. Информация выводится по замкнутому циклу, при этом незадействованные в работе каналы пропускаются.

Выводимая информация по желанию пользователя может быть представлена как в целых числах, так и в виде десятичных дробей с заданным количеством знаков после запятой. Положение запятой задается индивидуально для каждого канала индикации.

Логические устройства управления

Для формирования сигналов управления внешним оборудованием прибор оснащен восемью логическими устройствами (ЛУ), каждое из которых в процессе работы по выбору пользователя может выполнять функции измерителя, компаратора (устройства сравнения) или регистратора.

В режиме "Измеритель" логическое устройство осуществляет вывод на цифровой индикатор поступающей на его вход информации, при этом сигналы управления выходным устройством не формируются.

В режиме "Компаратор" логическое устройство сравнивает поступающий на него входной сигнал с заданными рабочими параметрами (уставкой и зоной гистерезиса) и по результатам этого сравнения формирует команды управления выходным устройством. Выходной сигнал ЛУ в этом режиме изменяется по релейному логическому закону, характеристика которого задается пользователем. Набор выходных характеристик позволяет логическому устройству осуществлять двухпозиционное регулирование контролируемого параметра, как с помощью нагревателей, так и с помощью охладителей и, кроме того, использовать его в качестве сигнализатора о достижении входной величиной предельного значения или о выходе ее за заданные границы.

В режиме "Регистратор" логическое устройство преобразует поступающую на него входную величину в сигналы управления цифроаналоговым преобразователем "параметр ток", предназначенном для вывода информации на внешнее регистрирующее устройство (самописец, компьютер и т.п.). Преобразование информации осуществляется по линейному закону в заданном диапазоне изменения входной величины в соответствии с установленными пользователем его нижней и верхней границами. Диапазон преобразования устанавливается индивидуально для каждого выбранного ЛУ.

При работе ЛУ в режиме "Компаратор" программой прибора предусмотрены некоторые дополнительные рабочие параметры, расширяющие его эксплуатационные возможности.

Так, первое срабатывание компаратора после подачи питания на прибор может быть заблокировано. Такая блокировка целесообразна, например, при использовании ЛУ в качестве сигнализатора о выходе контролируемого параметра за заданные границы, когда в начале работы этот параметр по объективным причинам еще не может находиться в установленной зоне.

Для защиты коммутационных элементов выходного устройства и внешнего оборудования от частых повторных пусков в ЛУ предусмотрена возможность задержки их включения или выключения. При установленных задержках ЛУ осуществляет включение или выключение связанного с ним выходного устройства только в том случае, если причина для выполнения данных операций сохраняется как минимум в течение заданного пользователем времени.

При необходимости пользователем может быть задано минимальное время, в течение которого выходное устройство (после переключения ЛУ) будет принудительно удерживаться во включенном или в выключенном состоянии независимо от состояния входных сигналов. Минимальное время удержания выходного устройства во включенном и выключенном состоянии задается раздельно.

Выходные устройства

Выходные устройства (ВУ) предназначены для согласования сигналов управления, сформированных логическими устройствами прибора с внешним оборудованием, осуществляющим регулирование параметров объекта или контроль его состояния.

Прибор ТРМ138 изготавливается в нескольких вариантах модификаций, отличающихся типом встроенных выходных устройств. Информация о варианте модификации указана в коде последнего символа полного названия прибора ТРМ 138-Х и расшифровывается следующим образом:

ТРМ138-ХХХХХХХХ
Тип встроенных выходных устройств:
Р - реле электромагнитные;
К - оптопары транзисторные N-P-N типа;
С - оптопары симисторные;
И - цифро-аналоговые преобразователи "параметр-ток 4.20мА".

Прибор в зависимости от варианта его модификации может оснащаться различными по назначению и принципу действия ВУ. В состав прибора могут входить ВУ ключевого типа, к которым относятся электромагнитные реле, транзисторные, а также симисторные оптопары или ВУ аналогового типа, к которым относятся цифро-аналоговые преобразователи "параметр-ток".

ВУ ключевого типа используются для управления внешними исполнительными устройствами (нагревателями, вентиляторами и т.п.) либо непосредственно, либо через более мощные по коммутационной способности управляющие пусковые элементы (силовые пускатели, контакторы, тиристоры, симисторы и т.п.). Управление данными устройствами в этом случае осуществляется по позиционному закону, т.е. "включено-выключено".

В приборах модификации ТРМ138-Р в качестве выходных устройств используются восемь электромагнитных реле, нормально-открытые контакты которых выведены на внешние соединительные клеммы. Максимальная нагрузочная способность каждого реле 4А при максимальном напряжении коммутации 220 В 50 Гц и cos j > 0,4.

В приборах модификации ТРМ138-К в качестве ВУ используются восемь транзисторных оптопар N-P-N типа, выходы которых гальванически развязаны от схемы прибора и выведены на внешние соединительные клеммы. Транзисторные оптопары используются, как правило, для управления низковольтными твердотельными или электромагнитными реле, коммутирующими силовые цепи нагрузки.

Максимальная нагрузочная способность каждой оптопары 200 мА при напряжении не более 40 В постоянного тока.

В приборах модификации ТРМ 138-С в качестве ВУ используются восемь маломощных симисторных оптопар, выходы которых гальванически развязаны от схемы прибора и выведены на внешние соединительные клеммы. Эти оптопары могут быть использованы для включения внешних тиристоров или симисторов, коммутирующих силовые цепи исполнительных устройств. Управление силовыми элементами осуществляется импульсным способом, причем импульсы управления формируются симисторными оптопарами в момент перехода сетевого напряжения через ноль, что в значительной степени снижает уровень помех, возникающих при коммутациях мощной нагрузки.

Приборы модификации ТРМ138-И оснащены восемью ВУ аналогового типа, которые преобразуют поступающие к ним входные параметры в сигналы постоянного тока 4.20мА. Преобразование "параметр-ток" осуществляется при помощи встроенных в ВУ цифроаналоговых преобразователей. Полученные после преобразования сигналы могут использоваться для регистрации измеренных или вычисленных прибором параметров.

По требованию заказчика прибор при изготовлении может быть укомплектован выходными устройствами различного типа. В этом случае типы ВУ и соответствующие им в ТРМ138 позиционные номера должны быть указаны при заказе.

Конфигурации схемы прибора

Схема связей логических устройств прибора с входными датчиками и выходными устройствами определяется пользователем, исходя из технической целесообразности, и задается им при установке рабочих параметров ТРМ138. К входу каждого из выбранных для работы ЛУ может быть подключена любая из измеренных прибором величин (параметр, контролируемый датчиком, или вычисленная математическая величина), а к выходу его любое из имеющихся выходных устройств. Все подключения осуществляются программным способом с клавиатуры прибора во время подготовки его к работе. Логическое устройство с подключенным к нему входным параметром образует в приборе канал измерения, а совместно с подключенным ВУ канал контроля или регулирования.

Указанные свойства позволяют изменять конфигурацию ТРМ138 по удобной для эксплуатации схеме и использовать один и тот же тип прибора при выполнении различных по назначению технологических процессов.

Для ускорения процесса подготовки прибора к работе в его память занесены несколько наиболее распространенных типовых вариантов конфигурации, любой из которых может быть установлен автоматически по вызову пользователя.

Рис. 1
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4

В настоящее время в качестве типовых вариантов конфигурации прибора предлагаются:

- восьмиканальные предельные сигнализаторы (прототип УКТ38) (рис. 1);
- восьмиканальные двухпозиционные регуляторы (прототип ТРМ38) (рис. 2);
- четырехканальные трехпозиционные регуляторы (прототип ТРМ34) (рис. 3);
- одноканальные позиционные регуляторы с восемью независимыми уставками (рис. 4).

Дальнейшее развитие программного обеспечения прибора предполагает увеличение количества типовых вариантов конфигурации.

Связь с компьютером

Аппаратная часть прибора оснащена устройствами, которые при необходимости обеспечивают его двухстороннюю связь с компьютером. При этом ТРМ138 передает компьютеру информацию о текущих значениях любых, измеренных или вычисленных им входных величинах, и принимает от него команды на изменение действующих рабочих параметров прибора.

Обмен информацией осуществляется по гальванически развязанным цепям с помощью интерфейса RS-485.

Конструкция прибора

Прибор ТРМ138 изготавливается в пластмассовом корпусе, предназначенном для утопленного монтажа (рис. 5) на вертикальной плоскости щита управления электрооборудованием. Соединение прибора с первичными преобразователями, источником питания и внешними устройствами обеспечивается четырьмя группами клеммных соединителей (под винт) расположенными на его задней стенке. Крепление прибора к щиту обеспечивается за счет двух фиксаторов, входящих в комплект поставки ТРМ138.

На лицевой панели прибора, внешний вид которой представлен на рис. 6, расположены цифровые и единичные светодиодные индикаторы, служащие для отображения текущей информации о параметрах и режимах работы ТРМ138. Кроме того, здесь же расположены шесть кнопок для управления прибором в различных режимах его работы.

Таблица 2

Номинальное напряжение питания

220В 50Гц

Допустимые отклонения напряжения питания от номинального значения

+10...-15%

Потребляемая мощность

не более 12 ВА

Количество канаов измерения

1...8

Время опроса одного канала

не более 0,6 с

Количество каналов управления

8

Количество выходных устройств

8

Напряжение источника питания активных датчиков

24...28 В постоянного тока (50 мА макс.)

Интерфейс связи с компьютером

RS-485

Степень защиты корпуса (со стороны лицевой панели)

IP54

Габаритные размеры прибора

96x96x140 мм

Масса прибора не более

1,5 кг

 

 

Рис. 5
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 6

Назначение индикаторов

Цифровой индикатор ЦИ-1 предназначен для отображения информации об измеренном или вычисленном значении параметра, поступающего в выбранный канал индикации.

Цифровой индикатор ЦИ-2 предназначен для отображения информации о заданном значении параметра (уставке) в выводимом на индикацию канале.

Цифровой индикатор ЦИ-3 предназначен для отображения информации о подключенном к данному каналу входном параметре.

Цифровой индикатор ЦИ-4 предназначен для отображения информации о подключенном к данному каналу выходном устройстве.

Светодиоды КАНАЛ 1.8 непрерывной засветкой сигнализируют о порядковом номере канала, параметры которого в данный момент выводятся на индикацию. Мигающая засветка соответствующего светодиода оповещает о возникновении аварийной ситуации в данном канале контроля.

Светодиод К1 отображает текущее состояние ключевого ВУ выводимого на индикацию канала контроля.

Светодиод СТОП сигнализирует о переводе индикации в статический режим работы.

Перспективы развития

Возможности микропроцессора, являющегося основным узлом прибора, далеко не исчерпаны и по мере развития программного обеспечения предусматривают дальнейшее расширение выполняемых прибором функций.

Разрабатываемая в настоящее время версия программного обеспечения предполагает использование логических устройств ТРМ138 не только для позиционного регулирования контролируемых параметров, но и для регулирования их по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону. При этом ПИД-регуляторы, обеспечивая высокую точность поддержания заданных параметров, смогут работать на объектах, оборудованных в качестве регулирующих органов нагревателями, холодильниками или устройствами смешанного типа. Эта же версия позволит реализовать задачу управления объектами, оснащенными запорнорегулирующими клапанами и задвижками.

При разработке программного обеспечения для ТРМ138 особое внимание уделяется возможности работы прибора в информационной сети, включающей несколько устройств и предусматривающей обмен информацией между ними. В этом случае выбранные пользователем входные параметры, измеренные одним (или несколькими) ТРМ, по интерфейсу RS-485 могут быть переданы другим приборам, и дальнейшая их работа будет осуществляться с учетом полученных данных.

Одновременно разрабатываются компьютерные программы, позволяющие производить конфигурирование функциональной схемы ТРМ138 непосредственно с компьютера, что особенно удобно в случае необходимости тиражирования одного и того же варианта прибора в нескольких экземплярах. Кроме того, такие программы предоставляют пользователю возможность заранее создать и хранить в компьютере целый альбом требуемых для работы вариантов конфигураций ТРМ138 и при необходимости оперативно заносить их в приборы.

Центральный микропроцессор прибора может быть многократно перепрограммирован, что даст возможность пользователю (при обращении к изготовителю) заменить в дальнейшем имеющуюся версию программного обеспечения на более совершенную.

Вячеслав Дворцов