Архив / 2003 / №1(21) / Новости компании овен

Сложные промышленные условия — среда работы МПР51 Щ4

В настоящее время ОВЕН приступил к выпуску модернизированного регулятора температуры и влажности МПР51 Щ4. Этот контроллер выгодно отличается от своего предшественника МПР51 эксплуатационны ми характеристиками, помехоустойчивос тью и надежностью. Он предназначен для поддержания определённых температуры и влажности в каждый момент времени при производстве мясных и колбасных изделий, рыбопереработке, в хлебопекарной и дере вообрабатывающей промышленности, тер мокамерах и т.п.

Производственное объединение ОВЕН приступило к выпуску модернизи рованного прибора МПР51 Щ4. Этот программируемый по времени контроллер предназначен для управления темпе ратурой и влажностью в различных техно логических процессах. МПР51 прекрасно зарекомендовал себя:

— при производстве мясных и колбас ных изделий;
— в хлебопекарной промышленности;
— в рыбопереработке;
— при сушке леса и макаронных изделий;
— при изготовлении железобетонных конструкций;
— в термо и климатокамерах;
— в инкубаторах;
— в других технологических процессах, требующих многоступенчатого управления температурой и влажностью.

Управление исполнительными меха низмами методом ПИД регулирования (регулирование по пропорционально ин тегрально дифференциальному закону) позволяет с большой точностью поддер живать заданные параметры.

Прибор по своим основным парамет рам полностью соответствует своему предшественнику МПР51 Щ, выгодно отличаясь от него повышенной надежно стью и помехоустойчивостью при работе в сложных промышленных условиях. По вышенные эксплуатационные характери стики нового прибора обеспечиваются как применением современной элемент ной базы и новых схемотехнических решений, так и усовершенствова нием программы для управляющего микропроцессора.

Кроме повышенной надежно сти и помехоустойчивости изменения заключаются в следующем:

— импульсный источник питания обеспечивает нормальную работоспособность прибора в промышленных условиях;
— корпус Щ4 обеспечивает более удобное под ключение внеш них цепей и уменьшение габа ритов шкафа управления;
— оптическая развязка транзис торных ключей, повышает надеж ность контроллера;
— цифровая фильтрация измеренных и вычисленных параметров уменьшает действие единичных помех на процесс регулирования;
— усовершенствованный алгоритм ПИД регулирования, позволяет более ка чественно реализовать управление объектом;
— исключено кратковременное сраба тывание реле при включении питания.

Функциональная схема прибора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема прибора
Рис. 1. Функциональная схема прибора

Измерительный блок

В МПР51 имеются три входа для под ключения датчиков температуры и два входа для подключения датчиков положе ния задвижки. Сигналы датчиков положения не участвуют в процессе управления задвижкой, а служат только для контроля за её положением.

В системах управления с использованием МПР51 влажность воздуха из меряется психрометрическим методом (по разнице температур «сухого» (Тсух) и «влажного» (Твлаж) термометров).

В блоке обработки входных величин прибора помимо влажности вычисляется разница температур Т=Тсухпрод. Эта ве личина необходима, как правило, при производстве колбасных изделий для уп равления режимом так называемой «дель та варки».

В новой модификации прибора МПР51 Щ4 реализована цифровая филь трация, позволяющая уменьшить влия ние случайных помех на измеренные зна чения температуры и вычисленные значе ния влажности. Работа фильтра описыва ется параметром «постоянная времени фильтра». Принцип цифровой фильтра ции показан на рис. 2.

Для корректировки измерительной характеристики в блоке обработки вход ных величин может быть осуществлена коррекция сдвига и наклона характери стики.

Блок обработки данных

Блок обработки данных включает в себя два ПИД регулятора, четыре компара тора (двухпозиционное управление) и за датчик программ управления. В зависи мости от решаемой задачи пользователь выбирает: какое из устройств управления управляет нагрузкой.

Рис. 2. Принцип действия фильтра 1 — измеренное значение параметра; 2 — значение параметра после фильтра; d — постоянная времени фильтра; A — очередное измеренное значение параметра
Рис. 2. Принцип действия фильтра 1 — измеренное значение параметра; 2 — значение параметра после фильтра; d — постоянная времени фильтра; A — очередное измеренное значение параметра

На вход любого из ПИД регуляторов (или компараторов) можно подать любую из пяти вычисленных и измеренных вход ных величин (программируя определен ный параметр). Дискретность задания ус тавки регулятора составляет 0,1 градуса или 0,1%.

За первым регулятором закреплено выходное реле Р2 (и реле Р1 при трёхпо зиционном регулировании, например за движкой или системой, состоящей из на гревателя и охладителя). За вторым регу лятором закреплено выходное реле Р4 (и реле Р3 при трёхпозиционном регулиро вании). ПИД регулирование осуществля ется методом широтно импульсной моду ляции, т.е. управление происходит за счет изменения соотношения времени вклю ченного и отключенного состояния реле. Период следования управляющих им пульсов программируется (1…120 секунд). Регулятор может управлять ТЭНами, ох ладителями, клапанами, задвижками, системами «нагреватель холодильник». ПИД регулятор может быть запрограм мирован и на двухпозиционное (компара торное) управление. Для увеличения сро ка службы клапанов и задвижек програм мируют зону нечувствительности.

У компарато ров нет закрепле ния: выход любого компаратора мож но запрограмми ровать для управ ления любым вы ходным реле; но выходное реле бу дет управляться к о м п а р а т о р о м только тогда, когда оно не занято регу лятором. Дискрет ность задания ус тавки компаратора составляет 1 градус или 1%.

Таблица. Технические характеристики прибора

Наименование параметра

Значение

Номинальное напряжение питания при постоянном токе

210…300 В

Номинальное напряжение питания при переменном токе частотой 50…60 Гц

150…242 В

Потребляемая мощность

Не более 6 ВА

Тип входных термопреобразователей

ТСМ, ТСП

Диапазон измерения параметра
при использовании на входе прибора
(в скобках указана разрешающая
способность)

— датчика ТСМ
— датчика ТСП
— датчика положения задвижки





50…+200 °С (0,1 °С)
80…+650 °С (0,1 °С)
0…100 % (1 %)

Предельно допустимая основная приведенная погрешность измерения входного параметра

0,5 %

Максимально допустимые ток и напряжение нагрузки устройств управления

— электромагнитного реле
— транзисторного ключа


1 А, 220 В
200 мА, 50 В

Интерфейс связи с ЭВМ (через адаптер АС2)

RS-232

Габаритные размеры прибора

96

Ч96Ч145

Степень защиты

IP20

Задатчик программ управления пред назначен для формирования программы управления объектом во времени. Про грамма может состоять из нескольких ша гов, т.е. отрезков времени, отличающихся друг от друга уставками для температуры и влажности, скоростью выхода на уставку соответствующей величины, режимом уп равления дополнительными механизма ми. Ход выполнения одной из программ показан на рис. 3.

Рис. 3. Термическая программа обработки мясопродуктов
Рис. 3. Термическая программа обработки мясопродуктов

На каждом шаге программы могут быть заданы:

— уставки температуры и влажности
— условия перехода к следующему шагу (при достижении определенного значения регулируемой величины, по времени или сочетание того и другого);
— скорость выхода на уставку;
— длительность шага.

Следует учесть, что понятие шага при менимо только для регулятора, уставки компараторов во время выполнения про граммы не изменяются.

В МПР51 можно запрограммировать несколько программ, например для обра ботки различных продуктов (сорт колба сы или макарон, тип древесины и т.п.), которые в последствии оператор может вызвать из памяти и запустить процесс управления с новыми параметрами.

Память прибора может быть распреде лена следующим образом: 60 программ по 7 шагов; 5 программ по 99 шагов. Возмож ны 6 промежуточных вариантов, напри мер 15 программ по 34 шага.

В приборе предусмотрена система сиг нализации, которая срабатывает:

— при обрыве или коротком замыка нии датчика;
— при выходе любого из регулируемых параметров за заданные пределы;
— по окончании выполнения про граммы.

Рис. 4. Габаритный чертеж корпуса
Рис. 4. Габаритный чертеж корпуса

Пользователь может запрограммиро вать поведение контроллера при нештат ном отключении питания и последующем его включении.

Выходные устройства

В прибор, для управления исполни тельными механизмами, встроены пять электромагнитных реле с нормально ра зомкнутыми контактами. Коммутацион ная способность реле — 220 В, 8 А, коли чество срабатываний — 105, для увеличе ния срока службы реле коммутируемый ток не должен превышать 1 А.

Для управления дополнительными механизмами (вентиляторами, задвижка ми и т.п.) в прибор встроены 8 n-p-n транзисторов с гальванической развязкой, обеспечивающие коммутациюцепей на 200 мА, 30 В. Транзисторы в течение всего времени выполнения данного шага про граммы могут быть открыты, закрыты, работать в импульсном режиме.

Интерфейс RS 232

В приборе предусмотрена возмож ность регистрации на ЭВМ четырех па раметров: трех измеряемых значений температур (Tсух, Tвлаж, Тпрод) и влажно сти. Подключение осуществляется через адаптер сети АС2. Пользователь может применить SCADA систему Owen Process Manager для сохранения параметров в ар хиве.

Все параметры программирования разделены на несколько уровней. Вход в каждый уровень может быть защищен па ролем для предотвращения несанкциони рованного перепрограммирования при бора.

Конструкция

Прибор выполнен в пластмассовом корпусе щитового крепления. Габаритныйчертеж корпуса представлен на рис. 4. Для под ключения внеш них цепей (пита ния, датчиков, исполнительных ме ханизмов) на зад ней панели кор пуса расположены клеммные соеди нители (под винт). Внешний вид лицевой пане ли прибора пока зан на рис. 5.

Рис. 5. Внешний вид лицевой панели прибора
Рис. 5. Внешний вид лицевой панели прибора

На лицевой панели прибора расположены че тыре светодиод ных индикатора. Индикатор «ЧАСЫ МИНУТЫ» в режимах «ОСТАНОВ» и «РАБОТА» указывает время от начала программы, в режиме «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» — имя пара метра.

Цифровой индикатор «ПАРАМЕТР» отображает значения температуры по трем каналам измерения (Tсух, Tвлаж, Тпрод) и положение задвижки по двум ка налам (КЗР1 и КЗР2). В режиме «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» на этот индикатор выводится значение задаваемого или про сматриваемого параметра. Цифровой индикатор «ШАГ» в режи мах «ОСТАНОВ» и «РАБОТА» указывает номер шага.

На цифровом индикаторе «ВЛАЖНОСТЬ,%» может отображаться как влажность, так и номер программы (ре жим индикации программируется пользо вателем). В правой части лицевой панели прибора располагаются светодиоды.

Светодиод «АВАРИЯ» загорается при выходе значения входного параметра за пределы его допустимых значений, а так же после окончания программы.

Светодиод «СТОП» горит, когда при бор находится в режиме «ОСТАНОВ».

Пять зеленых светодиодов указывают канал, показания которого выведены на цифровой индикатор «ПАРАМЕТР».

Для программирования и управления прибором в различных режимах на лице вой панели контроллера расположены че тыре кнопки.

Кнопка «вверх» в режиме «ОСТАНОВ» и «РАБОТА» перебирает показания входных величин (Tсух, Tвлаж, Тпрод, КЗР1 и КЗР2) на индикаторе «ПАРАМЕТР». В режиме «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» слу жит для перебора параметров программи рования при просмотре и увеличения за даваемого параметра.

Рис. 6. Функциональная схема системы
Рис. 6. Функциональная схема системы

Кнопка «ПРОГ» предназначена для входа в режим «ПРОГРАММИРОВАНИЕ», перехода в нем в различные уров ни из основного меню, а также для записи в память выбранного значения програм мируемого параметра.

Кнопка «СБРОС/вниз» в режиме «ОСТАНОВ» служит для перехода в на чало первого шага программы и сброса сигнала «АВАРИЯ». В режиме «ПРО ГРАММИРОВАНИЕ» для уменьшения значения программируемого пара метра.

Кнопка «ПУСК/СТОП» переводит прибор из режима «ОСТАНОВ» в режим «РАБОТА» и обратно.

Пример применения МПР51

На рисунках 3 и 6 приведен пример управления температурно влажностным режимом при термической обработке мя сопродуктов в термокамере. На рисунке 6 представлена функциональная схема системы. Два графика на рисунке 3 отобра жают изменение температуры и влажности в камере в процессе термической обработки мясопродуктов, которым управляет МПР51.

Нагрев камеры осуществляется при помощи электронагревателя. Значение температуры сухого термометра поступает на первый регулятор, который при помо щи реле 2 поддерживает заданную темпе ратуру. Кроме того, первый компаратор по этому же сигналу при помощи реле 1 сигнализирует о недогреве камеры.

Влажность в камере регулируется при помощи клапана, изменяющего расход влажного пара. Второй регулятор форми рует управляющие импульсы на третьем и четвертом реле, сигналы с которых в свою очередь приоткрывают или призакрывают клапан. Пятое реле, формирует сигнал об аварийной ситуации.

Транзисторные ключи используют ся для управления дополнительными устройствами (дымогенератором, вен тилятором).

Андрей Пугачев