«Технические средства автоматизации» : «Измеритель-регулятор ТРМ10» » Мы с АГНИ

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

4

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Назначение

Микропроцессорный программируемый измеритель-регулятор типа ТРМ10 совме­стно с входным датчиком (термопреобразователем или унифицированным источником сигнала) предназначен для контроля и управления различными технологическими произ­водственными процессами, где требуется повышенная точность поддержания значения измеряемого параметра.

Прибор ТРМ10 позволяет осуществлять следующие функции:

— измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) с помощью стандартных датчиков (см. модификации прибора);

— отображение текущего измерения на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;

— регулирование измеряемой величины по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону;

— автоматическое определение коэффициентов ПИД-регулятора (самонастройка);

— формирование сигнала управления на дополнительном выходе по двухпозиционному закону (реле «Авария»).

Функциональные параметры измерения и регулирования задаются пользователем и сохраняются при отключении питания в энергозависимой памяти прибора.

Прибор предназначен для использования в следующих условиях окружающей среды:

Температура воздуха, окружающего корпус прибора +5…+50 ⁰ С

Атмосферное давление 86…107кПа

Относительная влажность воздуха (при температуре +35 ⁰ С) 30…80%

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

5

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2.2 Технические характеристики и

условия эксплуатации

Таблица 1

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

6

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Примечания:

1 — В диапазоне -199…-100 ⁰ С разрешающая способность 1⁰ С

2 — В модификацияхTPM10X-X.10.XJPM10X-X.13.X установлен дополнительный гальванически развязанный источник 27В±20% постоянного тока для питания нормирующих преобразователей датчиков с унифицированным выходным сигналом. Максимальный допустимый ток 100 мА.

3 — Кроме модификаций приборов ТРМ10Х-Х.04.Х, ТРМ10Х-Х.17.Х.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

7

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2.3. Устройство и работа прибора

2.3.1. Функциональная схема

Функциональная схема прибора приведена на рис. 1. Прибор имеет вход для подключения первичных преобразователей (датчиков), блок обработки данных, состо­ящий из измерителя физических величин, цифрового фильтра, ПИД-регулятора и устройства сравнения, связанных с соответству­ющими выходными уст­ройствами.

Рис.1 Функциональная схема

Типы входов.

Приборы имеют пять модификаций входов -01,04,10,13,17, к которым могут подключаться:

• в модификации ТРМ10Х-Х.01 .Х- термопреобразователи сопротивления типов ТСМ и ТСП с R ₀ =50 Ом и R₀ =100 Ом, Pt100,a также TCM гр. 23 c R₀ =53 Ом

• в модификации ТРМ10Х-Х.04.Х- термопары типов TXK(L),TXA(K)

— в модификации ТРМ10Х-Х.17.Х- термопары типов ТПП(5),ТПП(В)

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

8

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

• в модификации ТРМ10Х-Х.10.Х- датчики, имеющие унифицированный выходной сигнал тока 0…20 мА, 4…20 мА или 0…5 мА
• в модификации ТРМЮХ-Х.13.Х- датчики, имеющие унифицированный выходной сигнал напряжения 0…1 В

Код типа датчика устанавливается пользователем при программировании.

2.3.1.1.Подключение термопреобразователей сопротивления

Работа таких датчиков основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчик физически выполнен в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя пара­метрами: R ₀ -сопротивление датчика при 0°С и W₁₀₀ — отношение сопротивления датчика при 100⁰ С к его сопротивлению при 0°С.

В приборах используется трехпроводная схема подключения термопреобразователей сопротивления, К одному из выводов терморезистора Rt подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt (рис. 2).

Такая схема поз скомпенсировать сопротивление соединительных проводов. При этом необходим соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпровод­ной линии, но при этом отсутствует компенсация сопро­тивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибо­ра от колебаний температуры проводов. Возможно использование двухпроводной линии.

Рис. 2. Трехпроводная схема подключения термопреобразователя сопротивления

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

9

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2.3.1.2. Подключение преобразователей термоэлектрических (термопар)

Термопара (термоэлектрический преобразователь) состоит из двух соединенных на одном из концов провод­ников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Соединенные концы, называемые рабочим спаем, опускают в измеряемую сре­ду, а свободные концы (холодный спай) термопары под­ключают ко входу ТРМ (рис.3).

Если температуры рабочего и холодного спаев различны, то термопара вырабаты­вает термоЭДС, которая и подается на измеритель.

Рис. 3. Подключение термопары к ТРМ

Поскольку термоЭДС зависит о т разности температура двух спаев термопары, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного» спая (ее свободных концов), чтобы скомпенсировать ее в дальнейших вычислениях.

В приборах модификаций ТРМ 10Х-Х.04.Х.ТРМЮХ-Х. 17.X предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. Датчиком температуры «холодного» спая служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.

Подключение термопар к прибору долж­но производиться с помощью специальных ком­пенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же самых материалов, что и термопара (см. рис. 4).

Допускается также использовать провода из металлов с термо­электрическим и характеристиками, которые в диапазоне температур 0…10СГС аналогичны ха­рактеристикам материалов электродов термо­пары. При соединении компенсационных про­водов с термопарой и прибором необходимо соблюдать полярность. При нарушении указан­ных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

10

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Рис. 4. Схема подключение термопары с помощью термоэлектродных проводов

2.3.1.3. Подключение датчиков, имеющих унифицированный выходной сигнал тока или напряжения.

Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующими изме­рительными преобразователями. Нормирующие преобразователи преобразуют сигна­лы с первичных преобразователей (термопар, тер­мометров сопротивления, манометров, расходо­меров и др.) в унифицированный сигнал постоян­ного тока. Величина этого тока лежит в следующих диапазонах: 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА. Диапазон выходного тока нормирующего преобразователя пропорционален значению физической величины, измеряемой датчиком, и соответствует рабочему диапазону датчика, указанному в его технических характеристиках. Для работы нормирующих преобразователей используется дополнительный внешний источник питания 27В постоянного тока. Такой источник (гальванически развязанный со схемой прибора) имеется в модификациях приборов ТРМ 10Х-Х.10.X, ТРМ 10Х-Х.13.Х. На рисунке 5 показаны схемы подключения датчиков с унифицированным выходным сигналом 4…20 мА к приборам по двухпроводной линии.

Рис. 5. Схема подключения датчиков к приборам по двухпроводной линии.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

11

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2.3.2. Измеритель.

Преобразование сигнала, полученного с датчика, в текущее цифровое значение измеряемой величины (температуры, давления, расхода и т.д.) производится в измери­теле.

Поскольку большинство датчиков температуры имеют нелинейную зави­симость выходного сигнала от температуры в измерителях заложены таблицы коррек­ции показаний для всех типов датчиков, которые могут быть подключены к прибору.

При работе с датчиками, формирующими на выходе унифицированный сигнал тока или напряжения, предусматривается произвольное масштабирование шка­лы измерения. Для этого в соответствующих функциональных параметрах устанавли­ваются нижняя и верхняя границы диапазона отображения, а также положение десятичной точки.

Нижняя граница определяет, какое значение будет выводиться на индикатор при минимальном уровне сигнала с датчика (например, 4 мА для датчика с выходным сигналом тока 4…20 мА).

Верхняя граница определяет, какое значение будет выводиться на индикатор при максимальном уровне сигнала с датчика (например, 20 мА для датчика с выходным сигналом тока 4…20мА или 1 В для датчика с выходным сигналом напряжения 0…1 В).

Параметр «положение десятичной точки» определяет количество знаков после запятой, с которым после масштабирования будет выводиться на индикатор полученный результат.

Вычисленные прибором значения могут быть откорректированы пользова­телем с целью устранения начальной погрешности преобразования входных датчиков. Эти погрешности выявляются после проведения метрологических испытаний и устра­няются путем ввода корректирующих значений.

В приборе заложен параметр, позволяющий осуществлять сдвиг измерительной характеристики прибора на заданную величину (рис. 6).

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

12

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

К каждому вычисленному значе­нию измеренной величины прибавляет­ся значение, заданное этим парамет­ром. Коррекция «сдвиг характеристики» используется для компенсации погреш­ностей, вносимых сопротивлениями под­водящих проводов (при подключении термопреобразователей сопротивления по двухпроводной схеме), а также при отклонении у термопреобразователя сопротивления значения R ₀ .

Примечание: для термопреобразова­телей сопротивления типа ТСП на коррекцию «сдвига» накладывается также коррекция нелинейности НСХ датчика, заложенная в программе обработки измерений.

Рис. 6. Схема сдвига характеристики прибора на заданную величину

2.3.3. Цифровая фильтрация измерений.

Для улучшения эксплуатационных качеств в блок обработки входных сигналов введен цифровой фильтр, позволяющий уменьшить влияние случайных помех на измерение контролируемых величин. Работа фильтра описывается параметром «глубина фильтра».

В этом параметре задается количество последних N измерений, из значений которых прибор вычисляет среднее арифметическое. Полученная величина поступает на входы ПИД-регулятора и устройства сравнения. При значении параметра равном 0 и 1 фильтр выключен. Действие параметра «глубина фильтра» показано на рис. 7. Уменьшение значения N приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообраз­ные изменения контро­лируемой величины, но снижает помехозащи­щенность измерительно­го тракта. Увеличение значения N приводит к улучшению помехозащи­щенности, но вместе с этим повышаетинерционность прибора.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

13

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Рис. 7. Принцип работы параметра глубина фильтра

2.3.4. Типы выходов.

В стандартном исполнении в ТРМ10 устанавливаются два выходных уст­ройства. Выходное устройство ПИД-регулятора может быть либо дискретного либо ана­логового типа. Выходом устройства сравнения (компаратора) является реле 8 А220 В.

Дискретный выход — электромагнитное реле, транзисторная оптопара, оптосимистор — ис­пользуется для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, либо через более мощные управляющие элементы, такие как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы.

Рис. 8. Схема включения транзисторной оптопары.

Транзисторная оптопара и оптосимистор имеют гальваническую развязку от схемы прибора.

Транзисторная оптопара при­меняется, как правило, для управления низковоль­тным реле (до50В).

Схема включения приведена на рис. 8. Во избежания выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке реле необходимо устанавливать диод VD1 (типа КД103,КД109,КД522 или аналогичный).

Рис. 9. Схема включения транзисторной оптомистора.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

14

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Оптосимистор имеет внутреннюю схему пе­рехода через ноль и включается в цепь управления мощного симистора через ограничивающий ре­зистор R1 по схеме на рис. 9. Величина резис­тора определяет ток управления симистора. Оп-тосимистор может также управлять парой встреч­но-параллельно включенных тиристоров (рис. 9).

Используемые диоды КД103.КД109, КД209 или аналогичные им. Для предотвращения про­ боя тиристоров из-за высоковольтных скачков напряжения в сети к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC цепочку (R2C1).

Рис. 9. Схема подключение к оптомистру тиристоров

В модификации ТРМЮХ-Х.Х.СЗ устанавливается одно выходное устройство, кото­рое представляет собой три симисторных оптопары и используется для управления трехфазными тиристорными блоками. В этой модификации выходное реле компаратора не устанавливается.

Аналоговый выход представляет собой формирователь токовой петли 4-20 мА на активной нагрузке 200…8000м (см. рис. 10) и, как правило, используется для управления электронными регу­ляторами мощности. Аналоговый выход имеет гальвани­ческую развязку от схемы прибора. Для работы аналогового выхода используется внешний источник питания 27В±10% постоянного тока.

ВНИМАНИЕ! Не допускается использовать для аналогового рис.17 выхода нагрузки сопротивлением менее 200 Ом.

Рис. 10. Схема формирования токовой петли на аналоговом входе.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

15

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

2.3.5. Работа ПИД-регулятора.

На выходе регулятора вырабатывается сигнал Y, действие которого направлено на уменьшение отклонения текущего значения контролируемой величины от заданного:

где

— полоса пропорциональности;

— отклонение;

— постоянная времени дифференцирования;

— разность между двумя соседними отклонениями Е;

— время между двумя соседними измерениями;

— постоянная времени интегрирования;

-накопленная сумма отклонений.

В зависимости от установленного в приборе выходного устройства выходной сигнал ПИД-регулятора может быть преобразован либо в ток 4…20 мА (модификации ТРМ10Х-Х.Х.И), либо в длительность релейных импульсов D относительно периода их следования (модификации ТРМ10Х-Х.Х.Р, ТРМ10Х-Х.Х.К,ТРМ10Х-Х,Х,С) по принципу широтно-импульсной модуляции:

• где D — длительность импульса;

Т _сл — период следования импульсов.

При установленном аналоговом выходе (ЦАП»параметр-ток4…20 мА» в модифи­кации ТРМЮХ-Х.Х.И) величина выходного тока пропорциональна выходному сигналу регулятора Y.

Тип выходного устройства необходимо указать в параметре «Тип выходного сигнала ПИД-регулятора». При этом следует иметь в виду, что, если задано

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

16

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

значение «0» (ШИМ для реле), то импульсы длительностью менее 0,2с на исполнительное устройство не выдаются.

При использовании бесконтактных ключей (тиристоры, твердотельные реле) в этом параметре нужно установить «1». В этом случае минимальная длительность импульса ограничивается лишь дискретностью вычислений и составляет 6 мс, что позволяет достичь большей чувствительности системы и повышенной точности регулирования. При использовании аналогового выхода в этом параметре нужно установить значение 2.

Тип исполнительного устройства ПИД-регулятора.

Для правильного формирования выходного сигнала ПИД-регулятора необходимо указать в соответствующем параметре тип подключенного к ТРМ10 исполнительного устройства: нагреватель или холодильник.

При этом нагревателем условно названо устройство, при включении которого увеличивается значение измеряемого параметра. Холодильником названо устройство, при включении которого уменьшается значение измеряемого параметра.

Зона нечувствительности.

Если величина отклонения по модулю меньше половины зоны нечувствительности Xd, тo величина отклонения Е считается равной нулю.

Ограничение уровня выходного сигнала.

Выходной управляющий сигнал Y _вых . может быть ограничен некоторой заданной величиной Y_огр . Если выходной сигнал регулятора Y превышает заданную величину, то на исполнительное устройство выдается сигнал, равный Y_огр .

Режимы работы устройства сравнения.

Устройство сравнения (УС) работает по одному из представленных на рис.9 типов логики:

• тип логики 1 (прямой гистерезис) применяется для сигнализации о том, что значение текущего измерения (Т _тек ) меньше уставки или для управления работой нагревателя (например, ТЭНа).

  При этом реле первоначально включается при значениях Т_тек <С1, выключается при Т_тек >С2 и вновь включается при Т_тек <С1.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

17

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

• тип логики 2 (обратный гистерезис) применяется для сигнализации о превыше­нии значения уставки или для управ­ления работой охладителя (напри­мер, вентилятора).

  При этом выход­ное реле первоначально включается при значениях Т _тек >С2, выключается при Т_тек <С1.

• тип логики 3 (П-образная) при­меняется для сигнализации о входе контролируемой величины в задан­ные границы. При этом выходное устройство включается при С1<Т _тек <С2.

• тип логики 4(U-образная) при­меняется для сигнализации о выходе контролируемой величины заданные границы. При этом выходное ус­тройство включается при Т _тек <С1 и Т_тек >С2.

Задание обоих уставок С1 иС2 проводится при установке парамет­ров регулирования прибора.

Рис. 11. Принципы работы устройства сравнения

2.4.Устройство прибора

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначен­ном для щитового или настенного крепления.

Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды на задней силовая и измерительная части, а также присоединительный клеммник.

Для установки прибора в щит в комплекте прилагаются крепежные элементы.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

1 8

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата

Клеммник для подсоединения внешних связей (датчиков, выходных цепей и питания) у приборов щитового крепления находится на задней стенке. В приборах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой. В отверстиях подвода внешних связей установлены резиновые уплотнители.

На рис. 18а приведен внешний вид лицевой панели прибора ТРМ10 для корпусов настенного и щитового (Щ1) крепления, а на рис. 186-щитового Щ2.

На лицевой панели расположены элементы управления и индикации.

Четырехразрядный цифровой индикатор предназначен для отображения значений измеряемых величин и функциональных параметров прибора.

Восемь светодиодов красного свечения сигнализируют о различных режимах работы:

— светодиоды «К1″и»К2» сигнализируют о включении выходных устройств ПИД-регулятора и компаратора соответственно;

— светодиоды «Т», «», «», «х _р «,»С1», «С2» засвечиваются в режиме «УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ» и сигнализируют о том, какой пара­метр выбран для установки.

Кнопка предназначена для входа в режим просмотра и установки рабочих параметров, а также для записи новых установленных значений в энергонезависимую память прибора.

Кнопка предназначена:

— при установке параметров для изменения значе­ния параметра.

Кнопка предназначена:

— при установке параметров для выбора изменя­емого разряда.

Измеритель-регулятор ТРМ-10

Лист

19

Изм

Лист

№ Докум.

Подп.

Дата