Основные сведения о приборе ТРМ 10

Изучение микропроцессорного измерителя-регулятора ТРМ 10

Лабораторная работа №4

Цель работы: изучение структуры и возможностей прибора ТРМ 10, алгоритмов обработки входных сигналов, схем подключения входных и выходных устройств, освоение приемов настройки параметров регулятора.

1.1. Назначение

Микропроцессорный программируемый измеритель-регулятор ТРМ10 предназначен для построения систем контроля и автоматической стабилизации различных физических величин (температуры, расхода уровня и др.).

Прибор позволяет осуществлять следующие функции:

- измерение температуры и других физических величин с помощью стандартных датчиков (типы используемых датчиков приведены ниже);

- отображение измереного значения на светодиодном цифровом индикаторе;

- корректировку и цифровую фильтрацию результатов измерения;

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

- автоматическую или ручную настройку параметров ПИД-регулятора;

- формирование дополнительного сигнала управления на выходе компаратора по двухпозиционному закону.

Параметры работы прибора задаются пользователем и сохраняются в энергонезависимой памяти прибора при отключении питания.

1.2. Модификации прибора

Прибор ТРМ 10 выпускается различных модификаций, отличающихся диапазоном напряжения питания, конструктивным исполнением, типом входного датчика и выходного устройства. Данные о возможных модификациях и соответствующие шифры сведены в таблицу №1.

Таблица №1

Диапазон напряжения питания	Код в модификации прибора
178…242 В переменного тока частотой 50 Гц	А
90…245 переменного тока или 110…370 постоянного тока	Б
Конструктивное исполнение	Н Щ-1
Корпус 130×105×65 мм настенного крепления
Корпус 96×96×70 мм щитового крепления
Корпус 96×48×100 мм щитового крепления	Щ-2
Корпус 88×72×54 мм для крепления на DIN-рейку	Д
Тип входного датчика или сигнала	ТС
Термопреобразователь сопротивления (любой модификации)
Термопара «платина/платина-родий»	ТПП
Термопара «хромель/копель» или «хромель/алюмель»	ТП 1
Термопара «никросил/нисил» или «железо/константант»	ТП 2
Унифицированный сигнал постоянного тока 0…20 мА, или 4…20 мА, или 0…5 мА	АТ
Унифицированный сигнал постоянного напряжения 0…1 В	АН
Тип встроенного выходного устройства	Р
Электромагнитное реле
Транзисторная оптопара n-р-n типа	К
Симисторная оптопара	С
Цифро-аналоговый преобразователь с выходным токовым синалом 4…20 мА	И
Три симисторные оптопары для управления трехфазной нагрузкой	СЗ

Например, код модификации ТРМ 10 А-Щ1.ТС.С3 расшифровывается так: диапазон напряжения питания 187…242 В переменного тока, корпус 96×96×70 мм щитового крепления, тип входного датчика-термопреобразователь сопротивления, выходное устройство – три симисторных оптпары.

1.3. Устройство и работа прибора

Структурная схема прибора представлена на рисунке 1.

Рис. 1.

Входной модуль из измерительной схемы и аналого-цифрового преобразователя. Цифровой фильтр предназначен для фильтрации помех и случайных кратковременных отклонений регулируемой физической величины от заданного значения. В ПИД-регуляторе происходит сравнение текущего значения регулируемой величины с ёе заданным значением и формирование управляющего воздействия по ПИД-закону. Если выходное устройство регулятора дискретного типа, то производится широтно-импульсная модуляция управляющего воздействия. Устройство сравнения сравнивает текущее значение регулируемой величины с верхней и нижней уставками, и в соответствии с запрограммированной логикой выдает сигнал на электромагнитное реле, контакты которого могут использоваться как для сигнализации, так и для регулирования измеряемой физической величины по двухпозиционному закону. Цифровой индикатор предназначен для отображения текущего значения регулируемой величины, а также для отображения значений программируемых параметров.

1.3.1. Ко входу прибора каждой модификации могут быть подключены датчики разных типов. Код типа датчика необходимо установить при программировании согласно таблице №2. Процедура установки кода описана ниже в разделе «Программирование».

Таблица №2.

Тип входа	Датчик
Тип	Код
ТС	ТСМ 100М W100 = 1,426 ТСМ 50М W100 = 1,426 ТСП 100П W100 = 1,385 ТСП 100П W100 = 1,391 ТСП 50П W100 = 1,385 ТСП 50П W100 = 1,391 ТСМ 50М W100 = 1,428 ТСМ 100М W100 = 1,428 ТСМ гр. 23
ТП1	ТХК(L) TXA(K)
ТП 2	THH(N) TЖK(J)
ТПП	ТПП(S) ТПП(R)
AT	Униф. ток 4…20мА Униф. ток 0…20мА Униф. ток 0…5мА
АН	Униф. напряж. 0…1В

Термопреобразователь сопротивления необходимо подключать тремя медными проводниками одинаковой длины и одного сечения (рис.2).

Третий провод служит для устранения погрешности, вызванной температурными изменениями сопротивления проводников, соединяющих термопреобразователь с измерительной схемой.

Подключение термопары представлено на рис.3

В месте подключения «холодного спая» термопары имеется полупроводниковый датчик температуры, включенный в измерительную схему и компенсирующий погрешность, возникающую при измерении температуры «холодного спая».

В приборах, на вход которых подключаются датчики с нормирующими преобразователями физических величин в сигнал тока или напряжения, для работы нормирующих преобразователей имеется гальванически изолированный от схемы прибора источник питания. Нагрузкой преобразователей является прецизионный резистор с сопротивлением 100 Ом ± 0.5%. Схема подключения датчика представлена на рис. 4, датчика напряжения – на рис. 5.

Сигнал, полученный с датчика, преобразуется в цифровое значение измеряемой величины. При работе с термопреобразователями сопротивления и термопарами на цифровом индикаторе отображается значение измеряемой температуры, для этого достаточно установить в программе код используемого датчика.

При работе с датчиками, формирующими унифицированный сигнал тока или напряжения, можно произвольно задавать шкалу измерения. Для этого при программировании прибора устанавливаются следующие параметры работы прибора: «нижняя» и «верхняя границы шкалы измерения» и «положение десятичной точки». Параметр «нижняя граница шкалы измерения» определяет, какое значение измеряемой величины соответствует минимальному значению унифицированного сигнала. «Положение десятичной точки» определяет количество знаков после запятой, которое будет выводиться на индикатор.

В приборе предусмотрена коррекция измеренной величины, заключающаяся в ее увеличении или уменьшении на постоянное значение, устанавливаемое параметром «сдвига характеристики». Такая коррекция может понадобиться, например при отклонении сопротивления термопреобразователя от стандартного значения.

1.3.2. Цифровой фильтр вычисляет среднее арифметическое N последних измерений. полученная величина поступает на входы ПИД-регулятора и компаратора. Число N задается параметром «глубина цифрового фильтра». Вид переходных характеристик для разных N показан на рис. 6.

Рис. 6.

При значении N равном 0 и 1 фильтр выключен. Уменьшение значения N приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразное изменение контролируемой величины, но снижает помехозащищенность. Увеличение N приводит к улучшению к помехозащищенности, но при этом повышает инерционность прибора.

1.3.3. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал Y (выходная мощность), действие которого направлено на уменьшение рассогласования E между заданным и текущим значениями контролируемой величины. Для n-ного шага с момента включения регулятора шага измерения

,

где X_p – полоса пропорциональности,

E_n – рассогласование на n-ном шаге измерения,

Τ_д – постоянная времяни дифференцирования,

,

Δt = 1.5 с – время между соседними измерениями контролируемой величины,

τ_u – постоянная времени интегрирования.

Параметры X_p, τ_д и τ_u устанавливаются пользователем в режиме «программирование». Для регулятора задаются также параметры «тип исполнительного устройства», «зона нечувствительности» и «ограничение максимальной мощности».

Исполнительные устройства подразделяются на два типа условно называемые «нагревателем» и «холодильником». «нагревателем» называют устройство, включение которого увеличивает значение регулируемой величины. «холодильником» называют устройство, включение которого уменьшает значение регулируемой величины.

Зона нечувствительности устанавливается в единицах регулируемой физической величины. В пределах этой зоны рассогласование E регулятором не воспринимается, т. е. при таких E выходной сигнал Y остается без изменения. Зона нечувствительности повышает устойчивость системы, исключает излишние срабатывания исполнительного устройства при допустимых отклонениях регулируемой величины от заданного значения.

При необходимости выходной управляющий сигнал Y_вых может быть ограничен некоторой заданной величиной Y_ог.р (в % от максимальной мощности), если выходной сигнал регулятора Y>Y_огр, то на исполнительное устройство выдается сигнал Y_вых = Y_огр.

В приборах с выходным устройством дискретного типа выходнрй сигнал регулятора преобразуется в импульсный с широтно-импульсной модуляцией.

1.3.4. Устройство сравнения

Для работы устройства сравнения задаются уставки С₁ и С₂. задаётся также один из четырех типов логики, по которому работает устройство.

Типы логики 1 (прямой гистерезис). Реле на выходе 2 включается, когда значение контролируемой величины меньше С₁ и выключается, когда значение контролируемого параметра больше С₂ (рис. 7).

Рис. 7.

Этот тип логики может быть использован для управления исполнительным устройством типа «нагреватель» с красной точкой. Тип логики 2 (обратный гистерезис). Реле на входе 2 включается при достижении регулируемой величиной значения С₂ и выключается при снижении ниже С₁. этот вид логики может быть использован для двухпозиционного управления исполнительным устройством типа «холодильник».

Тип логики 3 (П-образная) применяется для сигнализации о входе контролируемой величины в заданные пределы между С₁ и С₂.

Тип логики 4 (U-образная) применяется для сигнализации о выходе контролируемой величины за пределы заданных значений между С₁ и С₂.

1.3.5. Выходные устройства

Во всех модификациях прибора ТРМ 10 кроме модификации с выходным устройством С₃ установлены два выходных устройства: для ПИД-регулятора и компаратора. Выходное устройство ПИД-регулятора может быть либо дискретного, либо аналогового типа. Выходным устройством компаратора всегда является электромагнитное реле, контакты которого рассчитаны на коммутацию тока до 8 А при напряжении 220 В. В модификации ТРМ 10 Х-Х.Х.С₃ установлено одно выходное устройство, представляющее собой три симисторные оптопары, и используется для управления трехфазными тиристорными блоками. В этой модификации выходное реле компаратора не устанавливается.

1.3.5.1. Выходное устройство дискретного типа (электромагнитное реле, транзисторная или симисторная оптопара) используется для включения-выключения нагрузки либо непосредственно, либо через более мощные управляющие устройства, такие как пускатели, тиристоры или симисторы. Симисторную оптопару, как правило, для непосредственного управления нагрузкой не используют. Схемы подключения внешних коммутирующих устройств к выходным устройствам регулятора представленных на рисунке 8.

а) б) в)

Рис. 8.

Транзисторная оптопра (рис. 8 а) применяется, как правило, для управления низковольтными реле (до 50 В). Параллельно катушке реле необходимо устанавливать диод на напряжение не менее 100 В и ток 1 А. Диод предотвращает пробой транзистора оптопары Э.Д.С. самоиндукции катушки реле.

Оптосимистр может управлять мощным симистором (Рис. 8 б) или двумя тиристорами (Рис.8 в). Резистор R1 установлен для ограничения тока управления. Параллельно симистору и тиристорам рекомендуется включать RC-цепочку для фильтрации возможных высоковольтных скачков напряжения в питающей сети.

1.3.5.2. Выходное устройство аналогового типа – это цифро-аналоговый преобразователь с точностью до 10 разрядов, который формирует токовый сигнал 4…20 мА на активной нагрузке 0…1000 Ом и, как правило, используется для управления электронными регуляторами мощности (тиристорными регуляторами напряжения, частотными тиристорными преобразователями и т. п.). Аналоговый выход имеет гальваническую развязку от схемы прибора. Для работы аналогового выхода требуется внешний источник питания. Напряжение источника питания рассчитывается в зависимости от сопротивления нагрузки

В, В

Рис. 9.

Напряжение источника питания должно находиться в пределах между U_min и U_max. Схема подключения нагрузки и источника питания к аналоговому выходу прибора представлена на рис. 9.

1.4. Режимы настройки

Прибор ТРМ-10 может работать в одном из четырех режимов:

- автонастройка,

- программирование,

- работа,

- юстировка.

При включении прибор автоматически входит в режим «работа». Если ранее не были установлены рабочие параметры прибора, то необходимо их установить в режимах «автонастройка» и «программирование».

1.4.1. Автонастройка

Режим «автонастройка» предназначен для автоматической установки параметров ПИД-регулятора: Х_р, τ_u и τ_g при работе конкретной системы автоматического регулирования.

Для вхождения в данный режим необходимо нажать кнопку и удерживать ее в таком состоянии до появления на индикаторе горизонтальных прочерков. Затем кнопками и установить код 8206 и снова нажать кнопку .

В этом режиме регулятор выдает непрерывный максимальный выходной сигнал, светодиоды «τ_u», «τ_д» и «Х_р» начинают мигать. По части выходной разгонной характеристики вычислительное устройство микропроцессора определяет необходимые параметры ПИД-регулятора, эти параметры устанавливаются в энергонезависимой памяти прибора. По окончании автонастройки, когда мигающие светодиоды загораются непрерывным светом, нажатием кнопки прибор следует перевести в режим «программирование», в котором можно проверить и при необходимости скорректировать параметры ПИД-регулятора (если они ранее были получены расчетным путем).

1.4.2. Программирование

как указанную выше, в режиме «програмирование» прибор переводят нажатием кнопки . В этом режиме прибор не осуществляет регулирование, выдавая выходной сигнал, полученный в момент входа в режим, устройство сравнения переводится в положение «отключено». Если в режиме «програмирование» пользователь в течение 20 с не выполняет никаких действий, то прибор автоматически возвращается в состояние «работа».

Первоначально, в режиме «программирование» загорается светодиод «Т», на цифровом индикаторе отображается установленное значение температуры. Если его необходимо изменить, то это делают кнопками (изменение цифры в мигающем разряде) и (перемещение разряда). После установки заданного значения температуры необходимо нажать кнопку , при этом загорается светодиод «τ_u», на цифровом индикаторе отображается значение τ_u, при необходимости значение этого параметра изменяют аналогично изменению Т. аналогичным образом устанавливают параметры τ_д, Х_р, С₁ и С₂. порядок установки перечисленных параметров и соответствующая индикация светодиодами изображена на рисунке 10 (рис. 19 стр. 46).

Рис. 10.

Для установки параметров прибора «параметр секретности», «код типа датчика», «сдвиг характеристики», «период следования импульсов» и «тип логики устройств сравнения» необходимо действовать по схеме, изображенной на рисунке 11. после появления на индикаторе горизонтальных прочерков необходимо набрать код 0107.

Рис. 11.

Коды названых параметров и их значения приведены в таблице №2.

Таблица №2

№п/п	Параметры	Засвеченные светодиоды	Код или предел возможных значений на цифровом индикаторе
1.	Тип датчика ТСМ 100 MW100 = 1,426	«Т», «С1», «С2»
ТСМ 50 MW100 = 1,426
ТСП 100 ПW100 = 1,385
ТСП 100ПW100 = 1,391
ТСП 50 ПW100 = 1,385
ТСП 50 ПW100 1,391
ТСМ 50 МW100 = 1,428
ТСМ 100 МW100 = 1,428
ТСМ гр. 23

Таблица 2 (продолжение)

	TXK (L)
TXA (K)
TOK 4…20 mA
TOK 0…20 mA
TOK 0…5 mA
Напряжение 0…1 В
ТПП (S) ТПП (R)	«Т», «С1» и «С2»
ТНН (N) ТЖК (J)
	Параметры секретности - запрещено изменять все параметры	«Т», «С1» и «С2»
- разрешено изменять только Т,С1 и С2
- разрешено изменять только Т
- Разрешено изменять все параметры
	Сдвиг характеристики	«τu», «С1», «С2»	-99.9…999.9
	Тип логики устройства сравнения	«τд», «С1», «С2»
-включено
-прямой гистерезис
-обратный гистерезис
-П-образная
-U-образная
	Период следования импульсов Тсл,с	«τд», «С1», «С2»	0…99

Остальные параметры устанавливаются по коду 0108. Порядок установки представлен на рис. 12, коды и их значение – в таблице №3

1.5. Режим работы.

В режим «работа» прибор входит автоматически при включении питания. В данном режиме происходит опрос датчика и отображение значения измеренной величины на цифровом индикаторе. В данном режиме прибор выдает сигнал управления на исполнительный механизм с выхода 1 и сигнал с выхода 2 в соответствии с логикой, запрограммированной для устройства сравнения.

В процессе работы прибор непрерывно контролирует исправность входного датчика и в случае возникновения аварийной ситуации на входе прибор сигнализирует об этом выходом на цифровой индикатор сообщения. Выходные устройства при неисправности входного датчика отключаются. При коротком замыкании термопары на индикаторе отображается температура «холодного спая», равная температуре окружающего воздуха. При обрыве или замыкании в цепи датчика с унифицированным сигналом тока или напряжения на индикаторе отображается нижний предел измерения. При других неисправностях (обрыв или короткое замыкание термосопротивления, обрыв термопары) на индикаторе появляются горизонтальные прочерки. После устранения неисправности работа прибора автоматически восстанавливается.

Рис. 12.

Таблица №3

№ п/п	Параметры	Засвеченные светодиоды	Допустимые значения	Заводская установка
1.	Зона нечувствительности Xd	«Т» и «С2»	0…999.9	0.0
2.	Ограничение максимальной выходной мощности Yогр	«τи» и «С2»	0…100
3.	Тип исполнительного устройства	«τд» и «С2»	0 – нагреватель 1 – охладитель

Таблица 3 (продолжение)

4.	Тип выходного устройства	«τд» и «С2»	0 – импульсный (для реле) 1 –импульсный (для тиристора) 2 – аналоговый (для ЦАП)
5.	Глубина цифрового фильтра	0…10 (при 0 и 1 фильтр выключен)
6.	Положение десятичной точки (только в модификациях АТ и АН)	«С2»	0,1,2,3
7.	Коррекция выходного сигнала ЦАП	«С2»	0…999
8.	Нижняя граница шкалы измерения (только в модификациях АТ и АН)	«Хр» и«С2»	-999…9999	000.0
9.	Верхняя граница шкалы измерения (только в модификациях АТ и АН)	«С1» и «С2»	-999…9999	000.0

За работой выходных устройств оператор может следить по светодиодам «К1» и «К2», расположенным на передней панели прибора. Засветка диода сигнализирует о переходе соответствующего выходного устройства в состояние «включено».

Дата добавления: 2015-04-29