Измеритель пид-регулятор для управления задвижками и трехходовыми клапанами с автоматической настройкой и интерфейсом RS-485 ОВЕН ТРМ212
Руководство по эксплуатации
Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, принципом действия, конструкцией, порядком эксплуатации и обслуживания измерителя-регулятора микропроцессорного ТРМ212 (в дальнейшем по тексту именуемого «ТРМ212» или «прибор» или «прибор ТРМ212»).
Ряд текстовых приложений (приложения Е, Ж, И) к настоящему Руководству вынесены в отдельный документ («Руководство по эксплуатации. Приложения»).
Настоящее Руководство по эксплуатации распространяется на приборы всех модификаций, изготовленных согласно ТУ 4211-011-46526536-2004.
Приборы имеют сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.32.010.А № 24972 и сертификат соответствия № 03.009.0194.
Приборы ТРМ212 могут выпускаться в различных модификациях, отличающихся друг от друга конструктивным исполнением и типом встроенных выходных устройств.
Модификации прибора соответствует следующее условное обозначение:
Н — корпус настенного крепления с размерами 130х105х65 мм и степенью защиты корпуса IP44;
Щ1 — корпус щитового крепления с размерами 96х96х70 мм и степенью защиты со стороны передней панели IP54;
Щ2 — корпус щитового крепления с размерами 96х48х100 мм и степенью защиты со стороны передней панели IP54.
Габаритные чертежи корпусов различных типов приведены в Приложении А.
Тип встроенного выходного устройства 1(2):
Р — реле электромагнитное;
К — оптопара транзисторная структуры n-р-n-типа;
С — оптопара симисторная;
И — цифроаналоговый преобразователь «параметр — ток 4. 20 мА»;
У — цифроаналоговый преобразователь «параметр — напряжение 0. 10 В»;
Т — выход для управления внешним твердотельным реле.
Условные сокращения, используемые в настоящем документе
ТУ — технические условия;
НСХ — номинальная статическая характеристика;
ВУ — выходное устройство;
ТС — термопреобразователь сопротивления;
ТСМ — термопреобразователь сопротивления медный;
ТСП — термопреобразователь сопротивления платиновый;
ЦАП — цифроаналоговый преобразователь;
ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный (закон или регулятор);
ИМ — исполнительный механизм;
ЦИ — цифровой индикатор;
ПК — персональный компьютер;
PV — измеряемая величина (process value);
SP — уставка регулятора (set point);
LBA — тревога обрыва контура (loop brake alarm).
Соответствие символов ЦИ буквам латинского алфавита:
Измерителирегуляторы микропроцессорные ТРМ212 предназначены для измерения и автоматического регулирования температуры (при использовании в качестве первичных преобразователей ТС или термоэлектрических преобразователей), а также других физиче ских параметров, значение которых первичными преобразователями (далее – «датчиками») может быть преобразовано в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения.
Информация о любом из измеренных физических параметров отображается в цифровом виде на встроенном четырехразрядном ЦИ.
Приборы могут быть использованы для измерения и регулирования технологических параметров в различных отраслях промышленности, в том числе подконтрольных Ростехнадзору, коммунального и сельского хозяйства.
Прибор позволяет осуществлять следующие функции:
• измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) в двух различных точках с помощью датчиков;
• вычисление квадратного корня из измеряемой величины при работе с датчиками, имеющими унифицированный выходной сигнал тока или напряжения;
• вычисление разности, суммы, отношения и корня из разности двух измеряемых величин;
• ПИД-регулирование измеренной или вычисленной величины в системе с запорнорегулирующим (КЗР) или трехходовым клапаном в автоматическом, ручном и дистанционном режимах;
• коррекцию уставки регулятора в зависимости от внешнего параметра;
• автонастройка ПИДрегулятора на объекте;
• дистанционное управление запуском и остановкой регулирования;
• определение аварийной ситуации при возникновении ошибок на входе и при обрыве в контуре регулирования;
• обмен данными, программирование прибора по сети через интерфейс RS485.
2. Технические характеристики и условия эксплуатации
2.1. Основные технические характеристики приведены в таблицах 1 – 7.
Таблица 1. Питание
Напряжение питания, В
Потребляемая мощность, ВА
Таблица 2. Входы
Таблица 3. Датчики и входные сигналы
Примечание. Разрешающая способность прибора определяется значением единицы младшего разряда.
Таблица 4. Выходные устройства ключевого типа
Таблица 5. Выходные устройства аналогового типа
Диапазон выходного сигнала
Дискретность ЦАП, разрядов
Сопротивление нагрузки, кОм
Диапазон напряжения постоянного питания, В
Предел допускаемой основной приве денной погрешности ЦАП, %
Таблица 6. Интерфейс связи
Скорость передачи данных, кбит\с
2,4; 4,8; 9,6; 14,4; 19,6; 28,8; 38,4; 57,6; 115,2
экранированная витая пара
Протокол передачи данных
Таблица 7. Характеристики корпусов
Габаритные размеры, мм (без элементов крепления)
Степень защиты корпуса
* Со стороны передней панели
2.2. Прибор соответствует группе климатического исполнения УХЛ4 по ГОСТ 15150-69 и предназначен для эксплуатации в следующих условиях:
• температура окружающего воздуха: +1. 50 °С
• относительная влажность при 35 °С: 30. 80 %
• атмосферное давление: 84,0. 106,7 кПа
3. Устройство и работа прибора
3.1. Принцип действия
3.1.1. Структурная схема
В процессе работы ТРМ212 производит опрос датчиков, вычисляя по полученным данным текущие значения измеряемых величин, отображает их на ЦИ и выдает соответствующие сигналы на выходные устройства. Структурная схема прибора приведена на рис. 1.
Прибор включает в себя:
• два универсальных входа для подключения датчиков;
• дополнительный вход для дистанционного управления процессом регулирования;
• блок обработки данных, состоящий из цифрового фильтра, вычислителя, ПИД регулятора;
• два выходных устройства;
• два ЦИ для отображения регулируемой величины и ее уставки.
3.1.2. Измерительный вход
Порядок установки параметров измерительного входа см. п. 6.2.1.
К измерительному входу можно подключать любой из датчиков, перечисленных в таблице 3.
Для измерения температур следует использовать ТС и термоэлектрические преобразователи (термопары). Для измерения других физических параметров могут быть использованы датчики, оснащенные нормирующими преобразователями этих параметров в унифицированные сигналы постоянного тока 4. 20 мА, 0. 20 мА, 0. 5 мА или напряжения минус 50. 50 мВ и 0. 1 В.
Особенности подключения датчиков описаны в п. 5.3.3, схемы подключения приведены в Приложении Б.
3.1.3. Дополнительный вход
Порядок установки параметров дополнительного входа описан в п. 6.2.1.1.
3.1.3.1. К дополнительному входу подсоединяют ключ. Ключом осуществляется запуск и остановка процесса регулирования (см. рис. 1).
При замыкании ключа запускается процесс регулирования. При размыкании ключа прибор прекращает процесс регулирования и светится светодиод СТОП.
3.1.3.2. Логическое состояние ключа соответствует его электрическому сопротивлению:
• менее 1 кОм (замкнуто);
• более 100 кОм (разомкнуто).
При несоблюдении этих условий возникает не определенность состояния дополнительного входа.
3.1.4. Цифровой фильтр
Порядок установки параметров цифрового фильтра см. в п. 6.2.2.
3.1.4.1. Для корректной работы прибор необхо димо защищать от различных внешних воздействий и электромагнитных помех. Для этой цели рекомен дуется использовать помехоподавляющий фильтр в цепи питания ТРМ212, а в цепи управления параллельно выходным коммутирующим контак там установить искрогасящие элементы, например RCцепочку. Кроме аппаратной защиты существует возможность использовать программный цифровой фильтр низких частот.
3.1.4.2. Цифровой фильтр подавляет помехи двух видов:
А) Сильные единичные помехи (рис. 2). Если измеренное значение ТI отличается от пре дыдущего TI1 на величину, большую, чем значение FB (заданная «полоса фильтра»), то при бор присваивает ему значение равное TI1 + FB (рис. 2), а полоса фильтра удваивается. Таким образом, характеристика сглаживается. Как видно из рис. 2, малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение полосы фильтра или отключить действие этого параметра.
При работе в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение полосы фильтра.
Б) Шумовые составляющие сигнала, осуществляя его экспоненциальное сглаживание. Основной характеристикой экспоненциального фильтра является постоянная времени Ф — интервал, в течение которого сигнал достигает 0,63 от значения каждого измерения TI, (рис. 3). При больших значениях Ф фильтр вносит значительное запаздывание, но шумы заметно подавлены (кривая II на рис. 3). При Ф, близких к нулю, фильтр довольно точно отслеживает изменения входного сигнала, но уровень шума практически не уменьшается (кривая I на рис. 3).
3.1.4.3. При установке оптимальных значений параметров фильтра (подробнее см. п. 6.2.2) задержка сигнала, вносимая фильтром, не будет оказывать отрицательного влияния на процесс регулирования, при этом сохранится эффективность подавления помех.
3.1.5. Коррекция результатов измерения
Порядок установки параметров коррекции измерительной характеристики датчика приведен в п. 6.2.1.6. 3.1.5.1. Для устранения начальной погрешности преобразования входных сигналов и погрешностей, вносимых соединительными проводами, измеренное прибором значение может быть откорректировано. В ТРМ212 есть два типа коррекции, позволяющие осуществлять сдвиг или наклон характеристики на заданную величину.
3.1.5.2. Для компенсации погрешностей R = R0 — R0,TCM, вносимых сопротивлением подводящих проводов RTCM при использовании двухпроводной схемы подключения ТС, к каждому измеренному значению параметра ТИЗМ прибавляется заданное пользователем значение («сдвиг характеристики датчика»). На рис. 4 приведен пример сдвига характеристики для датчика ТСМ(Cu50).
3.1.5.3. Для компенсации погрешностей датчиков при отклонении значения W100 от номинального каждое измеренное значение параметра ТИЗМ умножается на заданный пользователем поправочный коэффициент («наклон характеристики датчика»). Коэффициент задается в пределах от 0,5 до 2,0. На рис. 5 приведен пример изменения наклона характеристики для датчика ТСМ(Cu50).
Порядок установки параметров Вычислителя приведен в п. 6.2.3.1.
3.1.6.1. Вычислитель производит вычисление физической величины по одному или нескольким входным значениям. В приборе ТРМ212 к Вычислителю можно подключить только два источника данных, которыми являются собственные входы прибора.
Вычислитель жестко связан с регулятором. Входным параметром для ПИД-регулятора служат данные с выхода Вычислителя.
3.1.6.2. Вычислитель производит одну математическую операцию с входными величинами:
• Средневзвешенной суммой: (К1 х PV1 + К2 х PV2);
• Отношением (K1 х PV1 / K2 х PV2);
• Квадратным корнем из средневзвешенной взвешенной суммы ( ),
где: PV1- величина, измеренная на Входе 1;
PV2 — величина, измеренная на Входе 2;
К1, К2 — весовые коэффициенты Входа 1 и Входа 2.
ТРМ212 с функцией Вычислителя позволяет реализовать наиболее распространенные задачи, например:
• регулирование соотношения (используя операцию вычисления отношения с любыми коэффициентами K1, K2 ),
• вычисление и регулирование разности двух величин (используя операцию вычисления средневзвешенной суммы, K1 = 1, K2 = –1;
• регулирование и измерение расхода с помощью диафрагм, сопел или трубок Вентури (используя операцию вычисления корня из средневзвешенной суммы с коэффициентами K1, K2, рассчитанными по методике, приведенной в Приложении И).
Порядок установки параметров регулирования приведен в п. 6.2.3.
3.1.7.1. Общие принципы ПИД-регулирования
3.1.7.1.1. ПИДрегулятор вырабатывает управляющий (выходной) сигнал, действие ко торого направлено на уменьшение отклонения текущего значения регулируемой величины от уставки. Выходной сигнал ПИДрегулятора YI рассчитывается по формуле:
где XP — полоса пропорциональности;
Ei — разность между уставкой и текущим значением контролируемой величины PVi, или рассогласование;
Д — постоянная времени дифференцирования;
EI — разность между двумя соседними измерениями EI и EI-1;
tИЗМ — время между двумя соседними измерениями PVI и PVI-1;
И — постоянная времени интегрирования;
— накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма).
Как видно из формулы (1), сигнал управления зависит от:
1) Рассогласования EI, которое отвечает за реакцию на мгновенную ошибку регулирования. Отношение EI /XP называется «пропорциональной составляющей» выходного сигнала.
2) Накопленной ошибки регулирования , которая позволяет добиться максимальной скорости достижения уставки. Выражение называется «интегральной составляющей» выходного сигнала.
3) Скорости изменения рассогласования EI/ tИЗМ, которая позволяет улучшить качество переходного процесса. Выражение называется «дифференциальной составляющей» выходного сигнала.
3.1.7.1.2. Для эффективной работы ПИД-регулятора необходимо подобрать для конкретного объекта регулирования значения коэффициентов ПИД-регулятора XP, Д и И. Их можно определить в режиме АВТОНАСТРОЙКА (см. п. 7.1) или подобрать при РУЧНОЙ НАСТРОЙКЕ (п. 7.2).
3.1.7.1.3. При аналоговом управлении выходной сигнал ПИД-регулятора преобразуется в пропорциональный ему ток или напряжение.
При управлении 3_х позиционным ИМ (п. 3.1.9.1) выходной сигнал ПИД_регулятора преобразуется в сигналы «больше», «меньше», «стоп» по следующему принципу:
1) рассчитывается длительность импульса:
tИМП = Y х tПХ, (2)
где: Y = Y(i) — Y(i-1) — приращение выходного сигнала, tПХ — время полного хода задвижки;
2) выдается воздействие на ИМ:
при Y > 0 включается ВУ1 («больше») на время равное tИМП,
при Y ХD, то ЕP = ЕI — ХD; если ЕI ² и погонная емкость не более 60 пФ/м.
Все приборы в сети соединяются в последовательную шину (рис. 11). Для качественной работы приемопередатчиков и предотвращения влияния помех линия связи должна иметь на концах согласующий резистор сопротивлением RСОГЛ = 120 Ом, подключаемый непосредственно к клеммам прибора (см. рис. 11).
Подключение прибора к персональному компьютеру осуществляется через преобразователь интерфейсов RS-485 RS-232 или RS-485 USB, в качестве которого могут быть использованы преобразователи интерфейсов ОВЕН АС3, АС3-М или АС4.
1. Преобразователи интерфейсов ОВЕН имеют согласующий резистор внутри.
2. С описанием протокола обмена, списком параметров, программой «Конфигуратор ТРМ2хх» пользователь может ознакомиться на сайте www.owen.ru.
3. Обмен может осуществляться с одной из скоростей стандартного ряда: 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 36400, 57600, 115200 бит/с.
3.2. Конструкция прибора
3.2.1.1. Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового или настенного крепления. Эскизы корпусов с габаритными и установочными размерами приведены в Приложении А.
3.2.1.2. Для установки прибора в щит в комплекте прилагаются крепежные элементы.
3.2.1.3. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, ЦИ и светодиоды, на задней – силовая и измерительная части.
3.2.1.4. Клеммник для подсоединения внешних связей (датчиков, выходных цепей и питания) у приборов щитового крепления находится на задней стенке. В при борах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой. В отверстиях подвода внешних связей установлены резиновые уплотнители.
3.2.2. Индикация и управление
3.2.2.1. На рис. 12, а приведен внешний вид лицевой панели прибора ТРМ212 для корпусов настенного (Н) и щитового (Щ1) крепления, а на рис. 12,б – щитового (Щ2).
3.2.2.2. На лицевой панели расположены следующие элементы управления и индикации:
Верхний ЦИ красного цвета отображает:
• текущие значения измеряемых величин;
• сообщения об ошибках;
• название параметра в режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ;
• надпись MENU при просмотре МЕНЮ.
Нижний ЦИ зеленого цвета отображает:
• текущие значения измеряемых величин, уставок и выходного сигнала регулятора;
• значение параметра в режиме ПРОГРАММИРОВАНИЕ;
• название группы параметров при просмотре МЕНЮ.
К1 – светится при включенном выходном устройстве 1;
К2 – светится при включенном выходном устройстве 2;
УСТ – светится в режиме редактирования уставки;
LBA – мигает, если обнаружен обрыв в контуре регулирования;
СТОП – постоянно светится, если регулятор остановлен;
– мигает, если остановка регулятора произошла изза аварии LBA или аппаратной ошибки;
АН – постоянно светится при выполнении автонастройки;
– гаснет при удачном завершении автонастройки;
– мигает, если автонастройка закончена неудачно;
RS – засвечивается на 0,1с в момент передачи данных компьютеру;
– постоянно светится в режиме дистанционного управления регулятором;
РУЧ – светится в режиме ручного управления регулятором.
3.2.2.3. Кнопки, находящиеся на передней панели прибора, имеют следующее назначение:
– для увеличения значения программируемого параметра;
– для уменьшения значения программируемого параметра;
– для входа в меню программирования и для перехода к следующему параметру.
При работе с прибором ТРМ212 для входа в специальные режимы работы прибора используются комбинации кнопок:
+ + – для перехода к установке кодов доступа;
+ – для перехода в режим ручного управления регулятором.
4. Меры безопасности
4.1. По способу защиты от поражения электрическим током прибор соответствует классу 0 по ГОСТ 12 2.007 0-75.
4.2. При эксплуатации, техническом обслуживании и поверке необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.3.019-80, «Правил эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правил охраны труда при эксплуатации электроустановок потребителей».
4.3. Открытые контакты клеммника прибора при эксплуатации находятся под напряжением величиной до 250 В, опасным для человеческой жизни. Любые подключения к прибору и работы по его техническому обслуживанию производить только при отключенном питании прибора и исполнительных механизмов.
4.4. Не допускается попадание влаги на контакты выходного разъема и внутренние электроэлементы прибора. Запрещается использование прибора в агрессивных средах с содержанием в атмосфере кислот, щелочей, масел и т. п.
4.5. Подключение, регулировка и техобслуживание прибора должны производиться только квалифицированными специалистами, изучившими настоящее руководство по эксплуатации.
Внимание! Соблюдение правил монтажа (п. 5) обязательно.
5. Подготовка прибора к работе
5.1. Монтаж прибора на объекте
5.1.1. Проверить состояние корпуса: корпус не должен иметь механических повреждений, лицевая панель — царапин, трещин, грязных пятен.
5.1.2. Подготовить на щите управления место для установки прибора в соответствии с Приложением А.
5.1.3. Установить прибор на щите управления, используя для его крепления монтажные элементы, входящие в комплект поставки прибора.
Установка приборов настенного крепления
1. Закрепить кронштейн тремя винтами М4 на поверхности, предназначенной для установки прибора (см. Приложение А и рис. 13,а).
Примечание. Винты крепления кронштейна не входят в комплект поставки.
2. Зацепить крепежный уголок на задней стенке прибора за верхнюю кромку кронштейна (рис. 13,б).
3. Прикрепить прибор к кронштейну винтом М4 35 из комплекта поставки (рис. 13,в).
Установка приборов щитового крепления
1. Вставить прибор в специально подготовленное отверстие на лицевой панели щита (см. Приложением А и рис. 14,а).
2. Вставить фиксаторы из комплекта поставки в отверстия на боковых стенках прибора (рис. 14,б).
3. С усилием завернуть винты М4 35 в отверстиях каждого фиксатора так, чтобы прибор был плотно прижат к лицевой панели щита.
5.2. Монтаж внешних связей
5.2.1. Общие указания
5.2.1.1. Подготовить кабели для соединения прибора с датчиками, исполнительными механизмами и внешними устройствами, а также с источником питания. Для обеспечения надежности электрических соединений рекомендуется использовать кабели с медными многопроволочными жилами, концы которых перед подключением следует тщательно зачистить и облудить. Зачистку жил кабеля необходимо выполнять с таким расчетом, чтобы их оголенные концы после подключения к прибору не выступали за пределы клеммника. Сечение жил кабеля не должно превышать 1 мм ² .
5.2.1.2. Схемы подключения датчиков и исполнительных устройств к приборам различных модификаций приведены в Приложении Б. Параметры линии соединения прибора с датчиком приведены в таблице 9.
Источник
