- Для сугубо нелинейных законов (положение «2-х позиционное»);

- либо разомкнуть систему.

В последнем положении переключателя сигналы на силовую часть можно подавать с блока дистанционного управления, вручную изменяя уровень мощности в ШИМ сигнале управления триаком. Этот режим необходим для получения переходных характеристик объекта регулирования при разомкнутой САР.

Блок дистанционного управления и индикации температуры с контрольного датчика (Тк) в термостате и мощности управляющего импульса (Р₁ % или Р₂ % от шкалы ШИМ импульса управления) позволяет визуально контролировать процессы нагрева и охлаждения термостата при переходах с одного уровня мощности Р₁ на другой Р₂ (или нулевой), а также формирует гальванически развязанные аналоговые сигналы на внешнюю подсистему, в качестве которой используется персональный компьютер (ПК). В ПК установлена плата с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и модулями дискретного ввода/вывода (ЦВВ). Эти связи позволяют автоматизировать регистрацию данных о переходных процессах при проведении экспериментов с ОР и САР в файлах на диске.

Уровни мощности Р₁% или Р₂% сейчас устанавливаются вручную специальными потенциометрами, ручки которых находятся на передней панели стенда. Напротив них находятся кнопки, при нажатии которых устанавливаемая мощность Р₁/Р₂ в процентах отображается на индикаторе. В любое другое время на индикаторе отображается температура в градусах Цельсия (⁰С) от контрольного датчика Т_к, установленного в термостате рядом с системным Тс, работающим для прибора ТРМ-10. Оба датчика имеют близкие метрологические и динамические характеристики и выполнены из стандартных сопротивлений с НСХ 100П.

Прибор ТРМ-10 – это цифровой одноканальный измеритель-регулятор, совместно с входным термосопротивлением Тс обеспечивает контроль и управление температурой жидкости в термостате. Он осуществляет следующие функции:

- измерение температуры и отображение текущего измерения на встроенном светодиодном цифровом 4-х позиционном индикаторе;

- регулирование измеряемой координаты по ПИД закону (в качестве выхода используется оптотранзистор);

- автоматическое определение коэффициентов ПИД - закона в режиме отладочных работ (режим работы ТРМ –10 “Самонастройка”);

- формирование сигнала управления на дополнительном выходе по двухпозиционному закону.

В качестве выхода используются контакты реле 8А-220В. Они в свою очередь могут использоваться для 2-х позиционного регулирования, или могут использоваться для включения охладителя, или подавать сигнал “Авария” оператору.

1.2 Устройство и работа прибора трм-10 Элементы прибора трм-10 размещены на двух печатных платах. Одна связана с лицевой панелью, а другая с тыльной стороной прибора.

Н а рисунке 1.3 приведен внешний вид лицевой панели прибора.

Рисунок 1.3 – Внешний вид лицевой панели прибора

На лицевой панели прибора расположены элементы управления и индикации:

• клавиатура управления,

• цифровой 4-х разрядный индикатор;

• восемь светодиодов красного свечения, которые сигнализируют о различных режимах работы прибора.

На задней панели прибора установлены силовые и измерительные части, а также присоединительный клемник.

Назначение элементов лицевой панели:

• светодиоды «К₁», «К₂» сигнализируют о включении выходных устройств ПИД-регулятора и компаратора (устройства сравнения) соответственно;

• светодиоды «Т», «T_u», «T_d», «Х_р», «С₁», «С₂» засвечиваются в режиме «установка параметров» и сигнализируют о том, какой параметр выбран для установки;

• кнопка «Прог» предназначена для входа в режим просмотра и установки рабочих параметров, а также записи новых установленных значений в энергозависимую память прибора;

• кнопка ‘^‘ предназначена для изменения значения параметра при его установке;

• кнопка ‘«‘ предназначена для выбора изменяемого разряда соответствующего параметра.

На рисунке 1.1 (см. Функциональную схему стенда) в центре приведена функциональная схема прибора ТРМ-10. На этой схеме слева показано, что сигнал по стрелке «Главная ОС цифровой САР» попадает на блок «Вход». Прибор ТРМ-10 имеет точки подключения аналоговых первичных преобразователей (датчиков) по двух или трех проводной схеме к внутренним схемам, условно обозначенным этим блоком «Вход». Входной аналоговый сигнал с этого блока преобразуется в цифровой, в блоке «Измерение Т». Сигнал корректируется на смещение и форму по паспортным данным термосопротивления, то есть по R_о, сопротивлению датчика при 0 С и по W (отношению сопротивления датчика при 100 ⁰С к его сопротивлению при 0 ⁰С) и по его номинальной статистической характеристике R_t терморезистора типа НСХ-100П.

В стенде используется трехпроводная схема подключения датчика. К одному из выводов терморезистора R_t подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу R_t. Такая схема позволяет автоматически скомпенсировать сопротивление соединительных проводов, которое зависит от внешней температуры. Режим работы ТРМ-10 для настройки точности датчика называется «сдвиг характеристики».

Далее, уже в цифровом виде, сигнал поступает на цифровой фильтр («ЦФ»), который позволяет уменьшить влияние случайных помех на измерение контролируемых величин. Работа фильтра определяется параметром «глубина фильтра», в котором задается количество последних N измерений (с тактом опроса аналогового сигнала в tизм=6 млсек.), необходимых для вычисления среднеарифметического. При значении параметра равном 0 и 1 фильтр выключен. При любом другом значении увеличение значения N приводит к улучшению помехозащищенности, но вместе с тем увеличивает инерционность прибора.

С цифрового фильтра разностный сигнал E_i, равный ошибке регулирования в момент времени t_i = i · tизм (E_i = T – T_i), поступает на цифровой регулятор по ПИД закону. На выходе регулятора (по программе зашитой в памяти микроконтроллера) вырабатывается сигнал U, действие которого направлено на уменьшение отклонения текущего значения регулируемой величины Т_тек от требуемой (Т = заданной температуре) для выходной координаты, измеряемой системным датчиком Тс:

Хp – полоса пропорциональности, обратная величине коэффициента усиления;

Ei – отклонение (другими словами, ошибка регулирования);

Td – постоянная времени дифференцирования;

dE – разность между двумя соседними отклонениями Еi;

dt – время между двумя соседними измерениями ( dt = tизм );

Tu – постоянная времени интегрирования;

S(n=0, n=i)En – накопленная сумма отклонений, почти равная интегралу от ошибки регулирования.

Далее значение U преобразуется в длительность импульсов D относительно периода их следования Tсл по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ):

D – длительность выходных импульсов в процентах;

Тсл – период следования импульсов в дискретах,

U – величина управления в дискретах, при U = Uмах длительность D = 100%.

Минимальная длительность импульса D ограничивается лишь дискретностью вычислений в приборе ТРМ-10 и составляет 6 мс, что позволяет достичь большой чувствительности системы и повышенной точности регулирования (для малоинерционного объекта регулирования). Через выходное устройство сигнал поступает на выход К₁ прибора. На схеме выходное устройство показано в виде транзистора в квадратике. Светодиод К₁ загорается каждый раз, когда на этот выход поступает управляющий сигнал, горит долю длительности от Т_сл, пропорционально значению управляющего дискретного сигнала U и погасает на долю от Т_сл до конца периода. Период Т_сл настраивается в ТРМ-10 в режиме «Установка параметров» в секундах с шагом 1сек.

В стенде этот импульс поступает на транзисторную оптопару и затем на устройство управления триаком по приципу Duty cicly, чтобы избежать перенапряжения на триаке из-за индуктивной формы нагрузки нагревателя для термостата. Сигнал управления триаком формируется электроникой стенда, а именно блоком управления триаком, причем импульсы поджига (открытия его в ту или другую сторону) формируются при переходе сетевого напряжения через ноль, то есть каждые 10 миллисекунд. При отключении сигнала К₁ импульсы поджига также снимаются.

С выхода цифрового фильтра «ЦР» в ТРМ-10 сигнал поступает не только на «ПИД-регулятор», но также на 4-х позиционный светодиодный индикатор и на устройство сравнения (УС), на выходе которого подключено реле 8А-220В и светодиод К₂. УС работает по одному из 4-х типов логики, которые применяются для двухпозиционного регулирования:

1. Тип логики 1 (прямой гистерезис) применяется для сигнализации о том, что значение текущего измерения Т_тек меньше Т, то есть реле первоначально включается при Т_тек < C₁ и выключается при Т_тек > C₂ и вновь включается при Т_тек < C₁. Может применятся для управления нагревателем;

2. тип логики 2 (обратный гистерезис) применяется для сигнализации о превышении значения С₂ или для управления работой охладителя (например, вентилятора). При этом выходное реле первоначально включается при Ттек > C₂ и выключается при Т_тек < C₁ (напомним, что С₁< C₂, т.е. это коридор относительно Т – заданной температуры регулирования);

3. тип логики 3 (П-образная) применяется для сигнализации о входе Т_тек в заданные границы, то есть в коридор: C₁ < Т_тек < C₂. При этом реле включается при C₁ < Т_тек < C₂ и выключается при Т_тек < C₁ и Т_тек > C₂;

4. тип логики 4 (U-образная) применяется для сигнализации о выходе Ттек за заданные границы. Реле включается, если Т_тек < C₁ и Т_тек > C₂; и выключается, если в коридоре: C₁ < Т_тек < C₂.

1.2.1 Использование ТРМ-10 по назначению

При эксплуатации прибора его функционирование осуществляется в одном из режимов:

1. Работа;

2. Установка параметров;

3. Самонастройка.

Режим «Работа» является основным эксплутационным режимом, в который прибор автоматически входит при включенном питании. В данном режиме ТРМ-10 производит опрос входного датчика, вычисляя по полученным данным текущее значение измеряемой величины, отображает их на цифровом индикаторе и выдает соответствующий сигнал на выходные устройства.

В процессе работы прибор непрерывно контролирует исправность входного датчика и в случае возникновения аварии по входу прибор сигнализирует об этом выводом на цифровой индикатор сообщения в виде горизонтальных прочерков. Выходные устройства при этом выключаются. Аварийная ситуация возникает при выходе из строя датчика (обрыв или короткое замыкание термопреобразователей сопротивления, обрыв термопары, обрыв или короткое замыкание датчика, оснащенного выходным сигналом тока 4…20 мА) или обрыв линии связи датчика с прибором.

В случае короткого замыкания термопары на индикаторе отображается температура «холодного спая», равная температуре клеммника прибора. В случае обрыва или замыкания датчика (или линейной связи) с унифицированным выходным сигналом тока 0…5мА, 0…20мА или напряжения 0…1В на индикаторе отображается значение нижней границы диапазона измерения, установленное в соответствующем параметре. После устранения неисправности работа прибора автоматически восстанавливается.

В режиме «Работа» прибор управляет внешними исполнительными устройствами в соответствии с заданными режимами работы. Визуальный контроль за работой выходных устройств дискретного типа может осуществляться оператором по светодиодам «К₁» и «К₂», расположенным на передней панели прибора. Засветка светодиода сигнализирует о переводе соответствующего выходного устройства в состояние «Включено» а погасание – в состояние «Выключено».

Режим «Установка параметров» предназначен для задания и записи в энергонезависимую память требуемых при эксплуатации рабочих параметров измерения и регулирования. Заданные значения параметров сохраняются в памяти прибора при выключении питания. Если в течение 20 секунд в режиме «Установка параметров» не производится операции с кнопками, прибор автоматически возвращается в режим «Работа».

Границы С₁ и С₂ параметров коридора, требуемая температура регулирования Т и параметры ПИД закона регулирования задаются пользователем с помощью клавишного пульта при нажатии на кнопку «ПРОГ» (на передней панели ТРМ-10) и удержании ее в течении 6 секунд. Сначала высвечивается светодиод «Т» и на индикаторе видны цифры заданной температуры регулирования. Манипулируя кнопками ‘^’ и ‘«’ можно установить требуемое значение, затем следующим нажатием кнопки «ПРОГ» осуществляется переход к установке Тu (высвечивается соответствующий светодиод) и устанавливается значение постоянной интегрирования, затем однократным нажатием кнопки «ПРОГ» осуществляется переход к установке T_d – постоянной дифференцирования в секундах, затем нажатием кнопки «ПРОГ» осуществляется переход к установке X_p (высвечивается соответствующий светодиод), устанавливается значение полосы пропускания обратной коэффициенту усиления ПИД регулятора, затем устанавливаются таким же образом С₁ и С₂ и после 10 .. 20 секунд ожидания прибор возвращается в режим «Работа». Все установленные параметры сохраняются при отключении питания в энергонезависимой памяти прибора.