ФЭА
ОКП 421729
Модули для измерений, контроля и регулирования температуры
УМКТ1(ПИД), УМКТ1(ПИД-K)
РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
УМКТ.421729.004 РЭ
РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Модули для измерений, контроля и регулирования температуры УМКТ1(ПИД), УМКТ1(ПИД-К)
Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с конструкцией, принципом действия, техническим обслуживанием и эксплуатацией микропроцессорных программируемых модулей для измерений, контроля и регулирования температуры УМКТ1(ПИД), УМКТ1(ПИД-К) (в дальнейшем по тексту именуемые "прибор").
Настоящее РЭ распространяется на приборы серии УМКТ1(ПИД), УМКТ1(ПИД-К), изготовленных согласно ТУ 4217-001-54012749-2002. Изготавливается несколько модификаций прибора, отличающихся конструктивным исполнением, типом встроенных выходных устройств управления.
Назначение
1.1. Модули контроля температуры совместно с входными датчиками (термопреобразователями сопротивления) предназначены для контроля температуры, отображения текущего значения на встроенном цифровом индикаторе и управления технологическими производственными процессами посредством ПИД - регулирования. Приборы могут использоваться в промышленности, коммунальном, сельском хозяйстве и других отраслях.
1.2. УМКТ1(ПИД) формируют сигналы управления внешними исполнительными устройствами, обеспечивая независимое регулирование по ПИД - закону в соответствии с заданной пользователем установкой параметров ПИД - регулятора.
1.3. Функциональные параметры измерения и регулирования задаются пользователем при программировании и сохраняются при отключении питания в энергонезависимой памяти прибора.
1.4. УМКТ1(ПИД) имеют встроенный интерфейс для связи с персональным компьютером и объединения в автоматизированные системы управления процессом задания и поддержания tо С.
2. Модификации прибора
2.1. По варианту конструкции приборы отличаются исполнением корпусов, предназначенных для настенного или щитового крепления на объектах. Эскизы корпусов приведены в Приложении 1. Типы крепления корпуса:
Н1 – настенный, с размерами 138х105х59 мм.
Щ2 – щитовой, с размерами 96х48х100 мм.
Типы встроенных выходных устройств прибора:
- Р - реле электромагнитные.
- Т - транзисторные оптопары п-р-п структуры.
- С - симисторные оптопары.
2.3. Приборы других модификаций (по классу точности, питающему напряжению, и др.) оговариваются при заказе.
Информация о модификации прибора при заказе:
Прибор УМКТ1(ПИД)-хх-х.
Тип УМКТ-----------------------------/ / /
Тип корпуса -----------------------------------------/ /
Тип выходного устройства -------------------------/
3.Технические характеристики и условия эксплуатации
3.1. Напряжение питания ~220v 50Гц. (–15…+10%)
Потребляемая мощность, не более, Вт. 6
Температура окружающей среды, гр. С +5…+50
Относительная влажность воздуха (при t = 35 о С), % 30…80
Атмосферное давление, кПа 86…107
Степень защиты корпуса настенного исполнения (Н1) IР54
Габаритные размеры корпуса Н1 138х105х59
Степень защиты корпуса Щ2 со стороны передней панели IР20
Габаритные размеры корпуса Щ2 96х48х100
Масса прибора, не более, кГ 1
Интерфейс связи с РС через адаптер ИМ64 RS-232
Количество УМКТ, подключаемых к одному СОМ порту РС 255
Интерфейс связи УМКТ – ИМ64 токовая петля 12V, 20mA
Длина линии связи прибора с ИМ64, не более, м. 1200
Количество входных каналов 1
3.18. Время опроса входных каналов, не более, сек. 2
3.19. Предельно допустимая основная приведенная погрешность, (без учета
погрешности датчика), %, не хуже 0,5
3.20. Разрешающая способность, гр. 0,1
3.21. Диапазон измерения температуры с термопреобразователями:
ТСМ, гр. С -50…+200
ТСП, гр. С -80…+650
3.22. Типы входных датчиков - термопреобразователи сопротивления ТСМ или ТСП
по ГОСТ 6651-94:
1 - ТСП 100П W100=1,391
2 - ТСП 50П W100=1,391
3 - ТСП 100П W100=1,385 (Pt100)
4 - ТСП 50П W100=1,385 (Pt50)
5 - ТСМ 100М W100=1,428
6 - TCM 50M W100=1,428
7 - ТСМ 100М W100=1,426 (Cu100)
8 - TCM 50M W100=1,426 (Cu50)
9 – ТСМ 53М W100=1,426 (гр.23) (ГОСТ 6651-59)
3.25. Количество выходных каналов 2
3.26. Максимальный ток, коммутируемый контактами реле при ~220v 50Гц, А 5
3.27. Максимальный ток нагрузки транзисторной оптопары
при напряжении 50 В постоянного тока, мА 50
3.28. Максимальный ток нагрузки симисторной оптопары при
напряжении до 400 В, мА 100
4. Устройство и принцип работы прибора
4.1. Функциональная схема прибора приведена на рис. 1. УМКТ состоит из:
селектора входов, блока индикации и управления, выходных каналов, микропроцессора и интерфейса.
к селектору входов подключаются датчик -термопреобразователь сопротивления (в зависимости от модификации);
блок индикации и управления служит для отображения текущих параметров, программирования и управления прибором;
выходные каналы - для управления внешними устройствами;
микропроцессор по программе и в соответствии с запрограммированными пользователями функциональными параметрами производит обработку и интегрирование сигнала входного датчика, цифровую фильтрацию измеренных значений, вывод данных на блок индикации, опрос кнопок управления, обслуживание интерфейса и формирует сигналы управления выходными устройствами;
интерфейс служит для связи с персональным компьютером и объединения в автоматизированные системы управления процессом задания и поддержания температуры.
УМКТ1(ПИД)
  
.
ИнтерфейсСелектор вх.
СВ
   
 1
МП
микропроцессор
Выход 1
 
Выход 2
Рис.1
4.2. Конструкция прибора.
Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового или настенного крепления. Эскизы корпусов с габаритными и установочными размерами приведены в Приложении 1. Все элементы прибора размещены на двух печатных платах (плата процессора и плата индикации). На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды. На задней - присоединительный клеммник. Клеммник для внешних присоединений (датчиков, электропитания, цепей интерфейса) у приборов щитового крепления находится на задней стенке. В приборах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой. В отверстиях подвода внешних связей установлены герметичные кабельные вводы.
5. Указание мер безопасности
5.1. По способу защиты от поражения электрическим током прибор соответствует классу 0 по ГОСТ 12.2.007.0-75.
5.2. В приборе используется опасное для жизни напряжение. При установке прибора, устранении неисправностей и техническом обслуживании необходимо отключить прибор и подключаемые устройства от питающей сети.
5.3. Не допускается попадание влаги на контакты клеммника и внутренние элементы прибора. Запрещается использование прибора в агрессивных средах с содержанием в атмосфере кислот, щелочей, масел т.п.
5.4. Подключение, техническое обслуживание и программирование прибора должны производиться квалифицированными специалистами, изучившими настоящее руководство по эксплуатации.
5.5. При эксплуатации, техобслуживании и поверке прибора необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.3.019-80, «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».
Внимание! В связи с наличием на клеммнике опасного для жизни напряжения приборы в корпусах щитового исполнения (модификации УМКТ1(ПИД) (-Щ1,-Щ2), должны устанавливаться в щитах управления, доступных только квалифицированным специалистам.
6. Монтаж прибора и подготовка к работе
6.1. Установить прибор на штатное место и закрепить его. Габаритные и присоединительные размеры приборов в различных вариантах корпусов приведены в Приложении 1.
6.2. Проложить линии связи для соединения прибора с питающим напряжением, входными датчиками, интерфейсом связи (если прибор подключается к РС) и исполнительными механизмами. При выполнении монтажных работ использовать только стандартный инструмент.
6.3. При монтаже внешних связей необходимо обеспечить надежный контакт с клеммником прибора. Сечение жил не должно превышать 1 кв. мм. Подсоединение проводов во всех вариантах корпусов осуществляется под винт. Для доступа к клеммнику в приборе настенного крепления необходимо снять с него верхнюю крышку.
6.4. Подключение термопреобразователей сопротивления
В приборах используется трехпроводная схема подключения термопреобразователей сопротивления. К одному из выводов термосопротивления Rt подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt. Такая схема позволяет компенсировать сопротивление соединительных проводов. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов. Подключение осуществляется в соответствии со схемой в Приложении 2.
Параметры линии:
- длина линии «прибор – термопреобразователь» - не более 100 м;
- сопротивление линии не более 10 Ом;
- трехпроводная линия равной длины и сечения.
Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору и с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться зависимость показаний прибора от колебаний сопротивления соединительных проводов из – за воздействия на них температуры окружающей среды. В случае использования двухпроводной линии необходимо при подготовке прибора к работе выполнить следующие действия:
- перед началом работы установить перемычку между контактами компенсационных проводов;
- к противоположным от прибора концам линии связи «прибор - термопреобразователь» вместо термопреобразователя подключить магазин сопротивлений с классом точности не хуже 0,05;
установить на магазине значение, равное сопротивлению термопреобразователя при температуре 0оС (50 или 100 Ом, в зависимости от типа датчика);
подать на прибор питание и через 15-20 мин. по показаниям цифрового индикатора определить величину отклонения температуры от 0оС по каждому каналу измерения;
ввести в память прибора значение коррекции «сдвиг характеристики» для каждого канала в соответствующем параметре, равное по величине показаниям прибора, но с противоположным знаком;
проверить правильность задания коррекции, для этого не изменяя значения сопротивления на магазине, перевести прибор в режим измерения и убедится, что при этом его показания равны 0 + 0,2 оС;
отключить питание, отсоединить линию связи от магазина сопротивлений и подключить ее к термопреобразователю;
после выполнения этих действий прибор готов к работе.
К входам прибора должны подключаться термосопротивления одного и того же типа (см. п. 3.21). Код типа датчиков устанавливается пользователем при программировании.
Во избежание поломки измерительной части прибора присоединение связей необходимо производить, начиная с подключения датчиков к линии, а затем линии к клеммнику прибора.
Для исключения проникновения промышленных помех в измерительную схему прибора линию связи датчика с прибором рекомендуется экранировать.
Запрещается объединять «землю» прибора с заземлением оборудования. Не допускается прокладка линии связи датчика с прибором в одной трубе с силовыми проводами, создающими высокочастотные или импульсные помехи.
6.5. Подключение сети питания и исполнительных устройств управления производится по схеме соединений (Приложение 2).
При подключении исполнительных устройств индуктивного типа (реле, пускатели) для снижения помех рекомендуется параллельно катушке пускателя установить цепь из последовательно соединенного резистора 47..200 Ом 2 Вт и конденсатора 0.047...0.1 мкФ 400В или также параллельно катушке пускателя ставить варистор типа ТВР10-431.
6.6. Подключение УМКТ к РС производится по схеме соединений (Приложение 2).
6.7. После подключения всех необходимых связей подать на прибор питание. На цифровом индикаторе на несколько секунд появится код датчика и засветятся все светодиоды, после чего прибор перейдет в режим «работа». При исправности датчиков и линий связи на индикаторе отобразится текущее значение температуры в цифровом виде. Если после подачи питания на индикаторе появятся прочерки или показания не соответствуют реальным значениям, проверьте исправность датчиков и линии связи, а также правильность их подсоединения.
6.8. При проверке исправности необходимо отключить прибор от сети питания. Необходимо использовать при прозвонке связей устройство с напряжением питания не более 5 В. В других случаях необходимо отключить датчик от прибора.
6.9. Введите в прибор необходимые для выполнения технологического процесса параметры регулирования и задайте нужные рабочие режимы. После установки требуемых параметров прибор готов к работе.
7. Работа прибора
7.1. Режимы работы прибора.
Эксплуатация прибора осуществляется в одном из двух режимов: «работа» и «программирование». Режим работа является основным режимом, в который прибор автоматически входит при включении питания. В данном режиме производится опрос входных датчиков, вычисление и отображение на цифровом индикаторе текущих значений, связь с РС и управление выходными устройствами в соответствии с заданными рабочими параметрами.
7.2. Индикация и управление прибором.
Внешний вид лицевых панелей УМКТ1(ПИД) приведен на рисунке 2.
   УМКТ1(ПИД)
Т
 ВУ1
ВУ2 F
Туст Ed Туст2 Т2 фэа
Рис. 2. Лицевая панель прибора УМКТ1(ПИД).
Четырехразрядный цифровой индикатор предназначен для отображения измеряемой температуры и функциональных параметров прибора. Прочерки на индикаторе показывают аварию по входу данного канала.
Т – светодиод зеленого свечения. Постоянное свечение в режиме «работа» -индикация значения темпиоатуры. Мигающая засветка сигнализирует об аварии по входу данного канала.
Туст, Ed, Туст2, Т2 - светодиоды зеленого свечения. Засветка одного из них в режиме работа показывает, какой параметр выведен на индикацию.
ВУ1 и ВУ2 – светодиоды красного свечения. Засветка сигнализирует о включенном состоянии соответствующего выходного устройства.
Кнопка «F» предназначена для входа и работы в режиме программирования.
В режиме «работа» кнопка «F» служит для просмотра параметров Туст, Ed, Туст2, Т2. В режиме «программирование» кнопки «» и «» предназначены для ввода кода доступа, увеличения и уменьшения выбранного параметра.
Режим работы индикации задается при программировании (параметр in.хх).
7.3. Измерение температуры.
Измерение температуры производится с помощью термопреобразователей сопротивления ТСМ, ТСП и основано на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчики температуры выполнены в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя параметрами: Rо - сопротивление датчика при 0о С и W100- отношение сопротивления датчика при 100о С к его сопротивлению при 0о С. Измеренное значение может быть откорректированно для устранения начальной погрешности преобразования входных датчиков и погрешностей, вносимых соединительными проводами. В приборах имеется два типа коррекции, позволяющие осуществлять изменение наклона и сдвиг измерительной характеристики на заданную величину.
7.4. Наклон характеристики.
Используется для компенсации погрешностей датчиков (при отклонении значения W100 у термопреобразователей сопротивления).
Измеренное значение температуры умножается на заданный пользователем поправочный коэффициент Х = 0,90 - 1,10.
Тинд, о С
 без коррекции
    60
40 с коррекцией
20
Тинд= Тизм х Х
Х - значение параметра наклон характеристики
0 20 40 60 80 100 Тизм, С
(50) (71.3) (R тсм, Ом)
Рис. 3
7.5. Сдвиг характеристики.
Используется для компенсации погрешностей, вносимых сопротивлениями подводящих проводов (при подключении термопреобразователей сопротивления по двухпроводной схеме), а также при отклонении у термопреобразователей сопротивления значения Rо.
Тинд, о С
  
 без коррекции
 с коррекцией
 60
40 Т инд= Т изм + SH
( SH - значение параметра
«сдвиг характеристики» )
20
SH
0 20 40 60 Тизм о С
Рис. 4
К каждому вычисленному значению измеренной температуры прибавляется заданное пользователем значение (в гр. С).
7.6 Цифровая фильтрация измерений.
Для повышения качества измерения входные сигналы обрабатываются микропроцессором с помощью цифрового фильтра, позволяющего уменьшить влияние случайных помех на измерение температуры. Работа фильтра описывается двумя параметрами, задаваемыми при программировании: PF- полоса цифрового фильтра и FF- глубина цифрового фильтра. Их допустимые значения и заводские установки приведены в таблице 3.
7.6.1. Параметр PF (полоса цифрового фильтра) позволяет защитить измерительный тракт от единичных помех. Полоса фильтра задается в единицах измеряемой величины. Если полученное значение отличается от предыдущего на величину, большую, чем установлено в этом параметре, то производятся повторные измерения, пока полученное значение не попадет в заданную полосу пропускания. В течении этого времени на индикаторе остается старое значение.
Как видно из рисунка 5, малая полоса фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому при малом уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение параметра. В случае сильных помех следует уменьшить значение параметра для устранения их влияния на работу прибора. В этом случае возможно уменьшение быстродействия из-за повторных измерений.
Т, о С Время опроса датчика Полоса фильтра
     
 
 
       
 
 
 Тинд.
 Тизм.
Единичная помеха Быстрое изменение
измеряемого параметра t, сек
Рис. 5
7.6.2. Параметр FF (глубина цифрового фильтра) - позволяет добиться более плавного изменения показаний прибора.
Время опроса датчика Показания прибора при FF =1
T   ,оС   скачок температуры
  
 
  FF = 4
FF =10
t, сек
Рис. 6
В этом параметре задается количество последних измерений, из значений которых прибор вычисляет среднее арифметическое. При значении параметра равном 1 фильтр выключен. Увеличение значения параметра FF приводит к увеличению помехозащищенности, но повышает инерционность прибора. Уменьшение значения приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразные изменения контролируемой величины, но снижает помехозащищенность измерительного канала. Наглядно действие параметра показано на рисунке 6.
7.7. Общие принципы ПИД - регулирования.
Принцип ПИД – регулирования основан на формировании управляющего сигнала на выходе регулятора, действие которого направлено на уменьшения отклонения текущего значения контролируемой величины от заданного. Управляющий выходной сигнал Uп(i) можно представить в виде:
где Hp – полоса пропорциональности,
 - разность между заданным Туст и текущим Ti значением измеряемой величины, или рассогласование,
Td – постоянная времени дифференцирования,
 - предыдущее рассогласование Tуст - Тi-1
Ti – постоянная времени интегрирования,
dt - время между соседними измерениями Ti и Ti-1 (период квантования),
 -накопленная сумма рассогласований.
Из формулы видно, что ПИД – сигнал управления состоит из трех составляющих:
1) пропорциональной составляющей (ПС) Ei – разницей между текущим параметром Ti и заданным значением Tуст, которая реагирует на мгновенную ошибку регулирования. В пределах полосы пропорциональности Hp ПС вносит в управляющий сигнал вклад, линейно зависящий от текущего рассогласования и с соответствующим этому рассогласованию знаком. При недорегулировании ПС положительна, при перерегулировании – отрицательна.
2) дифференциальной составляющей (ДС)  – скорости изменения параметра, вызывающей реакцию регулятора на резкое изменение измеряемого параметра, возникшее, например, в результате внешнего возмущающего воздействия. Знак ДС противоположен скачку контролируемого параметра, т.е ДС стремится «сгладить» резкие изменения контролируемой величины, предотвращая возникновения в системе колебаний. Чем меньше постоянная дифференцирования Td, тем слабее влияние ДС.
3) интегральной составляющей ИС  - накопленной ошибки регулирования, которая является дополнительным источником выходной мощности и позволяет добиться максимальной скорости достижения уставки при отсутствии перерегулирования. Чем больше постоянная интегрирования Ti тем слабее влияние ИС.
Для эффективной работы ПИД-регулятора необходимо установить правильные для конкретного объекта регулирования значения коэффициентов Hp – полосы пропорциональности, Td – постоянной дифференцирования, Ti – постоянной интегрирования, которое пользователь может определить либо в автоматическом режиме настройки, либо установив в ручную.
7.8. Выходной управляющий сигнал регулятора УМКТ1(ПИД).
В приборе используется выходное устройство ключевого типа (электромагнитное реле или симистор). Регулировка производится с помощью изменения параметров ШИМ импульсов – управляющих импульсов (периода и скважности), т.е. фактически производится регулировка выходной мощности, пропорциональной значению управляющего сигнала.
С помощью приборов УМКТ1(ПИД-К) возможно управление реверсивными процессами типа системы “нагреватель-холодильник”, или для управления задвижками и трехходовыми клапанами. В данных приборах выход ВУ1-“больше” используется для «нагрева» или для открытия задвижки, а выход ВУ2-«меньше» для охлаждения или закрытия задвижки.
После вычисления значения управляющего выходного сигнала Uп(i) анализируется полученное значение и определяется итоговый управляющий сигнал Ui следующим образом:
в общем случае при 0<1, u(i)=un(i)*100%,
при управлении однонаправленными исполнительными устройствами
при Un(i)>1, U(i)=100%,
Un(i)<0, U(i)=0%;
при управлении реверсивными исполнительными устройствами
при Un(i)<-1, U(i)=100%.
Возможные состояния выходов определены в таблице1.
Таблица 1
Uп(i)
|
Выход "больше" ВУ1
|
Выход "меньше" ВУ2
|
При управлении однонаправленными исполнительными устройствами
|
При управлении реверсивными исполнительными устройствами)
|
При управлении однонаправленными исполнительными устройствами
|
При управлении реверсивными исполнительными устройствами)
|
от 0 до 1
|
Uп(i)*100%
|
Uп(i)*100%
|
Определяется параметром "bd"
|
Выкл
|
от -1 до 0
|
Выкл
|
Выкл
|
Uп(i)*100%
|
< -1
|
Выкл
|
Выкл
|
Вкл
|
>1
|
Вкл
|
Вкл
|
Выкл
|
|
