FOSTER FOSTER MIKROPROCESOROWY REGULATOR TEMPERATURY ZAK AD ELEKTRONICZNY. Eugeniusz Fengier, Ryszard Owczarz SPÓ KA JAWNA

Transkrypt

1 ZAK AD ELEKTRNIZNY FSTER Eugeniusz Fengier, Ryszard wczarz SPÓ KA JAWNA Zielona ¹ka, ul. Wenecka 2, 63-3 Pleszew tel./fax: (-62) , biuro@foster-pleszew.com.pl MIKRPRESRWY REGULATR TEMPERATURY Foster sp.j. 29 FSTER

2 . Zastosowanie Mikroprocesorowy regulator temperatury NAN s³u y do precyzyjnej regulacji procesów temperaturowych. W odró nieniu od wiêkszoœci oferowanych na rynku urz¹dzeñ posiada on dwa niezale ne modu³y pomiarowe i umo liwia sterowanie dwóch torów grzejnych. Do regulacji procesów mo emy wykorzystywaæ standardowy modu³ oparty na sterowaniu N/FF z histerez¹ oraz algorytm proporcjonalnie-ca³kuj¹co-ró niczkuj¹cy ( PID). Dodatkowo w celu u³atwienia konfiguracji parametrów PID zaimplementowano w nim Autotuning pozwalaj¹cy w sposób automatyczny dobranie wstêpnych nastaw parametrów. 2. Parametry techniczne Wejœcia pomiarowe - 2 x PT zakres pomiarowy rozdzielczoœæ wskazañ,5 Wyjœcia - wyjœcie SET - regulacja N/FF z histerez¹, PID, Autotuning - SSR ( tranzystorowe typu NPN ) - przekaÿnikowe (opcja) - wyjœcie SET 2 - regulacja N/FF z histerez¹, PID, Autotuning - SSR ( tranzystorowe typu NPN ) - przekaÿnikowe (opcja) - wyjœcie SET 3 - regulacja N/FF z histerez¹ - przekaÿnikowe - SSR ( tranzystorowe typu NPN, opcja) Parametry eksploatacyjne - zasilanie - zakres temperatur pracy Tabela. Zestawienie parametrów technicznych -35,5 2V/25mA A,23V 2V/25mA A,23V A,23V 2V/25mA 23VA Funkcje przycisków Przycisk SET s³u y do prze³¹czania pomiêdzy poszczególnymi modu³ami regulatora. Przejœcie pomiêdzy modu³ami sygnalizowane jest zapaleniem odpowiedniej diody LED.

3 Przyciski - i + s³u ¹ do zmiany wartoœci parametrów konfiguracyjnych, parametrów menu i nastaw. Dodatkowo przycisk - s³u y do kasowania alarmów wynikaj¹cych z uszkodzonych czujników temperatury b¹dÿ b³êdnego przeprowadzenia autotuningu. Przycisk + w po³¹czeniu z przyciskiem MENU umo liwia wejœcie w MENU regulatora. Przycisk MENU s³u y do zmiany Nastawy regulatora. Wejœcie do nastawy mo liwe jest w ka dym SET a uzyskujemy je poprzez pojedyncze wciœniêcie przycisku MENU. Nastêpnie przyciskiem - i + mo emy modyfikowaæ nastawê. Aby zatwierdziæ zmianê ponownie naciskamy przycisk MENU. Jednoczesne naciœniêcie przycisku + i MENU powoduje wejœcie do menu regulatora, z poziomu MENU mamy mo liwoœæ zmiany wszystkich podstawowych parametrów regulatora. 4. Zasada dzia³ania Regulator posiadam mo liwoœæ pomiaru dwóch temperatur oraz mo liwoœæ sterowania dwoma niezale nymi torami grzejnymi. Regulacja w obu torach mo e odbywaæ siê z wykorzystaniem funkcji N/FF z histerez¹, oraz z wykorzystaniem funkcji PID, dodatkowo oba tory zosta³y wyposa one w funkcjê autotuningu umo liwiaj¹c¹ poprawne dobranie parametrów PID do wiêkszoœci procesów. W wersji podstawowej regulator zosta³ wyposa ony w dodatkowe wyjœcie przekaÿnikowe (opcjonalnie SSR), które mo e byæ sterowane w zale noœci od ustawieñ konfiguracyjnych: - sterowanie N/FF z histerez¹ na podstawie temperatury TEMP - sterowanie N/FF z histerez¹ na podstawie temperatury TEMP 2 - sterowanie na podstawie temperatur TEMP i TEMP 2 z histerez¹ w funkcji AND - sterowanie na podstawie temperatur TEMP i TEMP 2 z histerez¹ w funkcji R Prawid³owa praca urz¹dzenia oznaczona jest œwiecenie diody PRAA, i zgaszeniem diody AWARIA. Dopuszcza siê jednoczesne œwiecenie diody PRAA i miganie diody AWARIA, jest to zale ne od ustawienia parametru konfiguracyjnego Err. W urz¹dzeniu wystêpuje powi¹zanie pomiêdzy poszczególnymi modu³ami SET a wyjœciami W. Diody W 3, oznaczaj¹ za³¹czenie wyjœcia odpowiadaj¹cego danemu modu³owi SET, np. œwiecenie diody W oznacza za³¹czenie wyjœcia modu³u SET. 5. Podstawowe funkcje regulatora 5.. Poruszanie siê po poszczególnych blokach sterowniczych Przejœcie pomiêdzy poszczególnymi blokami sterowania wykonujemy poprzez naciœniêcie przycisku SET. Jednokrotne naciœniêcie przycisku powoduje przejœcie do nastêpnego bloku sterowania. bjawia siê to zapaleniem zielonej diody SET przy kolejnych numerach 3. Po przejœciu do danego SET na wyœwietlaczu wyœwietlana jest aktualna temperatura danego bloku sterowania, b¹dÿ funkcja logiczna w przypadku bloku SET 3.

4 Funkcje logiczne przedstawione s¹ na wyœwietlaczu w postaci numeru zmiennej i litery oznaczaj¹cej jej logiczn¹ wartoœæ np.: - n2n - oznacza e zmienna i 2 maj¹ logiczn¹ wartoœæ N czyli warunki nie s¹ spe³nione - o2n - oznacza e zmienna ma logiczn¹ wartoœæ K czyli dla niej warunek jest spe³niony, natomiast zmienna 2 ma logiczn¹ wartoœæ N czyli dla niej warunek nie jest spe³niony. Stan wyjœcia W3 zale eæ bêdzie od zastosowanej dla modu³u SET 3 funkcji logicznej AND lub R Zmiana wartoœci zadanej W zale noœci od ustawieñ konfiguracyjnych mo liwe jest ustawianie jednej nastawy wspólnej dla wszystkich bloków sterowania, b¹dÿ ró nych nastaw dla ka dego z wyjœæ. - w przypadku wykorzystywania jednej wspólnej nastawy dla wszystkich wyjœæ, naciœniêcie przycisku MENU niezale nie od wyœwietlanego SET powoduje wyœwietlenie napisu NSTA, nastêpnie przyciskiem - lub + wchodzimy do wyœwietlania wartoœci nastawy. Tymi samymi przyciskami zmieniamy wartoœæ nastawy, wychodzimy z nastawy naciskaj¹c dwukrotnie przycisk MENU. temperatury, b¹dÿ napis Err z numerem b³êdu. W takim przypadku nale y nacisn¹æ przycisk - w celu skasowania awarii. Jeœli warunek wyst¹pienia awarii znikn¹³ urz¹dzenie ca³e urz¹dzenie podejmie ponownie pracê, a dioda PRAA zapali siê. Mo liwe b³êdy urz¹dzenia: Err - b³¹d autotuningu dla modu³u SET, oznacza brak mo liwoœci wykonania tuningu, dok³adny opis w punkcie 7.3. Err2 - b³¹d autotuningu dla modu³u SET, oznacza brak mo liwoœci wykonania tuningu, dok³adny opis w punkcie 7.3. Migaj¹ca wartoœæ temperatury, oznacza przekroczon¹ maksymaln¹ temperaturê pomiarow¹ dla danego SET. Maksymalna temperatura to 35 o. - w przypadku korzystania z ró nych nastaw dla ka dego z bloków sterowania wejœcie do funkcji nastawy nastêpuje poprzez naciœniêcie przycisku MENU, jednak w zale noœci od tego w którym bloku sterowania siê znajdujemy, wejdziemy do nastawy przyporz¹dkowanej danemu SET. Na wyœwietlaczu pojawi siê napis NST 3, który oznacza numer bloku sterowania i nastawê temperatury dla niego. Nastêpnie przyciskiem - lub + wchodzimy do wyœwietlania wartoœci nastawy. Tymi samymi przyciskami zmieniamy wartoœæ nastawy, wychodzimy z nastawy naciskaj¹c dwukrotnie przycisk MENU. NAZWA NSt nst 2 nst 3 NStA PIS PARAMETRÓW Nastawa dla bloku SET Nastawa dla bloku SET 2 Nastawa dla bloku SET 3 Nastawa globalna Tabela 2. Dopuszczalne zakresy nastaw ZAKRESY PARAMETRÓW FABRYZNE 6. Tryb konfiguracyjny i tryb menu - parametry 6.. Tryb konfiguracyjny Tryb konfiguracyjny zawiera najwa niejsze funkcje urz¹dzenia decyduj¹ce o rodzaju zastosowanego sterowania, oraz reakcji na b³êdy i rodzaj nastawy. Wejœcie do trybu konfiguracyjnego mo liwe jest tylko podczas za³¹czenia zasilania urz¹dzenia. Wci¹gu 3 sekund od podania napiêcia zasilaj¹cego nale y nacisn¹æ przycisk SET, na wyœwietlaczu zacznie migaæ napis FG, nastêpnie nale y puœciæ przycisk SET i na chwilê przycisn¹æ przycisk MENU. Na wyœwietlaczu pojawi siê pierwszy parametr, przyciskiem MENU przechodzimy pomiêdzy poszczególnymi parametrami. Aby wyjœæ z trybu konfiguracji nale y przyciskiem MENU dojechaæ do parametru END a nastêpnie przycisn¹æ przycisk - lub +. Wszystkie ustawienia zostan¹ zapisane a regulator przejdzie do normalnej pracy.

5 Dok³adna zasada dzia³ania algorytmu N/FF punkcie 7.. z histerez¹ zosta³a opisana w tryb 2 - jest to tryb w którym modu³ SET3 pracuje w oparciu o logikê AND. W tym trybie wyjœcie W3 zostanie za³¹czone w przypadku osi¹gniêcia temperatur zadanych przez modu³y SET i SET2, niezale nie od tego jakie s¹ ich wartoœci nastaw. Stan taki bêdzie siê utrzymywa³ do czasu gdy co najmniej jedna z wartoœci mierzonych nie spadnie do poziomu: nastawa danego modu³u - HI3 Tryb ten pozwala na wystawienie przyzwolenia na pracê dodatkowych elementów wykonawczych sterowanych wyjœciem W3, pod warunkiem jednoczesnego osi¹gniêcia temperatur zadanych w dwóch modu³achset i SET2. tryb 3 - jest to tryb w którym modu³ SET3 pracuje w oparciu o logikê R. W tym trybie wyjœcie W3 zostanie za³¹czone w przypadku osi¹gniêcia temperatury zadanej przez co najmniej jeden modu³ SET lub SET2, niezale nie od tego jakie s¹ ich wartoœci nastaw. Stan taki bêdzie siê utrzymywa³ do czasu gdy obie wartoœci mierzone nie spadn¹ do poziomu: nastawa danego modu³u - HI3 Tryb ten pozwala na wystawienie przyzwolenia na pracê dodatkowych elementów wykonawczych sterowanych wyjœciem W3, pod warunkiem osi¹gniêcia temperatury zadanej przez co najmniej jeden z modu³ów SET lub SET2. NAZWA ut ut 2 ut 3 Err Nstc 6.2. Tryb menu PIS PARAMETRÓW Sposób regulacji bloku SET Sposób regulacji bloku SET 2 Sposób regulacji Bloku SET 3 Konfiguracja Zadzia³ania awarii Rodzaj nastaw Tabela 3. Parametry konfiguracyjne ZAKRESY PARAMETRÓW - Regulacja modu³u N/FF z histerez¹ - Regulacja modu³u z funkcj¹ PID - Regulacja modu³u N/FF z histerez¹ - Regulacja modu³u z funkcj¹ PID - Regulacja z nastaw¹ na podstawie temp. SET - Regulacja z nastaw¹ na podstawie temp. SET Reg. w oparciu o funkcjê AND nastaw SET i SET 3 - Reg. w oparciu o funkcjê R nastaw SET i SET - Podczas awarii przerywa pracê danego modu³u - Podczas awarii przerywa pracê ca³ego urz¹dzenia - Niezale na nastawa dla ka dego modu³u SET - Wspólna nastawa dla wszystkich modu³ów SET FABRYZNIE Tryb menu pozwala na zmianê wszystkich parametrów niezbêdnych do prawid³owej pracy urz¹dzenia. Wejœcie do trybu MENU uzyskujemy poprzez wciœniêcie przycisku +, nastêpnie trzymaj¹c przycisk + wciskamy przycisk MENU. Na wyœwietlaczu pojawi siê pierwszy parametr. Tryb menu aktywny jest we wszystkich modu³ach SET i zawsze zawiera te same parametry. Kolejne naciœniêcia przycisku MENU powoduj¹ przechodzenie pomiêdzy poszczególnymi parametrami. Przyciskami - i + wchodzimy do edycji wartoœci danego parametru. Z trybu menu wychodzimy automatycznie po dojœciu do ostatniego parametru. Wszystkie wprowadzone zmiany zostan¹ zapisane. 8. Tryby awaryjne i b³êdy Urz¹dzenie posiada inteligentny algorytm wykrywania i analizy b³êdów. W zale noœci od parametru konfiguracyjnego Err wyst¹pienie b³êdów w dwojaki sposób bêdzie siê przek³ada³o na dzia³anie urz¹dzenia. Err= - w tym przypadku wyst¹pienie awarii jednego z modu³ów SET nie wyklucza pracy ca³ego urz¹dzenia. Zaczyna migaæ dioda AWARIA jednak dioda PRAA nadal siê pali co oznacza e urz¹dzenie nadal jest w stanie praca. W przypadku zapalenia siê diody AWARIA nale y przyciskiem SET przeœledziæ odczyty temperatur z wszystkich modu³ów, dla modu³u w którym wyst¹pi³a awaria na wyœwietlaczu bêdzie miga³a wartoœæ temperatury, b¹dÿ napis Err z numerem b³êdu. W takim przypadku nale y nacisn¹æ przycisk - w celu skasowania awarii. Jeœli warunek wyst¹pienia awarii znikn¹³ dany modu³ podejmie ponownie pracê. Err= - w tym przypadku wyst¹pienie awarii jednego z modu³ów SET wyklucza pracê ca³ego urz¹dzenia. Zaczyna migaæ dioda AWARIA i gaœnie dioda PRAA. Nale y wówczas przyciskiem SET przeœledziæ odczyty temperatur z wszystkich modu³ów, dla modu³u w którym wyst¹pi³a awaria na wyœwietlaczu bêdzie miga³a wartoœæ NAZWA PIS PARAMETRÓW Hi histereza modu³u SET At autotuning modu³u SET Pb zakres proporcjonalnoœci SET Ti sta³a ca³kowania SET Td sta³a ró niczkowania SET Tc okres impulsowania SET Hi 2 histereza modu³u SET 2 At 2 autotuning modu³u SET 2 Pb 2 zakres proporcjonalnoœci SET 2 Ti 2 sta³a ca³kowania SET 2 Td 2 sta³a ró niczkowania SET 2 Tc 2 okres impulsowania SET 2 Hi 3 histereza modu³u SET 3 pu czas pracy urz¹dzenia Tabela 4. Parametry MENU ZAKRESY PARAMETRÓW Autotuning wy³¹czony - Autotuning w³¹czony Autotuning wy³¹czony - Autotuning w³¹czony parametr nieedytowalny FABRYZNIE s s s s s s h

6 7. Tryby pracy regulatora 7.. Praca w trybie N/FF z histerez¹ Praca w trybie N/FF z histerez¹ jest to tryb pracy w którym wyjœcie danego modu³u SET jest na sta³e za³¹czone a do osi¹gniêcia przez obiekt sterowany temperatury nastawionej. Powy ej temperatury nastawionej wyjœcie regulatora jest na sta³e wy³¹czone. Za³¹czenie wyjœcia nastêpuje z chwil¹ spadku temperatury na obiekcie o wartoœæ o histerezê mniejsz¹ od nastawy Regulacja PID Algorytm PID jest mo liwy do zastosowania w modu³ach SET i SET 2. Regulator pracuje w trybie PID, gdy parametr konfiguracyjny UT 2, jest równy. Dla regulacji PID aktywne s¹ parametry Pb, Ti, Td, Tc. Parametr Pb ma wp³yw na zakres proporcjonalnoœci regulatora wyra ony w o. Wp³yw cz³onu ca³kuj¹cego i ró niczkuj¹cego regulacji PID okreœlaj¹ kolejno parametry Ti i Td. Parametr Tc okreœla okres impulsowania dla danego wyjœcia W. W celu mo liwoœci wykorzystania wyjœæ regulatora w regulacji PID do wspó³pracy z przekaÿnikami elektromechanicznymi ograniczono minimalny czas zmian wyjœcia do s, niezale nie od dok³adnych obliczeñ algorytmu PID. Ze wzglêdu na skomplikowany mechanizm rêcznego doboru poprawnych parametrów regulacji PID, zaleca siê skorzystanie z funkcji Autotuningu, opisanej w nastêpnym rozdziale Autotuning PID Funkcja autotuningu PID umo liwia poprawne dobranie parametrów PID regulatora w wiêkszoœci procesów regulacji. Aby autotuning móg³ zostaæ przeprowadzony musz¹ byæ spe³nione nastêpuj¹ce warunki: - temperatura pocz¹tkowa musi byæ sta³a i ustabilizowana - ró nica pomiêdzy wartoœci¹ zadan¹ a pocz¹tkow¹ musi wynosiæ co najmniej 4 - temperatura pocz¹tkowa nie mo e byæ ni sza ni 5. W celu uruchomienia autotuningu nale y parametr AT dla wybranego modu³u SET ustawiæ na. Takie ustawienie parametru AT powoduje, e ka de w³¹czenie zasilania urz¹dzenia spowoduje rozpoczêcie funkcji autotuningu dla danego SET. Procedura autotuningu wykonywana jest w kilku krokach: - opóÿnienie za³¹czenia autotuningu o czas minuty - jest to czas niezbêdny na za³¹czeniezasilania elementów wykonawczych - w³¹czenie elementów wykonawczych - wyznaczenie charakterystyki obiektu - obliczenie i zapisanie w pamiêci nielotnej urz¹dzenia parametrów: Pb, Ti, Tdi Tc - rozpoczêcie regulacji obiektu z nowymi nastawami algorytmu PID Praca w trybie autotuningu oznaczona jest miganiem kropki na wyœwietlaczu. W celu doboru poprawnych parametrów PID w procedurze autotuningu wskazane jest uruchamianie autotuningu w obiekcie o ustabilizowanej temperaturze, przed uruchomieniem autotuningu nale y wy³¹czyæ zasilanie elementu wykonawczego zewnêtrznym wy³¹cznikiem. Po wykonaniu poprawnej procedury ucz¹cej wskazane jest wy³¹czenie funkcji autotuningu AT = dla danego SET. Uniemo liwi to przypadkowe wykonywanie funkcji ucz¹cej. W przypadku b³êdnego wykonania autotuningu, lub niemo liwoœci jego wykonania na wyœwietlaczu pojawi siê migaj¹cy napis Err 2, w zale noœci od modu³u SET w którym autotuning by³ wykonywany. Taka sytuacja mo e mieæ miejsce w przypadku gdy: - wartoœæ pocz¹tkowa temperatury jest wiêksza ni wartoœæ zadana - przekroczony zosta³ maksymalny czas tuningu ( 9 godzin) W takiej sytuacji nale y wy³¹czyæ zasilanie elementu grzejnego i poczekaæ do ustabilizowania siê temperatury w wartoœci zbli onej do temperatury otoczenia, nastêpnie rozpocz¹æ funkcjê tubingu od nowa. W celu ograniczenia mo liwoœci b³êdnego doboru parametrów PID, autotuning zostanie automatycznie przerwany i regulator zacznie pracowaæ z ostatnio dobranymi parametrami w sytuacji gdy: - temperatura pocz¹tkowa jest mniejsza ni 5 - temperatura pocz¹tkowa jest mniejsza od wartoœci nastawionej o mniej ni 4 W sytuacji zmiany warunków pracy urz¹dzenia, b¹dÿ znacznej zmiany wartoœci nastawionej wskazane jest ponowne wykonanie funkcji autotuningu Rêczny dobór parametrów PID Mo liwy jest rêczny dobór parametrów PID, w celu przeprowadzenia tego procesu nale y prze³¹czyæ dany modu³ SET w tryb pracy N/FF z histerez¹, gdzie wartoœæ parametru HI =. W celu ochrony przed niewskazanymi przeregulowaniami nale y obni yæ wartoœæ nastawy. Nastêpnie musimy obserwowaæ i zanotowaæ wartoœæ pierwszej oscylacji oraz czas pomiêdzy drug¹ a trzeci¹ oscylacj¹ T. Parametry konfiguracyjne dobiera siê z zale noœci: - Pb = [ ] - Ti = T [s] - Td = T/4 [s] - Ti = T/8 [s] 7.4. Tryby pracy modu³u SET 3 Modu³ SET3 posiada cztery tryby pracy, pozwala to na znaczn¹ elastycznoœæ uk³adu sterowania, oraz wykorzystanie zale noœci logicznych. Tryby pracy ustawia siê w menu konfiguracyjnym, parametr UT3. tryby i - s¹ to standardowe algorytmy sterowania oparte o pracê N/FF z histerez¹. W trybie - modu³ pracuje w oparciu o temperaturê mierzon¹ TEMP, oraz o histerezê HI3. W trybie - modu³ do pracy wykorzystuje temperaturê b i histerezê HI3.