1.1.10_Раздел_2.8 (методическая документация от Колесникова Сергея по стенду САУ-МАКС)

2.8. РАБОТА №7. ИЗУЧЕНИЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО КОНТРОЛЛЕРАТЕМПЕРАТУРЫ МС-25382.8.1. Цель работыОзнакомиться с устройством и техническими характеристиками программируемого температурного контроллера МС-2538, выпускаемого фирмой MAXTHERMO (Тайвань), изучить основные функции и приобрести навыки программирования.2.8.2. Содержание работы1. Дома при подготовке к проведению лабораторной работы изучить:- назначение и технические характеристики программируемого температурного контроллера МС-2538 (в дальнейшем изложении - контроллер);- основные узлы и возможности модуля температурного контроллера лабораторного комплекса;- принципы программирования контроллера.2. В лаборатории провести экспериментальные исследования заданных вариантов режимов работы контроллера из ниже перечисленных:- режим ON/OFF;- режим П-регулятора;- режим ПИ-регулятора;- режим ПД-регулятора;- режим ПИД-регулятора.3.

Провести обработку экспериментальных данных, сделать выводы и составить отчёт по работе.2.8.3. Общие технические характеристики контроллера МС-2538На рис.2.8.1 показан внешний вид контроллера МС-2538. Пояснения к позиционным обозначениям рис.2.8.1 даны в табл.2.8.1.173Рис.2.8.1. Температурный контроллер МС-2538Таблица 2.8.1.№ п/п1ОбъектИндикатор PV2Индикатор SV3 – 101112 – 16OUT1OUT2ATAL1AL2AL3MANPROСветодиодная строкаРабочиеиндикаторыКнопкиуправленияОписаниеОтображается текущее значение в рабочем режиме и параметр при программированииОтображается температурная уставка в рабочем режиме изначение параметра при программированииСостояние выхода 1 (нагрев)Состояние выхода 2 (охлаждение)Состояние автонастройкиСостояние сигнального выхода 1 (сигнал 1)Состояние сигнального выхода 2 (сигнал 2)Состояние сигнального выхода 3 (сигнал 3)Ручной режимРежим программированияОтображение процента включённого состояния выхода 1в общем времени циклаКнопка выбора режима и настройкиВыбор режима работы (Автоматический/ручной)Вверх/стартВниз/паузаДалее/паузаУказанные на рис.2.8.1 и в табл.2.8.1.

позиции 3 – 10 имеются в максимальной конфигурации температурного контроллера МС-2538. В конфигурации контроллера, используемого в лабораторном комплексе, имеются только позицииOUT1, AT, AL1 и MAN. Остальные позиции не доступны в данной конфигурации.В табл.2.8.2. представлены общие характеристики контроллера МС-2538.174Таблица 2.8.2.ПараметрХарактеристикаНапряжение питания85-265 В переменного токаПотребляемая мощность2 ВАЧисло входов/выходов1 вход/ выход управляющий релейный + выход сигнальныйТип входапо напряжению с термопары; по напряжению: 0–1В, 0–5В, 1–5В,0–10В, 2–10В; по току: 0–20мА, 4–20мАПодключаемые термопары типы B, E, J, K, N, R, S, T, U, W, PT100 (JIS), PT100(DIN), PT50(JIS)Тип выходарелейный 5А/240ВТип сигнального выходарелейный 5А/240В (19 режимов работы)ON/OFF переменное включение/выключение выходаРежимы работыПпропорциональный режимконтроллераИинтегральный режимДдифференциальный режимПИД режим ПИД-регулятора2.8.4.

Подключение входных и выходных сигналовНа рис.2.8.2 дана схема подключения входных и выходных сигналов, а такжепитания к контроллеру МС-2538.Рис.2.8.2. Схема подключения входных и выходных сигналов контроллера2.8.5. Режимы работы температурного контроллера МС-2538Контроллер МС-2538 фирмы MAXTHERMO обеспечивает работу управляющего выхода в пяти режимах (ON/OFF, П-, ПИ-, ПД- и ПИД-регуляторы) иработу сигнального выхода в 17 режимах, которые будут перечислены ниже.1. Режим ON/OFF.

Режим работы ON/OFF выхода ТК самый простой в описании из всех используемых режимов в контроллере. В данном режиме управляющий выход находится во включенном состоянии все время, пока текущее зна175чение температуры ТТЕК меньше значения температуры уставки ТУСТ. При превышении ТТЕК температуры уставки управляющий выход выключается и включаетсявновь при понижении температуры до ТУСТ.

Временные диаграммы работыуправляющего выхода в данном режиме представлены на рис.2.8.3а.При работе контроллера на температуре уставки, управляющий выход переменно включается и выключается из-за малых изменений температуры. Это отрицательно сказывается на сроке службы реле и на внешних устройствах, подключаемых к управляющему выходу контроллера. Поэтому при работе управляющеговыхода в режиме ON/OFF используется некоторый диапазон, называемый гистерезисом. Данный параметр необходимо настроить при программировании температурного контроллера.

После настройки гистерезиса управляющий выход будетвключаться при температуре, которая ниже заданной на величину гистерезиса(рис.2.8.3б).Настройка гистерезиса производится в меню 2 в параметре «HYS1». Величина значения гистерезиса может устанавливаться в диапазоне 0 – 1000 единиц измерения температуры.При работе в режиме ON/OFF переходный процесс протекает подобно тому,который представлен на рис.2.8.3а. Текущее значение температуры поднимаетсявыше уставки (перерегулирование) и далее качается около температуры уставки(качание).а)б)Рис.2.8.3.

а) Принцип работы выхода и б) гистерезистемпературного контроллера в режиме ON/OFF2. Режим П-регулятора. В данном режиме управляющий выход контроллераработает несколько иначе. В режиме П-регулятора в программе температурногоконтроллера устанавливается время пропорционального цикла Т. Контроллер рассчитывает время включенного и выключенного состояния выходного реле.

Приэтом с увеличением температуры и приближением её текущего значения к значению температуры уставки время включенного состояния выхода уменьшается, апри достижении заданной температуры выход выключается (см. рис.2.8.4). Данный способ регулирования также можно назвать пропорционально-временнымспособом управления.

При работе выхода в данном режиме необходимо настроить относительный диапазон Р, величина которого выражается в процентах по отношению к диапазону регулирования температуры данного контроллера (в нашемслучае диапазон температуры 0 – 300 Со). На рис.2.8.5 представлены временныедиаграммы работы управляющего выхода и переходные процессы изменениятемпературы при относительно большом и малом диапазоне Р.176П-регулирование вызывает некоторую ошибку текущего значения по отношению к уставке. Это возможно из-за разницы между теплоемкостью объектауправления и теплоемкостью нагревателя. Эта ошибка называется смещением.Оно может быть как положительным, так и отрицательным (рис.2.8.6).Зона настройки относительного диапазона Р составляет 0 – 200% (меню 2,параметр «Р1»).

Время пропорционального цикла Т можно изменять в диапазонеот 0 до 150 сек. (меню 2, параметр «CYT1»). Заводское значение CYT1=10сек.Рис.2.8.4. Принцип работы выхода ТК в режиме П-регулятораРис.2.8.5. Временные диаграммы работы выхода ТК и переходные процессы изменения температуры в режиме П-регулятора (Р2>Р1)Рис.2.8.6. Смещение в режиме П-регулятора3. Режим ПИ-регулятора. При работе управляющего выхода в данном режиме дополнительно к пропорциональной составляющей необходимо настроитьпостоянную времени интегрирования ТИ.

Интегрирующая составляющая вводитсядля компенсации смещения, возникающего при работе П-регулятора (рис.2.8.7).На рис.2.8.8 приведены динамические характеристики ПИ-регулятора приразличных значениях времени ТИ, поясняющие принцип работы ПИ-регулятора.177Постоянная времени ТИ может изменяться в диапазоне 0 – 3600 сек. Его настройка производится в меню 2 в параметре «I1».Рис.2.8.7.

Временные диаграммы работы выхода ТК и переходные процессы изменения температуры в режиме ПИ-регулятора (Ти2>Ти1)Рис.2.8.8. Динамические характеристики ПИ-регулятора при различных ТИ4. Режим ПД-регулятора. При работе управляющего выхода в данном режиме дополнительно к пропорциональной составляющей необходимо настроитьпостоянную времени дифференцирования ТД.

Дифференциальная составляющаявводится для более быстрой отработки колебаний текущего значения температуры, возникающих при воздействии внешних возмущений (см. рис.2.8.9).На рис.2.8.10 приведены динамические характеристики ПД-регулятора приразличных значениях времени ТД, поясняющие принцип работы ПД-регулятора.Постоянная времени ТД может изменяться в диапазоне 0 – 900 сек. Его настройка производится в меню 2 в параметре «D1».178Рис.2.8.9. Временные диаграммы работы выхода ТК и переходные процессы изменения температуры в режиме ПД-регулятора (Тд2>Тд1)Рис.2.8.10. Динамические характеристики ПД-регулятора при различных ТД5.

Режим ПИД-регулятора. Данный режим работы управляющего выходатемпературного контроллера объединяет качества описанных ранее П-, ПИ- и ПДрегуляторов (рис.2.8.11).Рис.2.8.11. ПИД-регулирование179В режиме ПИД-регулирования температура устанавливается и поддерживается постоянной без качания (П-регулятор), смещение, возникающее при Прегулировании, компенсируется за счет интегральной составляющей (ПИрегулятор), а также происходит более быстрая отработка внешнего возмущающего воздействия (ПД-регулятор).В этом режиме работы выхода ТК необходимо настроить относительныйдиапазон Р, интегральное время ТИ и дифференциальное время регулятора ТД.При работе управляющего выхода контроллера в режиме ПИД-регулятораесть возможность автонастройки параметров регулятора.