Технологическая часть

1.2 Устройство и работа прибора ОВЕН 2ТРМ1

Элементы прибора ОВЕН 2ТРМ1 размещены на двух печатных платах. Одна связана с лицевой панелью, а другая с тыльной стороной прибора.

На 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 ОВЕН 2ТРМ1 . На этой схеме слева показано, что сигнал по стрелке «Главная ОС цифровой САР» попадает на блок «Вход». Прибор ОВЕН 2ТРМ1 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 ОВЕН 2ТРМ1 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):



- 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 ОВЕН 2ТРМ1 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 ОВЕН 2ТРМ1 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 ОВЕН 2ТРМ1 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:
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;
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);
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;
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.