Поведение объекта при классическом ПИД-регулировании демонстрирует черная кривая на рисунке.

При длительном выходе на уставку ПИД-регулятор производит «перерегулирование» объекта. «Перерегулирование» связано с тем, что в процессе выхода на уставку накопилось очень большое значение интегральной составляющей в выходном сигнале регулятора (мощности).

После «перерегулирования» начинается уменьшение значения интегральной составляющей, что, в свою очередь, приводит к провалу ниже уставки – «недорегулированию». Только после одного-двух таких колебаний ПИД-регулятор выходит на требуемое значение мощности.

Во избежание «перерегулирования» и «недорегулирования» задать диапазон значений для накопленной интегральной составляющей:

• ограничение максимума интеграла – параметр i.Upr – задает максимальный процент выходной мощности, полученной в результате накопления интегральной составляющей;

• ограничение минимума интеграла – параметр i.min – задает минимальный процент выходной мощности, полученной в результате накопления интегральной составляющей.

Внимание

Следует понимать, что ограничения параметров i.min и i.UPr распространяются только на интегральную составляющую. Конечное значение выходной мощности, полученное как сумма пропорциональной, дифференциальной и интегральной составляющих, лежит вне пределов, заданных i.min и i.UPr. Ограничение конечного значения выходной мощности в системе задается параметрами P.min и P.UPr .

Для уменьшения колебаний при переходных процессах можно также задать номинальную мощность. Номинальная мощность – это средняя мощность, которую надо подать в объект регулирования для достижения требуемой уставки. В рассматриваемом примере номинальную мощность P.nom нужно задать равной 60 %. Тогда при работе к значению выходной мощности, рассчитанной ПИД-регулятором, будет прибавляться номинальная мощность. При задании номинальной мощности параметры ограничения интеграла следует задать от значения P.nom. Соответственно, в примере для достижения значения интегральной составляющей от 50 до 70 % и при P.nom = 60 % следует задать i.min = –10 %, а i.UPr = +10 %.

Работа системы с заданной номинальной мощностью и ограничениями интегральной составляющей показана на рисунке. Переходный процесс протекает быстрее, т. к. значение выходной мощности сразу начинает расти от P.nom, а не от нулевого значения.

Также задание Р.nom следует при использовании ПД-регулятора.

Значение параметра db (зона нечувствительности) влияет на величину полосы пропорциональности (Pb), смещая её в сторону уменьшения (для нагревателя) на db/2.

Коэффициент мощности холодильника P.CLD задает соотношение мощности холодильника и нагревателя при регулировании системы "нагреватель-холодильник". Параметр показывает мощность холодильника, если принять мощность нагревателя за 1.

Предупреждение

В системе, функционирующей только с «холодильником», следует сначала задать мощность «нагревателя», а затем настроить мощность «холодильника» с помощью параметра P.CLD.

Параметр P.CLD автоматически определяется во время настройки ПИД, в т. ч. и для системы с чистым «нагревателем», где этот параметр не используется.

Автоматическая настройка ПИД-регулятора нужна для того, чтобы за короткое время определить параметры Регулятора, которые будут использоваться в последующем процессе регулирования.

Во время автонастройки производится регулирующее воздействие на объект в большом диапазоне и с большой скоростью изменения. Это может привести к выходу объекта регулирования из строя, например, вследствие гидравлических ударов или недопустимых температур.

Процесс автонастройки проходит непосредственно на объекте, поэтому следует предварительно задать конфигурацию прибора, а также подключить к нему требуемые датчики и ИМ.

Условия, в которых проводится автонастройка, должны быть максимально приближены к реальным условиям эксплуатации объекта.

Автонастройка ведется для каждого Канала в отдельности.

Если технические условия эксплуатации объекта не допускают изменения регулирующего воздействия в широком диапазоне и со значительными скоростями изменения, то следует задать приблизительную настройку Регулятора в ручном режиме

Для исполнительных механизмов, которые различаются по характеру физического воздействия на регулируемый объект, методы проведения Автонастройки также будут различаться. ИМ прибора подразделяются на следующие типы:

• с ненулевым временем перевода рабочей части ИМ из одного крайнего положения в другое;

• с нулевым временем перевода рабочей части ИМ из одного крайнего положения в другое.

Внимание

При проведении автонастройки прибор должен находиться в состоянии Стоп (на ЦИ2 отображается StoP).

К исполнительным механизмам с ненулевым временем хода относятся различные задвижки, поворотные клапана, шторки, жалюзи и т. д. Отличительной особенностью таких им является то, что перевод рабочей части из одного положения в другое осуществляется за время от нескольких секунд до нескольких десятков минут. Это время хода требуется учитывать при вычислении параметров ПИД-регулятора при автонастройке.

ИМ с ненулевым временем хода могут быть трехпозиционного типа (т. е. управляемые сигналами больше/меньше/стоп, требующие для управления двух реле) или ИМ с аналоговым управлением (управляются унифицированным сигналом от 4 до 20 мА или унифицированным сигналом от 0 до 10 В).

Для проведения автонастройки при управлении задвижкой следует:

1. Полностью сконфигурировать прибор в соответствии с подключаемыми к нему датчиками и исполнительными механизмами.

2. Задать из Конфигуратора (или с лицевой панели прибора) параметр автонастройки Y0 для выбранного канала регулирования -- начальное значение мощности, при которой будет проходить автонастройка в %.

3. Установить в параметре YdoP "максимальное допустимое отклонение регулируемой величины". В процессе автонастройки регулируемая величина будет колебаться с амплитудой YdoP. Слишком большое значение YdoP приведет к недопустимому воздействию на управляемый объект. Напротив, при слишком малом значении YdoP воздействие на объект будет недостаточным, и его параметры будут определены неточно. При регулировании температуры оптимальное значение YdoP находится в диапазоне 5...30 с.

4. Задать параметр R.el – «тип исполнительного механизма по характеру физического воздействия на объект регулирования» и параметр t.val – «время перевода рабочего органа ИМ из одного крайнего положения в другое» – в секундах.

   Внимание

   Для трехпозиционного ИМ следует задать время полного хода из одного крайнего положения в другое в двух параметрах: t.val и tР.Н. Если значения параметров t.val и tp.h не будут совпадать, это может привести к ошибочному расчету коэффициентов регулятора при АНР. При использовании конфигуратора на среднем уровне доступа эти параметры автоматически синхронизируются, и значение tР.Н будет скопировано из t.val.
   Для корректной работы задвижки с аналоговым управлением значение параметра r.el должно быть «ИМ типа задвижка», а значение параметра se.p – двух позиционный ИМ.

   Для ИМ с аналоговым управлением задается только параметр t.val.

5. Задать параметр «допустимое отклонение мощности» Рtol, в папке «параметры ИМ», который отвечает за отклонение мощности в процентах от установившегося значения. Рекомендуемый интервал 5…10 %. Меньшее значение следует устанавливать при отсутствии в процессе настройки воздействий на объект или при наличии ограничений на условия эксплуатации объекта.

Для проведения автонастройки прибора следует:

1. Для входа в режим автонастройки одновременно нажать кнопки + (порядок нажатия важен). На ЦИ1 отображается слово «anr».

   Для подтверждения входа в режим нажать кнопку .

2. Выбрать Объект, в котором находится настраиваемый регулятор, кнопками и . Для подтверждения выбора объекта нажать кнопку .

3. С помощью кнопок и , регулировать работу ИМ (процесс отображается на ЦИ2, регулируемая величина - на ЦИ1). Стабилизировать значение величины в требуемом диапазоне. По окончании стабилизации нажать кнопку .

4. Проконтролировать изменение величины на ЦИ1 и выходного сигнала на ЦИ2.

   Прибор должен работать в режиме двухпозиционного регулирования с переключением выходного сигнала регулятора между максимальным Рmax = Рstab + Рtol и минимальным Рmin = Рstab — Рtol уровнями, где Рstab – значение выходного сигнала регулятора, при котором был запущен процесс автонастройки (см. п 3).

5. Когда настройка выполнена, на ЦИ2 мигает сообщение donE.

   Нажать кнопку .

   Прибор возвращается из режима автонастройки в состояние СТОП.

Индикация параметров автонастройки

Текущие значения регулируемой величины и выходного сигнала Регулятора по умолчанию отображаются на ЦИ1 и ЦИ2 соответственно. Нажатием кнопки можно вывести на эти ЦИ текущие значения других параметров (см. рисунок)

Предупреждение

Во время автонастройки на ЦИ3 и ЦИ4 выводится служебная информация.

Остановка автонастройки

Возможные проблемы при проведении автонастройки

Ручная подстройка ПИД-регулятора

Ручная подстройка осуществляется итерационным методом с оценкой процесса по двум показателям:

• наличие колебаний;
• переход графика регулируемой величины через уставку.

Предупреждение

Настройка ПИД-регулятора может пройти некорректно в следующих системах:

• с непрогнозируемыми внешними возмущающими воздействиями;
• с разнородными нагрузками (например, ГВС днем и вечером).

В зависимости от показателей параметры корректируются по рекомендациям:

• увеличение параметра К_п (уменьшение X_p) способствует увеличению быстродействия регулятора, но амплитуда колебаний регулируемой величины может возрасти до недопустимого уровня;
• уменьшение К_п (увеличение X_p) способствует уменьшению колебаний регулируемой величины, вплоть до исчезновения, но ухудшается быстродействие регулятора и повышается вероятность колебаний регулируемой величины;
• при завышенном значении Т_и процесс подхода регулируемой величины к уставке становится односторонним даже при наличии колебаний, но быстродействие регулятора уменьшается;
• при заниженном значении Т_и появляется значительный переход регулируемой величины через уставку, но существенно ухудшается быстродействие регулятора и повышается вероятность колебаний регулируемой величины;
• увеличение Т_д способствует повышению быстродействия системы, но повышается ее чувствительность к помехам и возможно появление высокочастотных колебаний регулируемой величины с малым периодом.

При оптимальной подстройке регулятора график регулируемой величины должен иметь минимальное значение показателя ошибки регулирования (А₁) при достаточно степени затухания φ = 1 – А₃/А₁ (0,8…0,9).

Пример ручной настройки ПИД-регулятора

Для настройки ПИД-регулятора следует:

1. На приборе установить (диапазон параметров приведен в Приложении Настраиваемые параметры) следующие значения:

   • Х_P = 9999;
   • τ_и = 0;
   • τ_д = 0.
2. Задать уставку.
3. В ходе наблюдений фиксировать значения регулируемого параметра (скорость и время подхода к уставке).
4. В ходе настройки руководствоваться таблицей.

Описание шагов примера

Шаг	Параметры	Оценка процесса	Решение
1	ХP = 9999 τи = 0 τд = 0	Долго подходит к уставке, не пересекает	Уменьшить ХP (в два раза)
2	ХP = 5000 τи = 0 τд = 0	Быстрее подходит к уставке, не пересекает	Уменьшить ХP (в два раза)
3	Сделать несколько итераций, до тех пор, пока появятся признаки колебаний. Измерить период (Тк). Для следующей итерации можно принять τи = Тк / 2 для ускорения процесса настройки
4	ХP = 500 τи = Тк / 2 τд = 0	Очень быстро подходит к уставке, не пересекает, колебательность усилилась	Зафиксировать ХP , изменить τи
5	ХP = 500 τи = 2000 τд = 0	Подходит к уставке, не пересекает	Уменьшить τи (в два раза)
6	ХP = 500 τи = 1000 τд = 0	Подходит к уставке, не пересекает	Уменьшить τи и ХP (в два раза)
7	Сделать несколько итераций до тех пор, пока регулируемая величина не пересечет уставку и начнет колебания около этого значения
8	ХP = 125 τи = 250 τд = 0	Регулируемая величина пересекла уставку. Проверить соотношение амплитуд А3 / А1 ≈ 0,1 Если колебания удовлетворяют условию – регулятор настроен. Если нет — фиксировать τи и ХP, задать τд = τи / 5
9	ХP = 125 τи = 250 τд = 50	Проверить соотношение амплитуд А3 / А1 ≈ 0,1 Не удовлетворяет условию — уменьшить i на 10 %
10	ХP = 125 τи = 250 τд = 40	Регулятор настроен

Двухпозиционный регулятор (ON/OFF) – компаратор – вырабатывает выходную мощность, которая имеет только два значения: минимальное и максимальное. При работе прибора с ИМ типа «нагреватель-холодильник» это следующие значения:

• «–1» (–100 %) «холодильник» включен, «нагреватель» выключен;

• «0» (0 %) – «нагреватель» и «холодильник» выключены;

• «+1» (100 %) – «нагреватель» включен, «холодильник» выключен.

Двухпозиционный регулятор типа «нагреватель» включает «нагреватель» при значениях регулируемой величины, меньших Уставки, и выключает при значениях регулируемой величины, больших Уставки. Двухпозиционный регулятор типа «холодильник» включает «холодильник» при значениях регулируемой величины, больших Уставки, и выключает при значениях регулируемой величины, меньших Уставки. Так работает двухпозиционный регулятор в отсутствие гистерезиса.

Задается значение Гистерезиса двухпозиционного регулятора HYS.C. Состояние ИМ будет переключаться в тот момент, когда отклонение регулируемой величины от Уставки достигнет половины величины HYS.C (см. рисунок).

Гистерезис – это зона, в которой происходит отложенное по достигаемому регулируемой величиной уровню переключение регулятора. Пока регулируемая величина находится внутри этой зоны, регулятор не переключается, а сохраняет прежнее состояние, которое было у него до входа в зону гистерезиса.

Гистерезис делится пополам и откладывается от уставки в обе стороны при нулевом значении зоны нечувствительности.

Последние два графика на рисунке приведены для случаев, когда в системе присутствует только один тип ИМ. Один из диапазонов регулирования – отрицательный (при применении «нагревателя») или положительный (при применении «холодильника») – обрезается, и выход прибора становится равным 0. Исключение отрицательной (положительной) зоны производится в ПС.

Зона нечувствительности задается для исключения ненужных срабатываний Регулятора при небольшом отклонении контролируемой величины от Уставки. Прибор будет выдавать управляющий сигнал только после того, как регулируемая величина выйдет из этой зоны.

Зона нечувствительности используется при функционировании как ПИД-регулятора, так и Двухпозиционного регулятора.

Значение зоны нечувствительности задается параметром db в единицах регулируемой величины.

На рисунке представлено использование параметра db при функционировании двухпозиционного регулятора при подключении системы «нагреватель–холодильник».

Способ регулирования системы «нагреватель – холодильник» с заданием зоны нечувствительности предотвращает частые переключения ИМ в зоне, близкой к уставке, и не приводит к «раскачиванию» системы регулирования.

Если используется система с одним типом исполнительных механизмов (например, только с «нагревателями»), то более эффективным будет задание не зоны нечувствительности, а гистерезиса.

Работа двухпозиционного регулятора при одновременном учете зоны нечувствительности и гистерезиса проиллюстрирована на рисунке ниже.

Предупреждение

При совместном действии гистерезиса и зоны нечувствительности величина гистерезиса не должна превышать зону нечувствительности.

Для двухпозиционного регулятора могут быть заданы задержки переключения, а также минимальные значения времени удержания во включенном и выключенном состоянии.

Задержки переключения задаются параметром dEL и служат для задержки во времени переключения выходного сигнала прибора с целью фильтрации кратковременных и ложных срабатываний регулятора и предотвращения пиковых включений исполнительных механизмов.

Время задержки начинает отсчитываться с момента переключения выходного сигнала регулятора, и переключение выходного сигнала прибора блокируется до момента истечения времени задержки. По истечении задержки проверяется состояние регулятора, и если его значение не изменилось, прибор переключает выходной сигнал. Состояние ИМ изменяется. Действие задержки прекращается, если до истечения ее времени произошло еще одно переключение выходного сигнала регулятора.

Предупреждение

При ненулевом значении гистерезиса выход/вход в зону гистерезиса не приводит к переключению сигнала регулятора.

Удержание во включенном/выключенном состоянии – минимальное время, в течение которого ИМ будет выключен или включен. Реализуется следующим образом: регулятор отсчитывает время от момента происшедшего переключения и блокирует иное переключение, если не прошло требуемое время удержания.

Этот механизм используется для защиты исполнительных механизмов, которые по своим техническим характеристикам не могут запускаться, пока не простояли определенного времени в нерабочем состоянии или тех, которые не могут выключаться, не отработав определенное время.

Удержание отсчитывается после истечения времени задержки (если она была задана) и произведенного переключения состояния.

Удержание задается параметром HoLd.

Функционирование Регулятора с заданными задержками и удержаниями проиллюстрировано на рисунке.

У прибора есть режим косвенного контроля исправности ИМ, подключаемого к выходу прибора.

Если исправность датчиков прибор определяет непосредственно по контролю сигнала на своем входе, то исправность ВЭ и ИМ напрямую определить нельзя. Однако можно косвенно определить их исправность, анализируя реакцию объекта регулирования на подачу управляющего воздействия. Если регулируемые параметры объекта не меняются в должных пределах при подаче управляющего воздействия – значит, ИМ неисправен. Такой анализ называется контролем LBA-аварии (Loop Brake Alarm).

При достижении на ИМ +100 % или –100 % мощности включается отсчет времени, и если за время (параметр t.LBA) регулируемая величина (величина на выходе вычислителя в канале) не изменится на требуемую величину (параметр d.LBA), то прибор реагирует следующим образом – срабатывает программный модуль LBA-авария, переводя объект в состояние АВАРИЯ.

Предупреждение

Диапазон срабатывания LBA-аварии сужается при установлении ограничений на выходную мощность в блоке ПС. Верхняя граница, при которой включается контроль LBA, смещается со 100 % и приравнивается к значению, заданному в параметре P.Upr. Нижняя граница смещается с –100 % и приравнивается к значению P.min.

Выходной сигнал Регулятора подается на Выходное устройство.

Структура Выходного устройства прибора позволяет осуществлять управление сложными ИМ: задвижками, многоступенчатыми нагревателями, системами «нагреватель–холодильник», устройствами с аналоговым управлением и т.д.

Всего в приборе может быть организовано восемь ВУ.

Структурная схема Выходного устройства прибора представлена на рисунке.

В состав Выходного устройства входят следующие блоки:

• преобразователь сигнала;

• блоки управления исполнительными механизмами;

• выходные элементы.

В состав ВУ прибора может входить до 8 БУИМ и 8 ВЭ.

Один БУИМ может обслуживать несколько ВЭ.

Общее количество ВЭ в приборе не может быть больше восьми.

Общее количество БУИМ в приборе не может быть больше восьми.

ПС выполняет две основные функции: ограничение выходного сигнала Регулятора и его распределение.

Задание диапазона выходного сигнала

При типе «значение» уставки в канале (параметр P.-SP) следует определить диапазон изменения  величины выходного сигнала Регулятора. Диапазон задается двумя параметрами: максимальное значение P.UPr и минимальное P.min, которые определяются рабочим диапазоном ИМ. Эти параметры задаются в процентах от максимальной мощности, которую можно подать на ИМ. Если Регулятор выдает значение мощности, находящееся за пределами заданного диапазона, то оно принимается равным P.UPr или P.min, соответственно.

Предупреждение

При типе «мощность» уставки в канале ограничение величины выходного сигнала Регулятора игнорируется.

Для безударного включения ИМ следует ограничить скорость роста выходного сигнала Регулятора. Максимальная скорость изменения выходного сигнала задается параметром P.rES в %/мин.

Пример

При использовании только «нагревателя» следует установить ограничение от 0 до 100 %. То есть установить P.min «0».

Пример

В климатокамере нельзя допустить, чтобы нагреватель работал менее чем на 20 % своей мощности. Для выполнения этого условия нужно установить Минимальную выходную мощность P.min «20.0».

Распределение выходного сигнала

ПС распределяет выходной сигнал по БУИМ. Всего к ПС может быть подключено до восьми БУИМ.

БУИМ подключается в параметре nPC, в котором нужно указать количество подключаемых БУИМ. После задания значения nPC для «нагревателей» к ПС будет подключено соответствующее количество «нагревателей», при задании значения nPC для «холодильников» к ПС будет подключено соответствующее количество холодильников. Допускается подключать к одному ПС одновременно «нагреватели» и «холодильники», но их суммарное количество не должно превышать восьми.

Для каждого ИМ, которым управляет прибор, используется свой БУИМ. Преобразованный сигнал управления ИМ передается на ВЭ, подключенные к БУИМ.

Для БУИМ задаются следующие основные параметры:

• тип ИМ;

• номер (номера) ВЭ для подключения ИМ;

• диапазон сигнала, поступающего с ПС, в котором работает ИМ;

• рабочие характеристики для трехпозиционных ИМ.

Типы ИМ и количество ВЭ

Прибор управляет ИМ двух типов:

• двухпозиционным или ИМ с аналоговым управлением (ТЭН, клапаном и т. д., а также ИМ, управляемым унифицированным сигналом тока 4..20 мА или напряжения 0...10 В). Для управления таким ИМ используется один ВЭ;

• трехпозиционным ИМ (задвижкой). Трехпозиционныq ИМ управляется сигналами типа «больше/меньше/стоп». Прибор использует два ВЭ: один дает команду на открытие («больше»), другой – на закрытие («меньше»). Подробно об управлении трехпозиционным ИМ.

Тип ИМ задается параметром SE.P.

ВЭ для управления ИМ назначаются параметром OP. Первый ВЭ соответствует открытию задвижки, второй ВЭ - ее закрытию.

ИМ (как двухпозиционные с аналоговым управлением, так и трехпозиционные) по характеру управляющего воздействия на Объект могут быть двух типов:

• «Нагреватели» – ИМ, увеличивающие значение регулируемой величины. Для управления «нагревателями» предназначен положительный диапазон выходного сигнала Регулятора (от 0 до +1).

• «Холодильники» – ИМ, уменьшающие значение регулируемой величины. Для управления «холодильниками» предназначен отрицательный диапазон выходного сигнала Регулятора (от –1 до 0).

Тип ИМ определяется при подключении БУИМ к ПС.

Система ИМ «нагреватель–холодильник» содержит по одному или несколько ИМ обоих типов.

При подключении одного БУИМ повторитель сигнала (ПС) будет работать во всем диапазоне выходного сигнала от регулятора (0…1 или – 1…0, для нагревателя и холодильника соответственно).

При управлении системами БУИМ рабочий диапазон конкретного БУИМ определяется заданием значений порогов.

Управление двухпозиционными ИМ

Управление трехпозиционным ИМ (задвижкой)

Трехпозиционный ИМ имеет три управляющих сигнала: «больше», «меньше», «стоп». Для управления таким ИМ нужно два ВЭ.

Прибор ТРМ148 управляет трехпозиционными ИМ с датчиком положения или без него.

Работа с датчиком положения ИМ проиллюстрирована на рисунке , (1).

Прибор работает с датчиками положения ИМ двух типов: резистивными или токовыми.

Датчик положения ИМ подключается к входу прибора.

Предупреждение

Следует учесть, что при включенном цифровом фильтре (параметры in.Fd, in.FG из дерева «Вход») замедляется реакция прибора на изменение информации с датчика положения, что, в конечном итоге, приведет к неточной работе системы и вывести из строя задвижку без концевых выключателей. В этой связи, рекомендуется устанавливать для датчика положения значения параметров in.Fd и in.FG минимальными, при которых наблюдается устойчивость результатов измерения. Как правило, это значения, близкие к нулю.

Источник данных о положении ИМ задается параметром t.DP, номер входа – параметром i.DP.

Работа без датчика положения ИМ проиллюстрирована на рисунке, (2).

Положение ИМ вычисляется по математической модели. Для того чтобы математическая модель в большей степени соответствовала реальности, следует как можно точнее задать параметры реального ИМ:

• полное время хода ИМ (параметр tP.H);

• начальное положение ИМ (параметр LSP);

• время выборки люфта (параметр tFP).

Прибор по этим данным вычисляет текущее положение задвижки в любой момент времени.

Предупреждение

Неточное соответствие математической модели и работы реальной задвижки, а также неточное задание начального положения приведет к накоплению рассогласования. В результате этого в крайних положениях подается сигнал на открытие или на закрытие, когда реальная задвижка уже полностью открыта или закрыта. Это повлечет за собой поломку оборудования, поэтому не допускается использование задвижек без датчика положения, не имеющих концевых выключателей.

Следует учитывать, что управление задвижкой без датчика положения менее точно и приводит к накоплению ошибки.

Системы ИМ

Задание диапазонов выходного сигнала при управлении системами ИМ

При управлении системами ИМ с помощью нескольких БУИМ для каждого из БУИМ задаются свои пороги. Диапазон сигнала от Регулятора (от –1 до +1) делят на несколько поддиапазонов, соответствующих количеству ИМ. БУИМ анализирует прошедший через ПС сигнал и, при попадании его в назначенный диапазон, включает ИМ.

При нахождении сигнала вне диапазона (ниже нижнего значения), назначенного для конкретного ИМ, этот ИМ не функционирует. Как только сигнал попадает в заданный диапазон, БУИМ реагирует и конкретный ИМ начинает функционировать. При нахождении значения сигнала в рамках диапазона, ИМ работает с неполной мощностью. Чем ближе значение входного сигнала к верхней границе диапазона, тем выше мощность ИМ, и, соответственно, чем ближе значение входного сигнал к нижней границе, тем ниже мощность ИМ. При переходе значения выходного сигнала в диапазон последующего ИМ Исполнительный механизм выходит на стопроцентную мощность. При переходе значения выходного сигнала в диапазон предыдущего ИМ Исполнительный механизм прекращает работать.

На рисунке представлен график работы ИМ (тип «нагреватель») в заданном диапазоне.

Для каждого БУИМ задается только нижний порог – минимальное значение выходного сигнала Регулятора, которое включает ИМ, соответствующий данному БУИМ. Нижний порог задается параметром PCP.

Внимание

Нижний порог первого подключаемого БУИМ в канале всегда должен быть равен 0.

Верхний порог не задается ввиду следующего:

• верхний порог предыдущего БУИМ всегда соответствует нижнему порогу последующего БУИМ;

• верхний порог последнего БУИМ типа «нагреватель» всегда равен +1;

• верхний порог (определяется по модулю) последнего БУИМ типа «холодильник» всегда равен –1.

Предупреждение

Значения параметров PCP БУИМ типа «холодильник» задаются без введения символа «–»: принадлежность определяется по расположению параметра в конкретной папке.

Ниже представлены два примера управления системами ИМ с помощью нескольких БУИМ.

Пример

Для обогрева большого складского помещения используются 4 ТЭН мощностью 10 кВт каждый. В зависимости от сигнала с регулятора температуры прибор должен поочередно включать ТЭН, чтобы достичь суммарной мощности в 40 кВт.

Система функционирует следующим образом.

К одному ПС подключают 4 БУИМ, каждый из которых управляет одним ТЭН. Сигнал от регулятора изменяется в диапазоне от 0 до 1, его следует разбить на 4 диапазона для четырех ТЭН.

В параметре PCP БУИМ № 1 указывают значение 0,00, БУИМ № 2 – 0,25, БУИМ № 3 – 0,50 и БУИМ № 4 – 0,75 (см. рисунок).

Теперь весь диапазон сигнала от 0 до 1 разделен на 4 равных поддиапазона, и каждый ИМ будет работать в своем поддиапазоне. При таком способе управления ИМ обеспечивается плавный рост суммарной мощности системы без перенагрузки коммутационных элементов системы управления (реле или пускателей).

Пример

Управление системой «нагреватель – холодильник»

Для поддержания температуры прибор может использовать одновременно ТЭН и охладитель.

Диапазон выходного сигнала Регулятора распределяется для двух БУИМ: один БУИМ типа «нагреватель» и один БУИМ типа «холодильник» (см. рисунок). Устанавливается нижний порог первого БУИМ +0,1, нижний порог второго БУИМ –0,1. При положительных значениях выходного сигнала будет работать ТЭН, а при отрицательных – охладитель.

В диапазоне выходного сигнала от –0,1 до +0,1 не будет работать ни один ИМ. Это позволит избежать частых переключений между «нагревателем» и «холодильником» при работе в диапазоне выходного сигнала Регулятора, близком к нулю

На рисунке представлены блок-схема выходного устройства и график изменения выходной мощности в зависимости от изменения выходного сигнала Регулятора в варианте  управления Объектом с помощью системы «нагреватель – холодильник».

Управление Объектами с нелинейной характеристикой с помощью БУИМ

С помощью прибора возможно регулирование параметров Объектов, имеющих нелинейную характеристику. Примерами таких Объектов являются трубопровод с утечкой или печь с поврежденной теплоизоляцией.

Нелинейная характеристика может быть представлена кусочно-линейной функцией (ломаной линией), состоящей из максимально восемь(по количеству БУИМ) участков, каждый из которых имеет свой угол наклона.

Примеры такой аппроксимации представлены на рисунке, где приведены варианты использования двух БУИМ, с двумя участками регулирования и разным наклоном.

Объектами с нелинейными характеристиками можно управлять с помощью созданной в ТРМ148 системы ИМ. Каждому БУИМ, входящему в систему, соответствует свой участок, а точка перегиба задается нижним порогом последующего БУИМ.

Управление в соответствии с кусочно-линейной характеристикой эффективно повышает устойчивость системы управления, уменьшая перерегулирование переходных процессов.

Пример

Управление Объектом (печью) с нелинейной характеристикой с помощью двухступенчатого «нагревателя»

Имеется печь, в которой повреждена теплоизоляция. Это Объект с нелинейной характеристикой вида, приведенного на рисунке. Для поддержания в этой печи температуры до 50 °С требуется ТЭН мощностью 20 кВт. Для поддержания температуры выше 50 °С с учетом возросших утечек тепла требуется дополнительно подключать еще один ТЭН, но уже мощностью 10 кВт. Для решения этой задачи выходной сигнал Регулятора разбивается на два положительных БУИМ (см. рисунок). Нижний порог первого БУИМ устанавливается равным 0. Нижний порог PCP второго БУИМ соответствует точке перегиба (например, 0,65). Тогда при значениях выходного сигнала от 0 до PCP будет работать только первый ТЭН, а при значениях от PCP до 1 включатся оба ТЭН.

На рисунке представлены блок-схема выходного устройства и график изменения выходной мощности в зависимости от изменения мощности сигнала Регулятора в варианте управления Объектом с нелинейной характеристикой с помощью двухступенчатого «нагревателя».

Прибор имеет 8 встроенных ВЭ, каждый из которых программно привязан к соответствующему БУИМ, Инспектору, Регистратору или реле аварии.

Выходной элемент может быть двух типов:

• дискретный (электромагнитное реле, транзисторная или симисторная оптопара, выход для управления твердотельным реле );

• аналоговый (ЦАП «параметр – ток 4...20 мА» или «параметр – напряжение 0...10 В).

При выборе Режима работы регулятора ПИД-регулятор, дискретный ВЭ будет работать в режиме ШИМ. Следует задать период следования ШИМ-импульсов (параметр tHP) и минимальную длительность импульса (параметр t.L), при которой еще производится включение ВЭ (см. рисунок).

Чем выше частота управляющих импульсов (т. е. меньше период tHP), тем точнее реакция Регулятора на внешние изменения.

Если ВЭ – транзисторная или симисторная оптопара, то период следования импульсов можно установить равным 1 с. Если ВЭ – э/м реле, то слишком малое значение периода tHP приведет к частым переключениям и быстрому износу силовых контактов. Поэтому следует задать большее значение параметра tHP, но следует понимать, что это может ухудшить качество регулирования.

Задание минимальной допускаемой длительности импульса t.L также следует для предотвращения износа силовых контактов ВЭ вследствие слишком кратковременных включений.

Инспектор можно отключить:

• для всего объекта, установив значение параметра inSP «Выключен»;

• при каждом состоянии, задав параметр e.use.

Если к инспектору не подключен ВЭ, то все сигналы от инспекторов одного объекта собираются в блок логики принятия решения об аварии. Этот модуль производит логическую операцию «И» или логическую операцию «ИЛИ» со всеми поступающими сигналами от инспекторов  в него входящих. На выходе этот блок логики выдает сигнал об аварии объекта.

Предупреждение

Блок логики принятия решения функционирует только по сигналам инспекторов.

Внимание

Программный модуль LBA-аварии и внутренний блок проверки исправности датчиков подключены к объекту независимо.

Наглядно работа блока логики принятия решения об аварии изображена на рисунке.

Для перехода Объекта в аварийное состояние:

• объединение по схеме «И» требует срабатывания всех Инспекторов.

  Внимание

  Аварийный сигнал подается только в том случае, если сработали все инспекторы в подключенных каналах и у всех инспекторов rel.a = OFF.

• объединение по схеме «ИЛИ» требует срабатывания хотя бы одного любого подключенного Инспектора из инспекторов во включенных каналах.

Логика принятия решения («И» или «ИЛИ») задается параметром log.a для любого из состояний каждого объекта.

Пороги срабатывания Инспектора определяют допустимый диапазон регулируемой величины. Количество задаваемых порогов (один или два) зависит от типа логики срабатывания Инспектора.

Пороги задаются параметром   A.i.j   в единицах регулируемой величины. Необходимо также задать способ отсчета порогов параметром rF.Pt. Пороги могут быть двух типов:

• абсолютные (за 0 принят 0 физической величины (более точно – 0 на выходе вычислителя в канале));

• относительные (за 0 принято текущее значение уставки).

При задании относительных порогов прибор пересчитывает их значения относительно текущего значения Уставки Регулятора.

Предупреждение

Значение относительно порогов параметра rF.Pt в Инспекторе может быть установлено только в том случае, если в канале задействован регулятор и задана Уставка типа значение.

В приборе имеется возможность в каждом объекте выбрать логику срабатывания Инспектора.

Возможны 4 варианта логики срабатывания Инспектора:

1. если регулируемая величина становится выше порога (прямая логика);

2. если регулируемая величина становится ниже порога (обратная логика);

3. при выходе регулируемой величины за заданный порогами диапазон (U-образная логика);

4. при входе регулируемой величины в заданный порогами диапазон (П-образная логика).

Для типов логики 3 и 4 задаются два порога.

Для типов логики 1 и 2 задается только порог № 1. Затем значения порогов автоматически уравниваются.

Тип логики срабатывания Инспектора задается параметром LG.tY.

Работа Инспектора по каждому из четырех типов логики представлена на рисунках ниже.

Выходом Инспектора является число +1 или 0.

При выходе, равном +1, происходит срабатывание Инспектора.

При выходе, равном 0, срабатывания Инспектора не происходит.

Предупреждение

При подключенном к Инспектору ВЭ, сигнал с Инспектора поступает на этот элемент (задаваемый параметром rel.a). При неподключенном ВЭ Инспектор переводит объект в состояние «Авария».

В приборе реализована возможность блокировки срабатывания Инспектора при определенных условиях. Существуют два типа блокировок: блокировка первого срабатывания и блокировка пиковых выбросов.

Блокировка первого срабатывания

Блокировка первого срабатывания необходима в начале технологического процесса или после восстановления пропадавшего питания. В этих случаях регулируемая величина может находиться за допустимыми пределами, – и это штатная ситуация.

Срабатывание Инспектора следует блокировать, т. к. в противном случае произойдет переход в состояние АВАРИЯ или ложно сработает подключенный к Инспектору ВЭ.

Прибор позволяет блокировать первое срабатывание Инспектора на определенное время (параметр BL.t) или до входа в разрешенный допустимый диапазон. Также можно включить блокировку по обоим условиям (время или вход в диапазон) или отключить блокировку срабатывания.

Тип блокировки первого срабатывания Инспектора определяется параметром BL.St.

Прибор позволяет задать независимые условия блокировок срабатывания Инспектора для ситуаций начала регулирования (т. е., перехода в состояние «работа») и восстановления пропадавшего питания.

Блокировка пиковых выбросов

Блокировка пиковых выбросов регулируемой величины за допустимые пределы применима в тех случаях, когда разрешается кратковременный выход регулируемой величины за допустимые границы. Можно задать время задержки срабатывания Инспектора, и если длительность выброса меньше этого времени, произойдет блокировка срабатывания.

Время задержки срабатывания задается в параметре dEL. Пример логики работы Инспектора с U-образной логикой с блокировками изображен на рисунке ниже.

Необходимо учитывать, что в приборе имеются дополнительные параметры, отвечающие за работу инспектора (hys.c, hoLd), позволяющие задать гистерезис и время удержания инспектора при подключении к нему ВЭ.

Параметр hold используется, например, для удержания сигнального оборудования во включенном состоянии заданное время. Соответственно, для включения сирены в случае аварии минимум на 1 мин следует задать значение hold равным 1:00.

Параметр hys.c для корректной работы Инспектора должен быть обнулен.

Регистратор – программный модуль в составе канала, предназначенный для преобразования величины, пришедшей с Вычислителя того же Канала, в аналоговый сигнал, и дальнейшей передачи на ВЭ типа ЦАП.

Номер ВЭ для Регистратора устанавливается параметром OP.i. Если параметру OP.i задано значение «не задействован», Регистратор в Канале отключен.

Для работы Регистратора задаются 2 пороговых значения – параметры Ao.L и Ao.H, соответствующие минимальному и максимальному выходному сигналу, соответственно. Пороговые значения задаются в той же размерности, в какой представлена вычисленная величина.

Работа Регистратора изображена на рисунке.

Сигнал с Регистратора может быть прочитан в сети RS-485 другим прибором или ПК. При передаче в сеть сигнал Регистратора приводится к диапазону 0…1.

Состояние Регистратора при аварии описывается параметром Er.St. Для передачи данных о значении с Регистратора в другой прибор или ПК используется оперативный параметр rd.rg, имеющий формат Float. Индексация оперативного параметра rd.rg схожа с индексацией параметра r.out, описанного выше.

Значение параметра Er.St («Включен» или «Выключен»), задает состояние, в которое перейдет Регистратор, если на входе (входах) Вычислителя канала происходит обрыв датчика, информация с которого поступает в регистратор. Если прибор находится в состоянии Авария, но обрыва датчика, подключенного к регистратору нет, то регистратор работает в нормальном режиме. Значения параметра «Включен» и «Выключен» означают максимальный и минимальный уровень сигнала на выходе Регистратора.

В приборе реализован следующий вариант задания Уставки: Уставка задается ПС, затем передается Регулятору, подключенному к данному ПС.

В приборе ТРМ148 в качестве Уставки могут быть заданы:

• значение регулируемой физической величины (тип – «значение»);

• значение выходной мощности, передаваемой в ПС (тип – «мощность»).

Тип Уставки задается параметром P.-SP.

Задание Уставки типа «мощность» бывает следует на некоторых стадиях техпроцесса (в т. ч. на стадии остановки процесса), когда контролировать физический параметр системы не требуется или невозможно. При этом типе уставки задается фиксированное значение мощности, которое будет подаваться на ИМ. Регулирование отключено.

Предупреждение

Для корректной работы прибора при использовании в качестве Уставки значения выходной мощности датчик в канале должен быть подключен.

Значение Уставки типа «значение» задается в единицах регулируемой величины и должно находиться в диапазоне измерения Датчика (точнее в диапазоне Вычисления, т. к. регулятор работает с Вычислителем).

Значение Уставки типа «мощность» задается в относительных единицах и принимает значения:

• в диапазоне от «0» до «1», – если используется БУИМ типа «нагреватель»;

• в диапазоне от «–1» до «0», – если используется «холодильник»;

• в диапазоне от «–1» до «1», – если используется как нагреватель, так и холодильник.

В приборе можно ограничить скорость выхода на Уставку.

Эта функция используется в тех случаях, когда регулируемая величина должна плавно, с заданной скоростью, возрастать или уменьшаться:

• в течение части времени функционирования – до достижения Значения уставки, далее осуществляется поддержание достигнутого значения Уставки (см. рисунок ).

В начале функционирования Уставка принимает значение, равное начальному значению регулируемой величины (Т₀), и сразу начинает изменяться с заданной скоростью. Например, если регулируется температура, то при начале функционирования Т₀ примет значение температуры окружающей среды и начнет расти (или уменьшаться) с заданной скоростью от этого значения.

Предупреждение

В случае задания типа уставки при состоянии СТОП p.-sp = «мощность» значение Т₀ при переходе из состояния СТОП в состояние РАБОТА принимает значение последней измеренной величины. При задании типа уставки при состоянии СТОП p.-sp = «значение» Т₀ при переходе из состояния СТОП в состояние РАБОТА принимает значение уставки на шаге «Стоп».

Параметр Скорость выхода на уставку LF.LU задается в единицах регулируемой величины в минуту. Если задать параметру LF.LU значение «0», то скорость принимается равной бесконечности, т. е. Уставка мгновенно достигает значения, задаваемого параметром SP.LU.

Предупреждение

В случае задания типа уставки p.-sp = мощность скорость выхода на Уставку LF.LU задается в долях относительной единицы в минуту.

В ряде случаев требуется, чтобы Уставка не являлась константой, а изменялась в зависимости от какого-то внешнего параметра. Например, в системах отопления температура теплоносителя должна меняться в зависимости от уличной температуры.

Для реализации подобной коррекции Уставки в приборе введены восемь Графиков. Каждый График представляет собой зависимость корректирующего значения от внешней величины. Внешняя величина может быть взята с любого из имеющихся работающих вычислителей, а также быть временем, исчисляемым в минутах. Для каждого объекта имеется свое независимое время. Уставка от времени может быть использована в тех процессах, в которых следует, чтобы уставка во время технологического процесса изменялась по времени. Канал, содержащий подключенный к графику вычислитель, должен быть включен.

Графику можно задать до 10 узловых точек, которые автоматически соединяются отрезками, образуя ломаную линию.

В процессе работы вычисленное по Графику корректирующее значение прибавляется к установленной Уставке. Механизм работы Графиков коррекции Уставки изображен на рисунке. Необходимо отметить, что Уставкапрогр. задается параметром SP.LU.

График коррекции Уставки можно подключить или отключить параметром or.SP.

Предупреждение

Пользователю следует учитывать, что задание параметров графиков непосредственно через папку «Графики» Конфигуратора невозможно: в данной папке значения точек графиков приведены для информации (и контроля) и последующей записи (сохранения) конкретной конфигурации в файл. Параметры графиков задаются в окне «Графики», вызываемом через пункт «Прибор» главного меню.

В состоянии «Критическая АВАРИЯ» прибор не может продолжить работу без вмешательства извне.

Причиной возникновения критической аварии могут быть:

• обрыв или неисправность датчика;

  Внимание

  Прибор переходит в состояние «Авария» при обрыве датчика только в случае, если датчик применяется по назначению, т. е. в канале, в котором он подключен, используется уставка с типом (параметром p.-sp) = «значение».

• разрыв контура регулирования (LBA-авария);

• выход регулируемой величины за допустимые пределы.

О критической аварии сигнализируют:

• сообщение «FAIL» на ЦИ2

• непрерывное свечение или мигание светодиода «АВАРИЯ»;

• срабатывание (замыкание) ВЭ, предназначенного для подключения к нему различного оборудования, сигнализирующего о наступлении аварии.

Для подключения различного оборудования, сигнализирующего о наступлении аварии, можно использовать любой свободный дискретный выход прибора. В качестве ИМ-сигнализатора могут быть использованы различные сирены, звонки, сигнальные лампы и т. д. При переходе прибора в режим АВАРИИ происходит срабатывание указанного ВЭ. Это режим «Авария с сигнализацией» (слово FAIL на ЦИ2 и светодиод «АВАРИЯ» мигают). Для отключения сигнального оборудования следует нажать кнопку . Прибор отключит ВЭ и перейдет в режим «Авария без сигнализации» (слово FAIL на ЦИ2 и светодиод «АВАРИЯ» включены).

После устранения причины АВАРИИ можно возобновить работу. Для этого следует в течение 2 - 3 с нажать кнопку . Прибор перейдет в состояние, предшествовавшее наступлению аварии.

Если причина АВАРИИ не была корректно устранена, то прибор автоматически вернется в состояние «Авария с сигнализацией».

В состоянии «Критическая АВАРИЯ» ТРМ148 продолжает функционировать. Прибор выдает предупреждение, и у оператора есть возможность оперативно устранить неисправность до того момента, когда АВАРИЯ станет критической.

О некритической аварии сигнализирует сообщение Attn, которое отображается на ЦИ2 с периодом ~2 с.

Индикация о некритической аварии сбрасываются кнопкой .

Внимание

Необходимо учитывать, что при входе в режим ручного управления мощностью включается такая же предупреждающая сигнализация, как и при некритической аварии.

Для того, чтобы выяснить причину любой аварии (критической или некритической), следует нажать и удерживать кнопку .

На ЦИ2 отображается Код АВАРИИ.

Возможные причины аварий

Код Аварии	Причины Аварии
104	Инспектор сработал, т. е. выдал сигнал АВАРИИ
90	Ошибка конфигурации
100	Ошибка измерения
220	Авария после отключения питания
0	Ошибка отсутствует или уже устранена
АВАРИИ, индексируемые по каналам
32 + № Канала	Ошибка при расчете уставки по графику
104+ № Канала	Сработал Инспектор в канале и выдал сигнал АВАРИИ
80 + № Канала	Ошибочное измерение в состоянии РАБОТА
40 + № Канала	LBA-авария
192 + № Канала	Не подключено Выходное устройство
208 + № Канала	Не подключен Регулятор
224 + № Канала	Регуляторы подключены к разным объектам
Некритические АВАРИИ, индексируемые по каналам
8	Сигнализация при работе в режиме Ручного управления
176 + № Канала	Ошибочное измерение в Канале, номер которого приведен в коде
Примечание № канала (в объекте) для ТРМ148 принимает значения 0…7.