ГлавнаяКарта сайтаПечатьE-mail
КонтрАвт
Увлекая к успеху
Поиск продукции КонтрАвт
Поиск по сайту
Подписка
формаКаталог по почте
Оформите подписку и получайте по почте Каталог продукции и буклеты о Новинках


Выходные сигналы регуляторов- сигнализаторов МЕТАКОН

В.Н. Тимохин, ведущий инженер

НПФ КонтрАвт

Современные контрольно-измерительные и регулирующие системы строятся из отдельных составляющих элементов по принципу конструктора. Естественно, чтобы такое построение было возможным, входы-выходы таких элементов должны быть согласованы между собой и удовлетворять ряду требований. К числу таких требований следует отнести:

  • физическая реализация выхода должна соответствовать входу подключаемого элемента;
  • решения должны быть универсальны: они должны быть применимы к элементам, различающимся по функциональному назначению и должны обеспечивать сопряжение оборудования разных производителей;
  • желательно исключить промежуточные согласующие и/или преобразующие элементы;
  • реализация входов и выходов должна обеспечивать минимальную совокупную стоимость общего системного решения.

В данной статье мы рассмотрим только выходные дискретные сигналы, которые применяются в регуляторах МЕТАКОН, выпускаемых НПФ «КонтрАвт»:

  • МЕТАКОН-5х2 – многоканальные двухпозиционные регуляторы- сигнализаторы с числом каналов 1, 2, 3 и 6;
  • МЕТАКОН-513 – одноканальный ПИД-регулятор для управления клапанами, ТЭНами и проч.;
  • МЕТАКОН-514 – одноканальный ПИД-регулятор для управления реверсивными интегрирующими исполнительными устройства- ми типа МЭО.

У названных приборов функциональное назначение всех дискрет- ных выходных сигналов можно отнести к одной из трех групп:

Группа 1. Выходной сигнал компаратора, выполняющего функцию сигнализации.

Группа 2. Выходной сигнал компаратора, выполняющего функцию позиционного регулятора.

Группа 3. Широтно-модулированный (ШИМ) выходной сигнал управления ПИД-регулятора.

Сигналы этих трех групп во многом схожи, в ряде случаев они реализуются даже одним и тем же физическим выходным устройством. Основное их различие заключается поведении во времени.

На Рис. 1 приведен график, иллюстрирующий работу компаратора, используемого в качестве сигнализатора.

Рис. 1. Выходной сигнал сигнализатора. Сигнал появляется, если Т > Тсигн., где Тсигн. – уровень сигнализации

Характерным для сигнализатора является то, что переключения происходят только при определенных условиях, которые возникают, как правило, редко. Очевидно, событие «температура в системе выше нормы» должно быть редким явлением в нормально работающей системе.

Итак, выход сигнализации меняет свое состояние редко. Типичным можно считать число срабатываний от единиц до десятков в сутки.

На Рис. 2 приведен график, иллюстрирующий работу компаратора, используемого в качестве позиционного регулятора.

Рис. 2. Выходной сигнал позиционного регулятора. Сигнал появляется, если Т < Т уст., где Т уст. – уставка – уровень регулирования

Переключение происходит, когда значение технологического параметра достигает заданной уставки. Собственно в этом и заключается алгоритм позиционного регулятора, который стремиться удерживать технологический параметр около уставки. Очевидно, что такие переключения происходят регулярно в течение всего времени работы регулятора и значительно чаще, чем в случае с сигнализацией. И хотя позиционное регулирование применяется в случае инерционных, «медленных» систем, характерным периодом переключения следует считать времена от единиц до десятков минут. Этому соответствует число переключений в сутки от десятков до сотен.

Картина кардинально меняется, когда выходной сигнал представляет собой ШИМ-сигнал управления ПИД-регулятора.

Рис. 3. ШИМ сигнал управления ПИД регулятора

Период ШИМ tшим должен быть достаточно малым и задаваться из условия, что система не должна «замечать» включения-выключения исполнительного органа (ТЭНа, клапана и т. п.). Как и в случае позиционного регулятора, при ПИД регулировании переключения происходят регулярно в течение всего времени работы регулятора. Характерным периодом переключения ШИМ tшим следует считать времена от единиц секунд до единиц минут. Этому соответствует число переключений в сутки от сотен до тысяч.

Как видим, при переходе от группы 1 к группе 2 и далее к 3 число переключений в сутки каждый раз увеличивается на порядки (в десятки раз). Соответственно, меняются и требования к выходным сигналам групп 1-3. Прежде всего, это требования к ресурсу по числу переключений.

Рассмотрим далее разные типы выходных сигналов с точки зрения технических характеристик, схем подключения и функциональной принадлежности к группам 1-3. В названных выше МЕТАКОНАХ применяются четыре типа выходов:

  • тип Р – выход на электромеханическом реле;
  • тип Т – выход на npn-оптотранзисторах c открытым коллектором;
  • тип К – выход на транзисторе с источником питания;
  • тип С – выход на оптосимисторе.

Выход типа Р

Выход типа Р реализован на электромеханическом реле с одной группой контактов, работающей на замыкание (НО – нормально открытые контакты в обесточенном состоянии). Контакты реле рассчитаны на коммутацию цепей переменного тока 250 В, 5 А и постоянного тока 110 В, 2 А. Основное преимущество данного типа выхода заключается в универсальной возможности электромеханического реле коммутировать самые разнообразные сигналы: постоянные и переменные, низковольтные (единицы, десятки вольт) и высоковольтные (до 250 В), слабо и сильноточные (от единиц мА до 5 А), разнополярные. Этим, а также простотой и устойчивостью электромеханических реле по отношению к различным эксплуатационным воздействиям (кратковременным перегрузкам и замыканиям), обусловлено то предпочтение, которое отдают пользователи этому типу выхода.

Главным недостатком электромеханического реле является ограниченный ресурс переключений. В регуляторах МЕТАКОН механический ресурс при малой электрической нагрузке (до 20 % от максимальной) составляет не менее 107 срабатываний, под полной электрической нагрузкой – 3×105. Поэтому, с точки зрения выполнения функций, выход типа Р идеально подходит для реализации сигнализации (группа 1). Применение в качестве выхода позиционного регулятора также возможно, если период переключение составляет не менее 2-3 минут, а электрическая нагрузка далека от максимально допустимой. Использовать в качестве ШИМ-сигнала управления ПИД-регулятора с периодами менее 2-3 минут не рекомендуется. Опыт НПФ «КонтрАвт» применения реле в течение 12 лет показывает, что при условии следования приведенным здесь рекомендациям износ реле не является ограничивающим фактором – рекламаций, связанных с износом реле не поступает.

К числу недостатков выхода типа Р следует, видимо, отнести и искрообразование при коммутации силовых цепей. То насколько этот фактор важен в конкретной системе, следует рассматривать в каждом случае индивидуально.

На Рис. 4-6 приведены схемы подключения различных видов нагрузок и входных цепей к выходу типа Р.

Рис. 4. Подключение ТЭН. Нагрузка до 5 А

Рис. 5. Подключение промежуточного реле, пускателя, электромагнитного клапана, электромагнитного звонка.
Применение RC-цепочки обязательно, так как она снижает искрообразование при коммутации индуктивной нагрузки

Рис. 6. Подключение индикаторов

Рис. 7. Подключение входных цепей других приборов
на примере реле времени ЭРКОН-215

В некоторых приведенных схемах требуется источник электро- питания. Это может быть сетевое питание 220 В или низковольтное напряжение от отдельного блока питания (чаще всего на 24В). Контакты реле позволяют реализовать простейшие логические функции.

При последовательном соединении контактов реле реализуется функция «И» – общая цепь замыкается только при условии срабатывания всех реле (и реле 1, и реле 2, и так далее).

При параллельном соединении контактов реле реализуется функ- ция «ИЛИ» - общая цепь замыкается при условии срабатывания любого из реле (или реле 1, или реле 2, и так далее).

Выход типа Т

Выход типа Т реализован на npn-транзисторах с открытым коллектором с оптронной разязкой. В приборах с несколькими такими выходами эмиттеры всех транзисторов соединены между собой. Все выходы имеют групповую гальваническую изоляцию от остальных частей схемы. Это, с одной стороны, позволяет подключать выходы к участкам цепи, находящимся под иным потенциалом, а с другой, – повышает устойчивость регулятора к воздействию электромагнитных помех по выходным цепям.

Транзисторы рассчитаны на коммутацию цепей постоянного тока 24В, 150мА. Основное преимущество данного типа выхода заключается в том, что он является бесконтактным, поэтому имеет неограниченный ресурс. При этом надо иметь в виду, что без источника напряжения выход на транзисторе с открытым коллектором не работает.

С точки зрения выполнения функций, выход типа Т идеально подходит для реализации всех трех групп функций, однако по сравнению с выходом типа Р его преимущество в максимальной мере проявляются в работе в качестве ШИМ-сигнала управления ПИД-регулятора с минимальными периодами ШИМ (единицы секунд).

На Рис. 8-11 приведены схемы подключения различных видов нагрузок и входных цепей к выходу типа Т.

Рис. 8. Подключение блоков симисторных БС (производство НПФ «КонтрАвт») и твердотельных реле.
Применяется для позиционных и ПИД-регуляторов

При использовании блока симисторного БС с нагрузками, у которых cos ψ > 0.9, RC цепочку и варистор подключать не требуется, так как они встроены в блок.

Рисунок 9. Подключение промежуточного реле с использованием схемы «монтажное ИЛИ»

Схема «монтажное ИЛИ» часто используется с выходами типа Т, когда необходимо реализовать выполнение простейшей логической функции «ИЛИ». В данном случае, промежуточное реле срабатывает, если срабатывает любой из двух выходов. Логическую функцию «И» реализовать нельзя, так эмиттеры всех транзисторов связаны между собой.

Рис. 10. Подключение светодиодных индикаторов

Рис. 11. Подключение входных цепей других приборов
на примере реле времени ЭРКОН-215

Во всех приведенных схемах (кроме Рис. 11, поскольку в реле времени ЭРКОН на входе стоит внутренний источник) требуется источник электропитания 24 В. Это может быть как отдельный блок питания, так и встроенные в приборы блоки. Отметим, практически все новые приборы НПФ «КонтрАвт» имеют встроенный источник питания 24В, 50-200мА.

Выход типа К

Выход типа К реализован на npn-транзисторах и имеет в своем составе источник питания 10 В. В отличие от выхода типа Т, который является пассивным ключом (ему требуется источник питания), выход типа К является активным источником сигнала.

Следует иметь в виду, что в приборах несколько таких выходов электрически связаны между собой. Однако это не является серьезным ограничением, поскольку рассчитаны на управление устройствами, имеющими гальванически изолированные входные цепи. Это, прежде всего, блоки симисторные БС, выпускаемые НПФ «КонтрАвт», и твердотельные реле. И те и другие имеют встроенную оптоизоляцию.

Выходы типа К рассчитаны на коммутацию цепей постоянного тока 10 В, 40 мА. Основное преимущество данного типа выхода заключается в том, что он также является бесконтактным, поэтому имеет неограниченный ресурс, а его применение не требует дополнительного источника питания.

С точки зрения выполнения функций, выход типа К (как и тип Т) идеально подходит для реализации всех трех групп функций, однако по сравнению с выходом типа Р его преимущество в максимальной мере проявляются в работе в качестве ШИМ-сигнала управления ПИД‑регулятора с минимальными периодами ШИМ.

На Рис. 12 приведена схема подключения к выходу типа К.

Рис. 12. Подключение блоков симисторных БС (производство НПФ «КонтрАвт») и твердотельных реле.
Применяется для позиционных и ПИД-регуляторов

При использовании блока симисторного БС с нагрузками, у которых cos ψ > 0.9, RC цепочку и варистор подключать не требуется, так как они встроены в блок.

В отличие от выходов типа Р и Т источник электропитания не требуется, он уже встроен в прибор и является неотъемлемой частью выхода типа К. В то же время выход типа К практически не используется для коммутации промежуточных реле и индикаторов, хотя и это возможно, если реле и индикаторы для коммутации требуют 10 В и ток не более 40 мА. Схема подключения электромагнитного реле с напряжением срабатывания до 9 В и током до 40 мА приведена на Рис. 13.

Рис. 13. Схема подключения электромеханического реле к выходу типа К

Выход типа К для реализации логических функций не применяется.

Выход типа С

Выход типа С реализован на оптосимисторах. Они предназначе- ны для управления более мощными симисторами или тиристорами. Следует обратить внимание на то, что данный тип выхода не рассчитан на коммутацию обычной нагрузки (реле, индикаторы и проч.). Дело в том, что данные оптосимисторы является специализированными драйверами для управления ключевыми полупроводниковыми элементами – симисторами и тиристорами. В момент запуска они выдерживают импульсную нагрузку до 1 А, но не рассчитаны на длительное протекание тока через них. Эти драйверы имеют схему «контроля нуля» - включение нагрузки происходит в момент прохождения сетевого напряжения через ноль, в активной нагрузке будет равен нулю и протекающий ток. Вследствие этого, в цепях не создаются мощные импульсные помехи.

Как следует из названия, оптосимисторы имеют встроенную оптическую изоляцию, соответственно выходы типа С электрически изолированы друг от друга.

Основное преимущество данного типа выхода заключается в том, что он также является бесконтактным, поэтому имеет неограниченный ресурс.

С точки зрения выполнения функций, преимущества выхода типа С в максимальной мере проявляются в ПИД-регуляторах при работе в качестве ШИМ-сигнала управления непосредственно симисторами или тиристорами с минимальными периодами ШИМ.

Схема подключения силового симистора к выходу типа С приведена на Рис. 14.

Рис. 14. Схема подключения силового симистора к выходу типа С

Схема подключения силовых тиристоров к выходу типа С при- ведена на Рис. 15.

Рис. 15. Схема подключения силовых тиристоров к выходу типа «С»

Выход типа С для реализации логических функций не применяется.




Copyright © 2003-2016 КонтрАвт
Телефон: +7 (831) 260-13-08 (многоканальный)
Почта: sales@contravt.ru



Powered by TreeGraph (Graphit Ltd.)