Instrukcja NANO - foster

FOSTER
Eugeniusz Fengier, Ryszard Owczarz
SPÓ£KA JAWNA
FOSTER
ZAK£AD ELEKTRONICZNY
Zielona £¹ka, ul. Wenecka 2, 63 - 300 Pleszew
tel./fax: (0-62) 74 18 666, e-mail: [email protected]
http://www.foster-pleszew.com.pl
MIKROPROCESOROWY REGULATOR
TEMPERATURY
Ó Foster
sp.j.
2009
1. Zastosowanie
Mikroprocesorowy regulator temperatury NANO 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 ON/OFF 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
O
- 2 x PT 1000 zakres pomiarowy 0-350 C
O
- rozdzielczoœæ wskazañ 0,5 C
0-350 OC
0,5 OC
Wyjœcia
- wyjœcie SET 1
- regulacja ON/OFF z histerez¹, PID, Autotuning
- SSR ( tranzystorowe typu NPN OC)
12V/25mA
- przekaŸnikowe (opcja)
1A,230V
- wyjœcie SET 2
- regulacja ON/OFF z histerez¹, PID, Autotuning
- SSR ( tranzystorowe typu NPN OC)
12V/25mA
- przekaŸnikowe (opcja)
- wyjœcie SET 3
- regulacja ON/OFF z histerez¹
1A,230V
- przekaŸnikowe
1A,230V
- SSR ( tranzystorowe typu NPN OC, opcja)
12V/25mA
Parametry eksploatacyjne
- zasilanie
230VAC
- zakres temperatur pracy
- 5 ÷ 40
O
C
Tabela 1. Zestawienie parametrów technicznych
3. Funkcje przycisków
Przycisk SET s³u¿y do prze³¹czania pomiêdzy poszczególnymi modu³ami regulatora.
Przejœcie pomiêdzy modu³ami sygnalizowane jest zapaleniem odpowiedniej diody LED.
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
ON/OFF 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 ON/OFF z histerez¹ na podstawie temperatury TEMP 1
- sterowanie ON/OFF z histerez¹ na podstawie temperatury TEMP 2
- sterowanie na podstawie temperatur TEMP 1 i TEMP 2 z histerez¹ w funkcji AND
- sterowanie na podstawie temperatur TEMP 1 i TEMP 2 z histerez¹ w funkcji OR
Prawid³owa praca urz¹dzenia oznaczona jest œwiecenie diody PRACA, i zgaszeniem diody AWARIA.
Dopuszcza siê jednoczesne œwiecenie diody PRACA i miganie diody AWARIA, jest to zale¿ne od
ustawienia parametru konfiguracyjnego ErrC. W urz¹dzeniu wystêpuje powi¹zanie pomiêdzy
poszczególnymi modu³ami SET a wyjœciami W. Diody W 1÷3, oznaczaj¹ za³¹czenie wyjœcia
odpowiadaj¹cego danemu modu³owi SET, np. œwiecenie diody W1 oznacza za³¹czenie wyjœcia
modu³u SET 1.
5. Podstawowe funkcje regulatora
5.1. 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.
Objawia siê to zapaleniem zielonej diody SET przy kolejnych numerach 1÷3. Po przejœciu do danego
SET na wyœwietlaczu wyœwietlana jest aktualna temperatura danego bloku sterowania, b¹dŸ funkcja
logiczna w przypadku bloku SET 3.
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
PRACA zapali siê.
Funkcje logiczne przedstawione s¹ na wyœwietlaczu w postaci numeru zmiennej i litery oznaczaj¹cej
jej logiczn¹ wartoœæ np.:
- 1n2n - oznacza ¿e zmienna 1 i 2 maj¹ logiczn¹ wartoœæ NO czyli warunki nie s¹ spe³nione
- 1o2n - oznacza ¿e zmienna 1 ma logiczn¹ wartoœæ OK czyli dla niej warunek jest
spe³niony, natomiast zmienna 2 ma logiczn¹ wartoœæ NO czyli dla niej warunek nie jest
spe³niony .
Mo¿liwe b³êdy urz¹dzenia:
Stan wyjœcia W3 zale¿eæ bêdzie od zastosowanej dla modu³u SET 3 funkcji logicznej AND lub OR.
Err1
- b³¹d autotuningu dla modu³u SET1, oznacza brak mo¿liwoœci wykonania tuningu,
dok³adny opis w punkcie 7.3.
Err2
- b³¹d autotuningu dla modu³u SET1, oznacza brak mo¿liwoœci wykonania tuningu,
dok³adny opis w punkcie 7.3.
5.2. 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.
- 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 1÷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 1
nSt 2
nSt 3
NStA
OPIS PARAMETRÓW
Nastawa dla bloku SET 1
Nastawa dla bloku SET 2
Nastawa dla bloku SET 3
Nastawa globalna
ZAKRESY PARAMETRÓW
30 - 300
30 - 300
30 - 300
30 - 300
FABRYCZNE
100 OC
100 OC
100 OC
100 OC
Tabela 2. Dopuszczalne zakresy nastaw
6. Tryb konfiguracyjny i tryb menu - parametry
6.1. 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 CFG, 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.
Migaj¹ca wartoœæ temperatury, oznacza przekroczon¹ maksymaln¹ temperaturê pomiarow¹ dla
danego SET. Maksymalna temperatura to 350 oC.
Dok³adna zasada dzia³ania algorytmu ON/OFF z histerez¹ zosta³a opisana w
punkcie 7.1.
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 SET1 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 modu³ach SET1 i SET2.
NAZWA
Out 1
Out 2
Out 3
OPIS PARAMETRÓW
ZAKRESY PARAMETRÓW
Sposób regulacji
0 - Regulacja modu³u ON/OFF z histerez¹
bloku SET 1
1 - Regulacja modu³u z funkcj¹ PID
Sposób regulacji
0 - Regulacja modu³u ON/OFF z histerez¹
bloku SET 2
1 - Regulacja modu³u z funkcj¹ PID
Sposób regulacji
0 - Regulacja z nastaw¹ na podstawie temp. SET 1
Bloku SET 3
1 - Regulacja z nastaw¹ na podstawie temp. SET 2
FABRYCZNIE
1
1
1
2 - Reg. w oparciu o funkcjê AND nastaw SET 1 i SET
3 - Reg. w oparciu o funkcjê OR nastaw SET 1 i SET
ErrC
Nstc
Konfiguracja
0 - Podczas awarii przerywa pracê danego modu³u
Zadzia³ania awarii
1 - Podczas awarii przerywa pracê ca³ego urz¹dzenia
Rodzaj nastaw
0 - Niezale¿na nastawa dla ka¿dego modu³u SET
0
0
1 - Wspólna nastawa dla wszystkich modu³ów SET
Tabela 3. Parametry konfiguracyjne
tryb 3
- jest to tryb w którym modu³ SET3 pracuje w oparciu o logikê OR. W tym trybie
wyjœcie W3 zostanie za³¹czone w przypadku osi¹gniêcia temperatury zadanej przez
co najmniej jeden modu³ SET1 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 SET1 lub SET2.
8. Tryby awaryjne i b³êdy
Urz¹dzenie posiada inteligentny algorytm wykrywania i analizy b³êdów. W zale¿noœci od parametru
konfiguracyjnego ErrC wyst¹pienie b³êdów w dwojaki sposób bêdzie siê przek³ada³o na dzia³anie
urz¹dzenia.
ErrC=0 - w tym przypadku wyst¹pienie awarii jednego z modu³ów SET nie wyklucza pracy ca³ego
urz¹dzenia. Zaczyna migaæ dioda AWARIA jednak dioda PRACA 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.
ErrC=1 - w tym przypadku wyst¹pienie awarii jednego z modu³ów SET wyklucza pracê ca³ego
urz¹dzenia. Zaczyna migaæ dioda AWARIA i gaœnie dioda PRACA.
Nale¿y wówczas przyciskiem SET przeœledziæ odczyty temperatur z wszystkich modu³ów,
dla modu³u w którym wyst¹pi³a awaria na wyœwietlaczu bêdzie miga³a wartoœæ
6.2. Tryb menu
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.
NAZWA
OPIS PARAMETRÓW
ZAKRESY PARAMETRÓW
FABRYCZNIE
Hi 1
histereza modu³u SET 1
0 - 20
10 OC
At 1
autotuning modu³u SET 1
0 - Autotuning wy³¹czony
0
1 - Autotuning w³¹czony
Pb 1
zakres proporcjonalnoœci SET 1
0 - 300
1 OC
Ti 1
sta³a ca³kowania SET 1
0 - 3600
1s
Td 1
sta³a ró¿niczkowania SET 1
0 - 999
1s
Tc1
okres impulsowania SET 1
4 - 250
1s
Hi 2
histereza modu³u SET 2
0 - 20
10 OC
At 2
autotuning modu³u SET 2
0 - Autotuning wy³¹czony
0
1 - Autotuning w³¹czony
Pb 2
zakres proporcjonalnoœci SET 2
0 - 300
1 OC
Ti 2
sta³a ca³kowania SET 2
0 - 3600
1s
Td 2
sta³a ró¿niczkowania SET 2
0 - 999
1s
Tc 2
okres impulsowania SET 2
4 - 250
1s
Hi 3
histereza modu³u SET 3
0 - 25
10 OC
Cpu
czas pracy urz¹dzenia
parametr nieedytowalny
h
Tabela 4. Parametry MENU
7. Tryby pracy regulatora
7.1. Praca w trybie ON/OFF z histerez¹
Praca w trybie ON/OFF 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.
7.2. Regulacja PID
Algorytm PID jest mo¿liwy do zastosowania w modu³ach SET 1 i SET 2.
Regulator pracuje w trybie PID, gdy parametr konfiguracyjny OUT 1 ÷ 2, jest równy 1. Dla regulacji
PID aktywne s¹ parametry Pb, Ti, Td, Tc.
Parametr Pb ma wp³yw na zakres proporcjonalnoœci regulatora wyra¿ony w oC. 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 1s, 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.
7.3. 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 40 OC
- temperatura pocz¹tkowa nie mo¿e byæ ni¿sza ni¿ 5 OC.
W celu uruchomienia autotuningu nale¿y parametr AT dla wybranego modu³u SET ustawiæ na 1.
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 1 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,Td i 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 = 0 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 1÷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 OC
- temperatura pocz¹tkowa jest mniejsza od wartoœci nastawionej o mniej ni¿ 40 OC
W sytuacji zmiany warunków pracy urz¹dzenia, b¹dŸ znacznej zmiany wartoœci nastawionej
wskazane jest ponowne wykonanie funkcji autotuningu.
7.3. 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 ON/OFF z histerez¹, gdzie wartoœæ parametru HI = 0.
W celu ochrony przed niewskazanymi przeregulowaniami nale¿y obni¿yæ wartoœæ nastawy.
Nastêpnie musimy obserwowaæ i zanotowaæ wartoœæ pierwszej oscylacji O oraz czas pomiêdzy drug¹
a trzeci¹ oscylacj¹ T.
Parametry konfiguracyjne dobiera siê z zale¿noœci:
- Pb = 0 [ OC ]
- 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
OUT3.
tryby 0 i 1
- s¹ to standardowe algorytmy sterowania oparte o pracê ON/OFF z histerez¹. W
trybie 0 - modu³ pracuje w oparciu o temperaturê mierzon¹ TEMP1, oraz o histerezê
HI3. W trybie 1 - modu³ do pracy wykorzystuje temperaturê b i histerezê HI3.