2. Регулятор «теплар 110»

Основным назначением регулятора ТЕПЛАР110 является автоматизация систем отопления и горячего водоснабжения жилых зданий. Для этой цели регулятор содержит 3 канала регулирования, которые могут быть использованы и независимо для управления 3-мя исполнительными механизмами по ПИД, ПИ или трехпозиционному закону.

Ряд функциональных узлов регулятора специально предназначен для применения по основному их назначению, в других случаях они могут не задействоваться.

Для настройки регуляторы имеют пульт оператора выносной, снабженный кнопочными замыкателями и цифровым индикатором.

Перечень функций, выполняемых регулятором

1) Преобразование в цифровую форму входных сигналов:

- от термопреобразователей сопротивления;

- от источников постоянного тока или напряжения;

- от реостатных датчиков положения исполнительных механизмов.

2) Гальваническая изоляция входных сигналов от выходных.

3) Масштабирование входных сигналов постоянного тока.

4) Формирование совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости перемещения импульсных ПИД, ПИ и П законов регулирования независимо в каждом из 3-х каналов регулирования.

5) Формирование в каждом из 3-х каналов составляющей задания, зависящей от времени суток (функция таймера).

6) Нормирование в 2-х каналах нелинейных зависимостей задания температуры теплоносителя для отопления в функции от соответствующей температуры наружного воздуха (отопительный график).

7) Динамическое преобразование сигналов, представляющих температуры наружного воздуха, для учета тепловой инерции здания.

9) Нормирование в каждом из 2-х каналов регулирования отопления корректирующего сигнала в виде специальной пропорционально-интегральной зависимости от отклонений температуры воздуха внутри помещения.

10) Изменение задания в каждом из 3-х каналов по дискретному сигналу (внешнего таймера).

11) Изменение задания температуры теплоносителей в зависимости от условий работы системы теплоснабжения.

12) Переключение а каждом из 3-х каналов режима управления с автоматического на ручное и обратно, ручное управление с пульта оператора.

13) Изменение структуры регулятора с помощью дискретных входных сигналов.

14) Режим определения параметров динамической настройки в каждом из

3-х каналов регулирования.

15) Автоматическая корректировка отопительного графика по результатам регулирования в предшествующим периоде (самонастройка отопительного графика) в двух каналах регулирования отопления.

16) Осуществление логических связей между каналами регулирования в режиме "дефицита тепла".

17) Самодиагностика отказов.

18) Защита от обрывов линий термопреобразователей сопротивления и датчиков указателей положения, включающая формирование сигнала "отказ" и диагностику.

19) Формирование сигналов тока для питания термопреобразователей сопротивления и реостатных датчиков положения.

20) Формирование напряжения постоянного тока для питания выходных цепей.

21) Цифровая индикация (по вызову) на пульте оператора входных сигналов, параметров настройки, переменных.

22) Светодиодная индикация на передней панели регулятора:

-предельных отклонений регулируемых параметров по каждому из 3-х каналов A, B, C;

- предельного отклонения любого из корректирующих параметров АП или BП (температура в помещении);

- превышения предельно допустимого расхода теплоносителя;

- установленного режима работы (автоматическое или ручное);

- выключения действия таймера;

- состояния "отказ".

23) Формирование дискретных выходных сигналов о предельном отклонении температуры в помещении и превышении допустимого расхода теплоносителя.

24) Формирование дискретного выходного сигнала отказа.

25) Сохранение запрограммированной пользователем информации при перерывах сетевого питания.

Устройство и работа прибора

Конструкция

Все элементы регулятора объединены в блок, заключенный в металлический корпус. Последний рассчитан на щитовой утопленный монтаж на вертикальной плоскости. Крепление корпуса регулятора к щиту осуществляется рамой, которая с помощью винтов прижимает обечайку корпуса к наружной стороне щита.

Блок регулятора состоит из шасси, передней панели и задней панели. На задней панели размещены: штепсельный разъем с пятьюдесятью клеммами, к которым распаиваются внешние соединения регулятора; модуль резервного питания типа MPO1 с двумя парами сухих элементов и винт для заземления регулятора.

На шасси регулятора размещены модуль источника, питания и три основных функциональных модуля: аналоговый типа МА15, буферный типа МВ15, цифровой типа МС15. С боковых сторон модули закрыты защитными крышками.

На передней, панели регулятора размещен модуль дисплейный типа МД15, включающий в себя светодиодные индикаторы и розетку штепсельного разъема, для подключения выносного пульта оператора. В верхней части передней панели расположен карман с откидывающейся крышкой для хранения информации об установленных параметрах настройки.

В комплект регулятора входят устройства для подключения входных сигналов постоянного тока и напряжения.

Органы настройки и контроля

На передней панели регулятора расположены светодиодные индикаторы:

А - предельных отклонений рассогласования по каналу А (одному фасаду);

B - предельных отклонений рассогласования по каналу B (второму фасаду);

С - предельных отклонений рассогласования по каналу С (горячего водоснабжения);

- режима снижения задания по таймеру и контроля питания;

- изменения состояния дискретных выходов Z1 и Z2.

Н а выносном пульте оператора расположены :

8 -разрядный цифровой индикатор; кнопки "П Н", " ", " ",

" " служащие .для переключения режимов работы дисплея, просмотра и настройки переменных, просмотра входных сигналов; кнопки " ", "", "", "", служащие для переключения режимов управления и для ручного управления.

На модуле MA15 расположены органы, предназначенные для калибровки в период эксплуатации: "С" (балансировка нуля) и "100" (калибровка 100°C).

Доступ к органам подстройки осуществляется после извлечения блока регулятора из корпуса, без нарушения внутренней пломбы.

Функциональные узлы и работа регулятора ТЕПЛАР 110

Основные функциональные узлы регулятора ТЕПЛАР 110: аппаратное устройство ввода информации, аппаратное устройство вывода информации, источники основного и резервного питания, выносной пульт оператора и цифровое вычислительное устройство.

Аппаратное устройство ввода информации содержит средства обработки входных сигналов: от 7 термопреобразователей сопротивления, 4-х входных сигналов постоянного тока, 3-х сигналов от реостатных датчиков положения исполнительных механизмов и четырех дискретных логических входных сигналов. Аппаратное устройство ввода, также включает источник тока с соответствующими коммутаторами для питания пассивных источников входных сигналов.

Все входные сигналы гальванически не разделены между собой и гальванически изолированы от других цепей регулятора.

Аналоговые входные сигналы коммутируются, усиливаются общим усилителем, преобразуются в цифровую форму аналогово-цифровым преобразователем (АЦП).

Цифровые эквиваленты сигналов от термометров сопротивления, аналоговых входных сигналов и сигналов от датчиков положения вводятся в цифровое вычислительное устройство.

Дискретные входные сигналы q_i, соответствующие разомкнутому или замкнутому состоянию контактных или бесконтактных ключей, преобразуются в электрический двоичный сигнал (соответственно логический «0» или логическая «1»).

Аппаратное устройство вывода содержит 9 выходных бесконтактных ключей, встроенный источник напряжения постоянного пульсирующего тока (24 В).

Выходные ключи AZ_м, AZ_б, BZ_м, BZ_б, CZ_м, CZ_б используются для организации трех импульсных выходов по трехпроводной схеме. Каждая пара предназначена для управления пусковыми устройствами исполнительных механизмов каналов A, B, C соответственно.

Выходные ключи Zl, Z2, управляемые программными компараторами, используются для организации дискретных выходов, например, сигнализации недопустимого снижения температуры помещения - Z1 и превышения предельно допустимого расхода Z2.

Выходной ключ Z, управляемый программным блоком диагностики отказа и аппаратно, используется для формирования и сигнализации сигнала отказа.

Выходные ключи импульсных выходов управляются таким образом, что в каждый момент времени может быть замкнут только 1 ключ. Ключ Z не блокирует включение ключей Z1 и Z2.

Выносной пульт оператора состоит из двух функциональных частей.

Первая (верхняя) содержит цифровой 8-разрядный (2х4) дисплей и 4 кнопочных замыкателя для управления режимами работы дисплея ("ПН"," ",

" "," "). С помощью цифрового дисплея осуществляется контроль и установка параметров настройки, задания, контроль входных сигналов, осуществляется диагностика отказов.

Вторая часть пульта оператора содержит 4 кнопочных замыкателя, служащих для переключения режимов управления (" " - автоматическое; "" - ручное) и для ручного управления "" -управление выходом iZ_б; "" - управление выходом iZ_м при вызове соответствующего канала в режиме "П" кнопкой " ".

На пульте оператора расположены также световые индикаторы установленного режима управления (" " - автоматическое, "" - ручное).

Источник питания формирует напряжение постоянного тока для питания всех узлов регулятора и напряжение постоянного пульсирующего тока (24 В) для питания выходных цепей.

Источник резервного питания содержит две независимых батареи сухих элементов для питания цепей оперативного запоминающего устройства. Источник обеспечивает сохранение запрограммированной информации и питание счетчика времени отключений сетевого питания.

Работа регулятора

Основой регулятора, определяющей его действие, является цифровое (микропроцессорное) вычислительное устройство (ЦВУ), в программе которого заложены все операции, выполняемые регулятором. ЦВУ содержит три канала регулирования A, B, С и дополнительный блок D.

Каждый из каналов A, B, С содержит однотипный блок регулятора, а каналы A, B еще и блоки-задания в режиме регулятора отопления.

Регулятор может использоваться с различной полнотой выполняемых функций. В зависимости от состояния дискретных входов qa и qb, и значений ряда параметров настройки, действие некоторых программных блоков может исключаться.

Наиболее полное использование всех блоков предусматривается при применении прибора для автоматизации теплоснабжения жилого дома с раздельным регулированием отопления по двум фасадам; регулированием горячего водоснабжения со снижением температуры в ночное время и перераспределением теплоносителя в режиме "дефицита" тепла.

Общим для всех случаев применения является блок регулятора, который является основой трехканального прибора.

Блоки регуляторов каналов A, B, С.

На вход блока регулятора поступают цифровые эквиваленты .сигналов: регулируемого параметра - ⁰Г(горячая вода), задания - P₀ илиY₀, постоянного тока - U (например, расход воды), положения ИМ - L₀.

Выходами блока регулятора являются импульсные команды Z_б и Z_м, управляющие исполнительным устройством.

Дополнительно в каждый блок регулятора, поступают команды: ручного управления - q_A/P, q_, q_ с пульта и команда разрешения настройки.

Формирование сигнала рассогласования Е осуществляется путем суммирования входных сигналов ⁰Г и U с заданием Y

E=(⁰Г+C_uU-Y)/(1+t₀P),

где t₀ - постоянная времени фильтра (демпфера).

Сигнал. Y в свою очередь равен сумме сигнала P₀ или Y₀ с сигналом изменения задания по команде таймера - Pt или сигналом изменения задания dP – блока d.

В режиме трехканального регулятора температуры

E=(⁰Г-P₀)/(1+t₀P) при Pt=C_u=0 и q_A=q_B=1,

где P₀ - уставка задания температуры в данном канале. В установившемся режиме ⁰Г=P₀.

Предельные отклонения величины E от 0 при E>E^¯_ индицируются на передней панели прибора индикаторами A, B, C соответственно для каждого канала.

Программные блоки формирования закона регулирования ПИД и широтно-импульсной модуляции ШИМ осуществляют формирование выходных команд регулятора. При этом ПИД закон регулирования осуществляется благодаря преобразованию сигнала по ПДД' (пропорционально – дифференциально - двойному дифференциальному) алгоритму. Это обеспечивает совместно с ШИМ и исполнительным, механизмом постоянной скорости ПИД закон регулирования.

Блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в автоматическом режиме управления преобразует выход блока ПДД' в последовательность импульсов, управляющих выходами Z_б, Z_м. Параметром настройки является длительность интегральных импульсов dt. Структурно ШИМ представляет собой интегратор и последовательно включенный трехпозиционный релейный элемент, охваченный жесткой обратной связью.

В ручном режиме управление блоком ПДД' выходными ключами соответствующего канала прекращается, а выход обнуляется. Управление выходными ключами Z_i осуществляется с помощью кнопочных замыкателей "", "" пульта оператора регулятора.

В связи с наличием 3-х каналов выходы их управляются поочередно. В автоматическом режиме включается тот из выходов, для которого на выходе ШИМ сформировался соответствующий сигнал. Если сигналы сформированы на выходах 2-х или 3-х каналов, то они включаются поочередно на время, не превышающее 3,1 с для каждого.

В режиме ручного управления выход управляется во все время нажатия соответствующей кнопки без учета очередности.

Блок индикации положения исполнительного механизма (ИМ) формирует выход указателя положения (УП) L в зависимости от входа L₀ и уставок L_ (нижняя уставка) и L¯ (верхняя уставка):

L=100(L₀-L_)/(L¯-L_).

При всех вариантах использования регулятора может быть использован блок настройки, который позволяет при q_п, равном 1, настраивать коэффициент пропорциональности Ci и постоянную времени интегрирования t₁ блоков ПДД' в блоках регулирования A, B, C соответственно.

При разрешении настройки, равном нулю, рассогласование E поступает непосредственно на вход блока ПДД' и настройки параметров не происходит.

При разрешении настройки рассогласование поступает на вход блока ПДД' через последовательно включенные релейный элемент и фильтр. Параметры регулятора C₁ и t₁ выбираются в результате установки различных значений амплитуды автоколебаний d_п, являющейся характеристикой релейного элемента, и дальнейшей фиксации амплитуды и частоты автоколебаний.