В предыдущих трех статьях мы рассказывали, что для нашей классификации задач определяющим фактором является взаимодействие только двух функциональных блоков прибора: ПИД-регулятора и Таймера выдержки. Остальные блоки создают только различные вариации задач и дополнительные возможности внутри определенно класса.
В первом классе задач нет необходимости в контроле временных интервалов технологического процесса, и таймер выдержки, соответственно, не используется. Работает только регулятор ,при этом может использован полный набор дополнительных функций.
Во втором классе задач появляется необходимость контроля временных интервалов. Таймер выдержки в них используется, но алгоритмы и таймера и ПИД-регулятора работают независимо друг от друга. Фактически контроллер МЕТАКОН-6305 в этом классе задач можно рассматривать как два невзаимодействующих функциональных устройства: отдельно регулятор и отдельно таймер. Работа таймера никак не привязана к температурному процессу. Таймер выдержки запускает либо персонал, либо какие то внешние устройства, например, реле давления или уровня.
Отметим, что в первых двух классах задач возможности контроллера МЕТАКОН-6305 не проявляются в полной мере. Функциональные возможности контроллера МЕТАКОН-6305 по-настоящему раскрываются в третьем и в четвертом классах.
В третьем классе задач (как и во втором), когда таймер выдержки также применяется для отсчета временного интервала. Однако, в отличие от второго класса, теперь таймер выдержки запускается в зависимости от выполнения определенных условий, привязанных к протеканию температурного процесса. По окончании работы таймера выдержки может запускаться таймер готовности, но влияния на процесс регулирования таймер выдержки не оказывает, регулятор продолжает свою работу.
В данной статье мы рассмотрим последний, четвертый класс задач, в котором и таймер выдержки и ПИД-регулятор оказывают взаимное влияние на работу друг друга. Таймер выдержки запускается при наличии тех же технологических условий, которые были рассмотрены нами в третьем классе задач. Однако, теперь ПИД-регулятор меняет свой режим работы по окончании процесса выдержки изделия.
Таймер выдержки может быть запущен при выполнении любого из нескольких возможных условий.
- Первое возможное условие – Запуск по уровню измеренного сигнала. Таймер выдержки запускается сигналом ТАЙМЕР , при условии, что измеренная величина попадает в зону SP ± LEUL.
- Второе возможное условие - Запуск по уровню уставки. Таймер выдержки запускается сигналом ТАЙМЕР, при условии, что текущая уставка вышла на уровень активной уставки. Запуск таймера не зависит от текущего значения температуры.
- И, наконец, третье возможное условие - Запуск сигналом ТАЙМЕР и при условии срабатывания внутренних компараторов 2 или 3. Несмотря на сходство с первым условием, такой способ дает пользователю новые возможности. Например, для компаратора можно задать режим задержки срабатывания. Компаратор срабатывает, а следовательно , и таймер выдержки запускается только, если условие срабатывания компаратора выполняется в течение определенного заданного времени. Тем самым, мы исключаем запуск таймера выдержки от случайных кратковременных колебаний температуры.
Как видим, все три варианта запуска таймера выдержки являются условными: подается сигнал ТАЙМЕР , и таймер срабатывает, если выполняется соответствующее условие. Здесь возможны два варианта. Первый вариант: сигнал ТАЙМЕР подается , но условие не выполняется. Тогда таймер ждет выполнения условия и только тогда запускается. Между сигналом ТАЙМЕР и запуском таймера есть пауза. Второй вариант, на момент подачи сигнала ТАЙМЕР условие уже выполняется. В этом случае таймер срабытывает сразу по сигналу.
Итак мы рассмотрели различные условия, для запуска таймера выдержки, которые характерны для 3 и 4 классов задач ПИД-регулятора МЕТАКОН-6305. Перейдем теперь к описанию работы регулятора ПОСЛЕ окончания выдержки. Возможны несколько вариантов поведения процесса ПОСЛЕ времени выдержки.
Первый вариант. Таймер выдержки останавливает работу ПИД регулятора, а сигнал управления равномерно уменьшается до нуля за заданное время t.Out. После этого он переходит в режим СТОП. Время t.Out позволяет задать время остывания объекта. Обратим внимание, температурой регулятор не управляет, он линейно уменьшает мощность. ВременнАя зависимость температуры будет, вообще говоря , нелинейной. В частном случае, когда это время равно нулю, регулятор сразу оставливает работу и переходит в режим СТОП. Объект остывает максимально быстро.
Второй вариант. По окончании выдержки регулятор переходит с заданной скоростью на предуставку P.SP и продолжает регулировать на этом уровне. В этом случае, в отличие от предыдущего, регулятор линейно меняет именно уставку, а не сигнал управления. Поэтому отслеживается линейное изменение температуры с уставки на предуставку.
На предуставке регулятор продолжает работать неопределенное время. В частном случае, предуставку можно сделать меньше уровня температуры окружающей среды, и тогда регулятор будет охлаждать объект линейно и мощность снизится до нуля. При этом формально регулятор продолжает работать в режиме автоматического регулирования, но с нулевым сигналом управления.
Нужно иметь в виду , что при приближении температуры в объекте к температуре окружающей реды, скорость охлаждения будеть замедляться, и линейное остывание может перейти в затянутый хвост. Еще одно замечание. Предуставка может быть как ниже, так и выше уровня уставки. В последнем случае, после времени выдержки регулятор перейдет на поддержание температуры на повышенном уровне температуры.
Третий вариант. По окончании выдержки регулятор переходит с заданной скоростью S.P.SP на предуставку P.SP, после чего сигнал управления равномерно уменьшается до нуля за заданное время t.Out. Это некоторая комбинация второго и первого варианта , позволяющая реализовать линейное управляемое изменение температуры и последующую остановку регулятора.
В рассматриваемом сейчас четвертом классе задач, расширен перечень условий запуска таймера готовности. Задача этого таймера - оповестить персонал об окончании технологической операции или подать сигнал в систему управления для выполнения предписанных действий (например, запустить какие либо технологические устройства).
Напомним , что в задачах второго и третьего класса, таймер готовности запускался сразу после отработки таймера выдержки. В четвертом классе задач, после отработки таймера выдержки меняется режим регулирования и характер поведения процесса. В связи с этим, может возникнуть потребность в других условиях запуска таймера готовности. Таких условий запуска таймера готовности в четвертом классе - четыре.
- Первый вариант запуска, как и раньше, сразу после таймера выдержки.
- Второй вариант, после отсчета времени t.out, то есть когда регулятор перейдет в режим СТОП.
- Третий вариант, после выхода на предуставку. Обратим внимание, что речь идет о моменте времени выхода текущей уставки на предуставку, а не температуры.
- Наконец, в четвертом варианте, таймер готовности запускается при срабатывании одного из компараторов 3 или 4.
Как видим, выбор того или иного варианта запуска таймера готовности, во многом зависит от того, какое поведение технологического процесса после таймера выдержки выбрано. Таймер готовности сообщает нам о завершении нужного нам этапа в технологическом процессе.
Как и раньше, при необходимости, к этим двум таймерам можно подключить физические выходы прибора для подачи сигнала на внешние устройства: индикацию, вентилляторы, сигналы на контроллер и проч. устройства. Отсчет времени для обоих таймеров можно оперативно проконтролировать, при необходимости отсчет можно досрочно завершить, нажав кнопку СБРОСа на панели прибора.
В самой первой статье данной серии мы рассказали о большом наборе дополнительных функций, которые можно с успехом использовать и при решении этого 4 класса класса задач. Более подробно мы рассмотрим все функциональные возможности температурного контроллера МЕТАКОН-6305 в следующих видео, когда будем показывать как настраивается регулятор.
Итак мы рассмотрели особенности работы таймер выдержки и ПИД-регулятора, характерные для данного 4 класса задач.
К этому классу относятся технологические процессы с температурно-временным алгоритмом «управляемый нагрев – выдержка – управляемое охлаждение», то есть когда управление производится по циклограмме. Деталь загружается в охлажденную печь, выполняется контролируемый разогрев печи вместе с деталью с заданной скоростью, термическая обработка ведётся в течение заданного времени, контролируемое охлаждение электропечи производится вместе с деталью.
По окончании термообработки сигнализация сообщает о готовности и оборудование отключается. В отличие от технологического процесса, характерного для 3 класса задач из предыдущего видео, который являлся непрерывным процессом с многократной циклической загрузкой, данный процесс будет конечным с однократной загрузкой.
Cхематичный график такого процесса приведен на рисунке. Есть целый ряд процессов, проходящий по данному графику, когда изделие загружается в охлажденную печь и проходит вместе с ней весь цикл разогрева, термообработки, а затем и охлаждения. Характерным примером здесь может служить обработка титана в вакуумной печи с последующим охлаждением.
Рассмотрим основные этапы термообработки в этом случае.
Этап 1. Дверь открыта, происходит загрузка изделия в охлажденную печь. На этом этапе необходимо обеспечить только отсутствие нагрева.
Этап 2. Дверь закрыта, происходит откачка воздуха до требуемого уровня вакуума.Запускается вакуумный насос, который обычно работает непрерывно в течение всего цикла. Его задача – поддерживать разряжение на уровне не ниже допустимого значения. Для контроля вакуума применяются соответствующие измерители разряжения с сигнализацией. При достижении заданного уровня вакуума срабатывает компаратор и запускает контроллер температуры.
Этап 3. Стадия разогрева. Как правило, техпроцесс предписывает разогрев с заданной контролируемой скоростью. Нагрев должен происходить настолько медленно, чтобы изделие успевало равномерно прогреваться. Это, во-первых, исключит коробление, а во-вторых, обеспечит равномерную термообработку при заданной температуре по всему объему изделия. При быстром разогреве внутренние части изделия достигнут требуемой температуры с задержкой, а следовательно, будут подвергаться термообработке недостаточно долго.
Этап 4. Стадия выдержки (собственно термообработка). Здесь также таймер выдержки включается автоматически в тот момент, когда температура в печи войдет в необходимый технологический интервал температур.
Этап 5. Охлаждение. Необходимо обеспечить охлаждение печи до определенного уровня, только после этого можно снять вакуум и открыть дверь. Указанные особенности процесса обусловлены тем, что титан не допускает нагрева в воздушной среде. Поэтому перед нагревом сначала создается вакуум, а на стадии охлаждения сперва должно произойти охлаждение и только потом снимается вакуум. Для ускорения процесса охлаждения в вакуумную печь запускают азот, который забирает на себя тепло изделия и увеличивает теплопередачу.Возможны разные варианты охлаждения.
Первый вариант – полное отключение и естественное охлаждение преимущественно за счет излучения. Конвекционное охлаждение и охлаждение за счет теплопередачи здесь сведено к минимуму из-за достаточно высокого разряжения.
Второй вариант – плавное охлаждение в течение определенного времени, большего, чем при естественном охлаждении. Контроллер температуры должен в этом случае плавно снижать мощность нагрева. При каждом из этих двух вариантов подача воздуха в печь возможна, только если температура в ней опустилась ниже порогового уровня Тпорог. В контроллере температуры МЕТАКОН-6305 за подачу такого сигнала разрешения (и управления) должен отвечать соответствующий компаратор.
Обратим внимание на особенность работы этого устройства. Дело в том, что, как видно из рисунке, на графике есть две точки, когда должен сработать компаратор – на этапе разогрева и на этапе охлаждения. Но в компараторе в контроллере для этого случая должна быть предусмотрена функция так называемой отложенной сигнализации, когда компаратор игнорирует первое условие срабатывания после подачи сигнала «старт», а реагирует только на последующие. Мы подробно расскажем об этой возможности компараторов в следующих видео.
Этап 6. Отключение печи После охлаждения и запуска воздуха контроллер температуры должен полностью отключить нагреватели.
Итак мы подробно рассмотрели четвертый класс задач, в котором и таймер выдержки и ПИД-регулятор взаимодействуют между собой: таймер выдержки запускается при выполнении определенным технологических условий, а посл е времени выдержки, регулятор меняет режим работы и меняется поведение техпроцесса. Данным видео мы завершаем серию из 4 роликов про основные 4 класса типовых задач, решаемых котроллером температуры МЕТАКОН-6305.
В следующих статьях мы подробно опишем сам прибор, его органы управления и покажем как настраивать все основные функции данного регулятора применительно к тем задачам, про которые мы говорили.
