Cмотри подробную информацию (описание, характеристики, cхемы и др.):
Добрый день, уважаемые коллеги! Мы продолжаем cерию видеороликов, посвященных типовым задачам, которые призван решать контроллер температуры МЕТАКОН-6305.
В предыдущих трех видео 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 данном видео 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 самом первом видео 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 следующей серии видеороликов 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 в этих 4 видео.