Разработка системы регулирования скорости нагревания и охлаждения

Конструктивные особенности.

- ИРТ 5900 конструктивно выполнены в Евростандарте DIN 43700.

- ИРТ 5900 не имеют никаких механических регулировок и переключателей, все установки параметров и настройка производятся тремя кнопками на передней панели прибора или с компьютера.

- ИРТ 5900 (кроме 5930) имеют микропереключатель для установки максимума диапазона выходного тока встроенного модуля ПВИ - 5мА либо 20 мА.

- ИРТ 5900 автоматически сохраняют установленные параметры конфигурации при сбое (пропадании) питания.

- ИРТ 5900 легко и быстро перенастраиваются на другие типы датчиков как с компьютера, так и с 3-х кнопочной клавиатуры на лицевой панели.

 

 

1.3 Индикация.

 

Приборы серии ИРТ 5900 имеют два четырехразрядных семисегментных индикатора: большой, с высотой символов 14 мм, и малый, с высотой символов 8 мм, а также три одиночных светодиодных индикатора. Малые индикаторы красного свечения, а большие могут быть зеленые или красные, с регулируемой яркостью через компьютерный интерфейс.

В режиме измерения и  контроля, на большом индикаторе отображается текущее значение измеряемого параметра, на малом - одна из трех возможных уставок. Одиночные индикаторы информируют  о состоянии каналов коммутации.

В режиме программирования на большом индикаторе отображаются значения задаваемых параметров, мнемоника которых высвечивается на малом индикаторе.

Числовые значения выводятся  на индикаторы с плавающей точкой, разрядность переключается автоматически.

На индикаторы выводится  также информация об отрыве датчиков, превышении входным сигналом установленных границ диапазона измеряемого параметра, отсутствии доступа на изменение параметров прибора и сообщения об ошибках в работе прибора.

 

 

1.4 Уставки.

 

Приборы серии ИРТ 5900 имеют три уставки, значения которых устанавливаются с трехкнопочной клавиатуры, расположенной на лицевой панели прибора, ибо через компьютерный интерфейс. Процедура ввода уставок защищена от несанкционированного доступа паролем.

Исполнительный механизм коммутационных каналов - электромагнитные реле (“сухой контакт”) с коммутируемой мощностью ~220Вх7А переменного тока и = 30Вх7А постоянного тока.

Гистерезис уставок - симметричный, программируется независимо по каждой уставке и во всем диапазоне  контролируемого параметра.

Логика поведения каждого  из трех реле программируется независимо, по отношению к каждой уставке  и к отрыву датчиков.

Возможность изменения  уставок защищена от несанкционированного доступа.

 

 

1.5 Типы входных сигналов.

 

ИРТ 5900 позволяют измерять постоянный ток в диапазонах: 0...5 мА, 4...20 мА, 0...20 мА; постоянное напряжение в диапазонах: 0...100 мВ, 0...75 мВ; активное сопротивление в диапазоне 0...320 Ом.

ИРТ 5900 измеряют температуру  посредством подключаемых по двух- и трехпроводной схеме термопреобразователей сопротивления типа 50М, 53М, 100М, 50П, 100П, Pt100 и термоэлектрических преобразователей типа ХА(К), ХК(L), ПП(S), ВР(A1), ПР, ЖК.

Для выходных сигналов в  виде постоянного тока и напряжения постоянного тока ИРТ 5900 осуществляют функцию БИК (блока извлечения корня).

Для устойчивости работы с входными сигналами, имеющими низкочастотными  пульсации или шумы, приборы ИРТ 5900 имеют встроенную функцию усреднения. Время усреднения (демфирования) задается в пределах до 40 сек.

 

 

1.6 Типы выходных сигналов.

 

По требованию заказчика  ИРТ 5920, ИРТ 5930 могут комплектоваться  модулями токового выхода 0...5 мА, либо 0...20 мА (4...20 мА). Предел допускаемой  основной приведенной погрешности  токового выхода составляет ±0,25%. Цепи токового выхода гальванически развязаны от цепей входных сигналов с напряжением пробоя 1500 В.

В приборах серии ИРТ 5900 программируется диапазон входного измеряемого параметра, соответствующий  полному выходному диапазону  установленного модуля токового выхода.

 

 

 

 

 

 

2 Разработка технических  требований

 

2.1 Требования к назначению

 

Система регулировки  температуры СРТ-1 должен предназначаться для регулирования температуры в заданном диапазоне, в условии хлебопекарной промышленности.

 

 

2.2 Требования к выполняемым функциям

 

2.2.1 Система СРТ-1 должна выполнять следующие функции:

- контроль температуры в заданном диапазоне

- поддержание температуры в заданных пределах

- запуск аварийной сигнализации при превышении заданных пределов

- передача значения температуры ЦДП(Центральный диспетчерский пункт).

Система СРТ-1 должна иметь технические характеристики, не ниже приведенным в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 Технические характеристики.       Наименование, параметр Норма Исполнение  Общепромышленное Область применения Хлебопромышленность Пылевлагозащищенность JP54 Измеряемая температура, 0С, не более 200 Приведенная погрешность  измерения температуры, % 1 Время  цикла измерения, с 1 Колличество точек измерения, не менее 8 Длинна линии связи, м, не более 100 Режимы работы Режим регулирования, Режим простоя. Потребляемая мощность одного датчика, Вт,  не более 5  Напряжение питания,  В 220 Термопара PA0210 Материал термопары  Хромель-алюмель Провод для термопары СФКЭ-ХА ТУ 16- 505.944-76 Число жил 2 Сечение, кв. мм 0,5 Оптоволоконный кабель F-ZF02S1HX Тип волокна  SM 9/125 Вес  15.8 г/м Число проводов 2 Нагревательный элемент  печи SHMK2242-220В-1,3Вт     2.3 Требования к составу системы Система СРТ-1 должна состоять из следующих основных узлов: - блок диспетчера, (БД), шт.- 1 - блоки контроля температуры, (БКТ), шт. - до 8

2.4 Требования к составу блок контроля температуры

 

Блок контроля температуры должен состоять из следующих основных узлов:

- усилитель сигнала с термопары

- реле

- АЦП

- усилитель сигнала от контроллера

- микроконтроллер

- блок питания

- конвектор Uart-RS485

 

 

2.5 Требования к условиям эксплуатации

 

Требования к условиям эксплуатации должны соответствовать  следующим                                        

параметрам:

- атмосферное давление 86-108кПа

- температура окружающей среды от + 10 до + 45°С;

- относительная влажность до 80% при 25⁰С.

 

 

2.6 Требования к надёжности:

 

Требования к надёжности должны соответствовать следующим параметрам:

- Срок службы – 10 лет;

- Наработка на отказ – 2500 часов;

- Время восстановления – 45 мин.

 

 

 

 

 

3 Разработка структурной схемы и выбор элементной базы

 

3.1 Структурная схема СРТ-1

 

Структурная схема представлена в приложении 1 и в качестве иллюстрации на рисунке 3.1.

 

 

Рисунок 3.1 – Структурная схема СРТ-1

 

А1-A8 – БКТ 1-8

A9 - Блок диспетчера

 

 

3.2 Структурная схема БКТ1

 

Структурная схема представлена в приложении 1 и в качестве иллюстрации на рисунке 3.2

 

 

                        Рисунок 3.2 – Структурная схема блока контроля температуры

 

А1 – Усилитель сигнала с термопары

А2 – Реле

А3 – АЦП

А4 – Усилитель сигнала от контроллера

А5 – Микроконтроллер

А6 – Блок питания

А7 – Конвертер Uart-RS485

 

 

3.3 Функциональная схема СРТ-1

 

 

Рисунок 3.3 – Функциональная схема СРТ-1, где 1 – термопара, 2 – усилитель сигнала с термопары, 3 – АЦП, 4 – микроконтролер, 5 – конвертер Uart-RS485, 6 –усилитель сигнала от контролера, 7 – реле.

 

 

3.3 Описание работы  СРТ1

  

Данная система состоит  из 8 автоматизированных блоков контроля   температуры и одного блока Диспетчера. Блоки контроля температуры должны подерживать температуру установленную диспетчером, а также сообщать сведения о температуре, по запросу диспетчера. В случае возникновения неполадок послать аварийный сигнал. Связь между блоками контроля температуры и блоком Диспетчера осуществляется через линию RS485, блоки контроля температуры подключены к этой линии паралельно.

 

3.4 Описание работы блока контроля температуры

 

Для подержания заданной температуры в данном блоке используется в качестве датчика термопара, а в качестве нагревательного элемента ТЭН электропечи, температура на котором подерживается за счет размыкания и замыкания электрической цепи, к которой он подключен. Данный процесс осуществляется при помощи электромагнитного реле, которым управляет МК через усилитель. Микроконтроллер через усилитель и АЦП получает данные, о температуре на термопаре. Для передачи информации в блок диспетчера служит линия связи RS485. Микроконтроллер подключен к этой линии посредством специального конвектора Uart-RS485. Микроконтроллер передает информацию о температуре в блок диспетчера, может поменять значение подерживаемой температуры по запросу диспетчера, а также может послать аварийный сигнал в случае выхода из строя одного из элементов данной системы.

 

 

3.5 Выбор элементной базы

 

3.5.1 Усилитель сигнала с термопары

 

Предназначен для подключения  к термопарам типа J(AD594) или типа K(AD595). Может использоваться с термопарами  типа Т. Выходное напряжение при низком выходном сопротивлении: 10 мВ/°С. Встроенный компенсатор точки плавления льда. Широкий интервал напряжений питания: +5В и до ±15В. Низкая мощность: <1 мВт в обычных условиях. Сигнализация разрыва термопары. Лазерная калибровка до точности 1°С. Режим установки операции. Встроенная операция с термометром по Цельсию. Дифференциальный вход высокого сопротивления.

AD594/AD595 – это совершенный  измерительный усилитель и компенсатор  холодного спая термопары на  монолитной микросхеме. Он сравнивает  эталон точки плавления льда  с предварительно калиброванным усилителем, чтобы получить выходной сигнал высокого уровня (10 мВ/°С) непосредственно из сигнала термопары. Расположение ножек микросхемы позволяет использовать ее как линейный усилитель-компенсатор или как контроллер с переключаемым выходным сигналом, используя встроенный или удаленный контроль установки. Может использоваться непосредственно для усиления собственного компенсированного напряжения, таким образом превращая его в автономный преобразователь в градусы Цельсия с выходом низкого сопротивления.

AD594/AD595 включает в  себя сигнализацию разрыва термопары,  которая срабатывает, если на  одном или обоих концах термопары  разрывается цепь. Выход сигнализации  выполнен в универсальной форме,  которая включает в себя управление TTL.

AD594/AD595 может питаться напряжением одной полярности (+5В) и напряжением обоих полярностей при необходимости измерения температуры ниже 0°С. Чтобы минимизировать саморазогрев, разгруженный AD594/AD595 обычно потребляет питание 160 мкА, но он также может потреблять ±5 мА в нагруженном состоянии.

AD594 настроен лазером,  чтобы соответствовать характеристикам  термопары типа J (железо-константан), а AD595 настроен лазером для  выходов типа К (хромель-алюмель). Температурные преобразователи  напряжения и резисторы переменного сопротивления находятся в комплекте так, чтобы настройка цепи на тип термопары проводилась путем добавления двух или трех резисторов. Эти устройства также позволяют провести более точную настройку при использовании термопар и термометров. AD594/AD595 бывают двух видов С и А; версии имеют точность калибровки ±1°С и ±3°С соответственно. Оба разработаны для использования в температурном интервале от 0°С до +50°С и имеют по 14 ножек, герметически упакованных и легко паяемых припоем DIP.

Для получения пропорционального выходного напряжения в 10 мВ/°С и компенсации эталона спая, соответствующего уровню управляющей схемы, усилитель AD594/AD595 настроен на соответствие выходным характеристикам термопар типа J и K при 25°С. Для типа J выходное напряжение термопары в этом температурном интервале соответствует 51.70 мкВ/°С, в то время, как для типа K – 40.44 мкВ/°С. AD594 усиливает в 193.4 (10 мВ/°С делить на 51.7 мкВ/°С), а AD595 – в 247.3 (10 мВ/°С делить на 40.44 мкВ/°С). Кроме того для абсолютного нуля с выхода компенсатора подается на вход усилителя 16 мкВ для AD594 и 11 мкВ для AD595. компенсационный сигнал возрастает, так как AD594/AD595 настроены на 250 мВ (выходной сигнал, который требуется при температуре подключенной термопары 25°С).

 Из-за того, что  выходное напряжение термопары не линейно зависит от температуры и AD594/AD595 линейно усиливают компенсированный сигнал, то для определения фактического выходного напряжения следует использовать следующие уравнения:

V(AD594)вых.=(V(тип J)+16мкВ)*193.4

V(AD595)вых.=(V(тип K)+11мкВ)*247.3

 После преобразования  получим:

V(тип J)=(V(AD594)вых./193.4)-16мкВ

V(тип K)=(V(AD594)вых./247.3)-11мкВ

 

 

3.5.2 Реле

 

В данной курсовой работе я использовал реле типа:

TRH-12VDC-D-A-R 12V / 30A, 250VAC

Его характеристики:

- 1 Форма (SPST-NO) контактов.

- Тяжелый коммутируемый ток до 30А.

- Высокий пусковой ток - 65А.

- Высокая способность перенапряжений - 10 000 В.

 

 

3.5.3 АЦП

 

В схеме используется АЦП на основе микросхемы ADS8320.

Частота выборок 100 КГц 

Мощность потребления:

- 1.8 мВт при 100 КГц, 2.7 В.

- 0.3 мВт при 10 КГц, 2.7 В.

- В выкл. режиме 3µА макс.

Данный АЦП разработан в корпусе MSOP-8. Совместим по выводам с ADS7816 и ADS7822 и имеет последовательный интерфейс. Разрешение, бит - 16