2. Технические характеристики и условия эксплуатации прибора

Технические характеристики измерителя-регулятора ТРМ101 приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Общие характеристики

Наименование	Значение
Диапазон переменного напряжения питания частотой 47...63 Гц	90... 245 В
Потребляемая мощность	не более 6 ВА
Количество входов	2
Время опроса входа	1 с
Напряжение источника питания активных датчиков	24±3 В постоянного тока (180 мА макс.)
Интерфейс связи с компьютером	RS-485
Протокол связи, используемый для передачи информации о результатах измерения	ОВЕН
Габаритные размеры прибора	102×48×48 мм
Масса прибора	не более 0,5 кг

Прибор предназначен для эксплуатации в следующих условиях:

• закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;

• температура окружающего воздуха от +1 до +50 °С;

• относительная влажность при 35°С – 30…85%;

• атмосферное давление от 85 до 107кПа.

3. Настройка и порядок работы прибора

Настройка прибора заключается в подключении датчика и задании необходимых значений программируемых параметров программного обеспечения ТРМ101.

В качестве входных датчиков прибора могут быть использованы:

1. Термопреобразователи сопротивления (ТС).

Выходные параметры ТС определяются их номинальными статическими характеристиками (НСХ), стандартизованными ГОСТ Р 6651-94. Основными параметрами НСХ являются:

• начальное сопротивление датчика R₀, измеренное при температуре 0 °С;

• температурный коэффициент сопротивления W₁₀₀, определяемый как отношение сопротивления датчика, измеренное при температуре 100 °С, к его сопротивлению, измеренному при 0 °С.

В связи с тем, что НСХ термопреобразователей сопротивления – функции нелинейные (для ТСМ в области отрицательных температур, а для ТСП во всем диапазоне), в приборе предусмотрены средства для линеаризации показаний.

Во избежание влияния сопротивлений соединительных проводов на результаты измерения температуры, подключение датчика к прибору следует производить по трехпроводной схеме. При такой схеме к одному из выводов ТС подключаются одновременно два провода, соединяющих его с прибором, а к другому выводу – третий соединительный провод. Для полной компенсации влияния соединительных проводов на результаты измерений необходимо, чтобы их сопротивления были равны друг другу (достаточно использовать одинаковые провода равной длины).

В некоторых случаях возникает необходимость подключения ТС не по трехпроводной, а по двухпроводной схеме, например с целью использования уже имеющихся на объекте линий связи. Такая схема соединения также может быть реализована.

2. Термоэлектрические преобразователи (термопары) ТП также как и термопреобразователи сопротивления применяются для измерения температуры.

НСХ термопар различных типов стандартизованы ГОСТ Р 8.585-2001. Так как характеристики всех термопар в той или иной степени являются нелинейными функциями, в приборе предусмотрены средства для линеаризации показаний.

3. Активные преобразователи с выходным аналоговым сигналом в виде постоянного напряжения или тока применяются в соответствии с назначением датчика для измерения таких физических параметров как давление, температура, расход, уровень и т.п. Выходными сигналами таких датчиков могут быть, как изменяющееся по линейному закону напряжение постоянного тока, так и величина самого тока.

Питание активных датчиков может осуществляться как от встроенного в прибор источника постоянного тока с выходным напряжением 24±3 В, так и от внешнего блока питания.

Подключение датчиков с выходным сигналом в виде постоянного напряжения (-50,0….50,0 мВ или 0…1,0 В) может осуществляться непосредственно к входным контактам прибора, а датчиков с выходом в виде тока – только после установки шунтирующего резистора сопротивлением 100 Ом (допуск не более 0,1 %).

Общая схема подключения всех типов датчиков представлена на рис.3.

Рис. 3. Общая схема подключения

Типы датчиков, подключаемых к измерителю-регулятору микропроцессорному ТРМ101, приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Типы датчиков, подключаемых к ТРМ101

Наименование и НСХ	Диапазон измерения		Разрешающая способность	Предел основной привед. погрешности
1	2		3	4
Термопреобразователи сопротивления
ТСМ (Cu50)W100=1,4260 ТСМ(50М)W100=1,4280 ТСП (Pt50)W100=1,3850 ТСП (50П)W100=1,3910 ТСМ (Cu100)W100=1,4260 ТСМ (100М) W100 =1,4280 ТСП (Pt100) W100=1,3850 ТСП (100П)W100=1,3910	-50÷+200 °С -190÷+200 °С -200÷+750 °С -200÷+750 °С -50÷+200 °С -190÷+200 °С -200÷+750 °С -200÷+750 °С		0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С	0,5 %
ТСМ (53М)W100=1,4260 (гр. 23) ТСП (46М)W100=1,3910 (гр. 21)	-50÷+200 °С -200÷+750 °С	0,1 °С		0,5 %
Термопары
TXK (L) TXA (К) ТНН (N) ТЖК (J) ТПП (S) ТПП (R) ТПР (В) ТВР (А-1) ТВР (А-2) ТВР (А-3) ТМК (Т)	-200÷+800 °С -200÷+1300 °С -200÷+1300 °С -200÷+1200 °С 0÷+1750 °С 0÷+1750 °С +200÷+1800 °С 0÷+2500 °С 0÷+1800 °С 0÷+1800 °С -200÷+400 °С	0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С 0,1 °С		0,5 %

1		2		3		4
Сигналы постоянного тока и напряжения
0÷5мА 0÷20мА 4÷20мА -50÷+50 мВ 0÷1 В	0÷100 % 0÷100 % 0÷100 % 0÷100 % 0÷100 %		0,1 % 0,1 % 0,1 % 0,1 % 0,1 %		0,5%
Примечания. 1. W100 - отношение сопротивления датчика, измеренного при температуре 100 оС к его сопротивлению, измеренному при 0 оС. 2. При температурах больших 1000 оС разрешающая способность равна 1 оС.

Настроечные программные параметры измерителя-регулятора ТРМ101, определяющие его работу, разделяются на следующие группы:

1. Основные параметры настройки (Группа )

представлены в таблице 3.

Таблица 3

Название параметра	Имя переменной для хранения знач. парам.	Доп. значения	Комментарии	Заводские установки
1	2	3	4	5
Тип датчика	in-t	r385	ТСП50П W100= 1,385	E_ _L
		r.385	ТСП 100П W100= 1,385
		r391	ТСП50П W100= 1,391
		r.391	ТСП 100П W100= 1,391
		r-21	ТСП (46М)W100=1,3910 (гр. 21)
		r426	ТСМ 50МW100= 1,426
		r.426	ТСМ 100М W100= 1,426
		r-23	ТСМ (53М)W100=1,4260 (гр. 23)
		r428	ТСМ 50МW100= 1,428
		r.428	ТСМ 100М W100= 1,428
		E-A1	TBP(A-1)
		E-A2	TBP(A-2)
		E-A3	ТВР(А-3)
		E_ _b	ТПР(В)
		E_ _i	ТЖК(J)
		E_ _Y	TXA(K)
		E_ _L	TXK(L)
		E_ _n	ТНН(N)
		E_ _r	ТПП(R)
		E_ _S	ТПП(S)
		i 0_5	Датчик 0…5 мА
		i 0.20	Датчик 0…20 мА
		i 4.20	Датчик 4…20 мА
		U-50	Датчик -50…+50 мB
		U0_1	Датчик 0…1 В
Точность вывода температуры	dPt	0;1	Задает число знаков после запятой при отображении температуры на индикаторе	1
Положение десятичной точки	dP	0;1;2;3	Задает число знаков после запятой при отображении на индикаторе измеренного значения	1
Нижняя граница диапазона измерения	in-L	-1999…9999	Задает значение физической величины соответствующей нижнему пределу выходного сигнала датчика	0.0
Верхняя граница диапазона измерения	in-Н	-1999…9999	Задает значение физической величины соответствующей верхнему пределу выходного сигнала датчика	100.0
Нижняя граница задания уставки	SL-L	от нижней до верхней границы диапазона измерения датчика	Ед.измерения	-199.9
Верхняя граница задания уставки	SL-Н	от нижней до верхней границы диапазона измерения	Ед.измерения	800
Сдвиг характеристики датчика	SН	-500…+500	Прибавляется к измеренному значению	0.0
Наклон характеристики датчика	YU	0.500…2.000	Умножается на измеренное значение	1.0
Полоса цифрового фильтра	Fb	0…9999	Ед.измерения	0.0
Постоянная времени цифрового фильтра	inF	0…999	с	0
Тип логики работы компаратора	Alt	0	Сигнализация выключена	0
		1	Срабатывание при выходе за заданный диапазон
		2	Срабатывание по верхнему пределу
		3	Срабатывание по нижнему пределу
		4	Срабатывание при нахождении в заданном диапазоне
		5	Срабатывание при выходе за заданный диапазон с блокировкой 1го включения
		6	Срабатывание по верхнему пределу с блокировкой 1-го включения
		7	Срабатывание по нижнему пределу с блокировкой 1-го включения
		8	Срабатывание при превышении по абсолютному значению
		9	срабатывание при абсолютном значении меньше заданного
		10	Срабатывание при превышении по абсолютному значению с блокировкой 1-го включения
		11	Срабатывание при абсолютном значении меньше заданного с блокировкой 1-го включения
Порог срабатывания компаратора	Al-d	От нижней до верхней границы диапазона измерения датчика	Ед.измерения	10.0
Гистерезис компаратора	AL-H	От 0 до верхней границы диапазона измерения датчика	Ед.измерения	0.0
Нижняя граница диапазона регистрации ЦАП2	An-L	От нижней до верхней границы диапазона измерения датчика	An-L≠ An-Н	0.0
Верхняя граница диапазона регистрации ЦАП2	An-Н			100.0
Функция ключа на дополнительном входе при дистанционном управлении регулятором	Eu-1	none	Дополнительный вход не задействован	none
		n-o	Запуск при размыкании ключа
		n-C	Запуск при замыкании ключа
Тип управления при регулировании	orEu	or-d	«Прямое» управление. Выходной сигнал увеличивается при увеличении измеряемого значения. Применяется для управления «холодильником»
		or-r	«Обратное » управление. Выходной сигнал уменьшается при увеличении измеряемого значения. Применяется для управления «нагревателем»
Период следования управляющих импульсов	СР	01…250	с	1

1.1 Тип датчика (параметр in-t) – позволяет задать тип номинальной статической характеристики (НСХ) подключенного датчика.

1.2. Наклон характеристики датчика и сдвиг характеристики датчика. Для устранения начальной погрешности преобразования входных сигналов и погрешностей, вносимых соединительными проводами, измеренное прибором значение может быть откорректировано. В ТРМ101 есть два типа коррекции, позволяющие осуществлять сдвиг или наклон характеристики на заданную величину.

Для компенсации погрешностей ΔR = R₀ – R_0TCM, вносимых сопротивлением подводящих проводов R_TCM, при использовании двухпроводной схемы подключения термопреобразователей сопротивления, к каждому измеренному значению параметра T_изм прибавляется заданное пользователем значение δ («сдвиг характеристики датчика»).

Рис.3 Рис.4

На рис. 3 приведен пример сдвига характеристики для датчика TCM50M, W₁₀₀ = 1,426.

Для компенсации погрешностей датчиков при отклонении значения W₁₀₀ от номинального каждое измеренное значение параметра T_изм умножается на заданный пользователем поправочный коэффициент α («наклон характеристики датчика»). Коэффициент задается в пределах от 0,5 до 2,0. На рис. 4 приведен пример изменения наклона характеристики для датчика TCM50M W₁₀₀ = 1,426.

ВНИМАНИЕ! Задание корректирующих значений, отличающихся от заводских установок (SH=000.0 и YU=1.000), изменяет стандартные метрологические характеристики ТРМ101 и должно производиться только в технически обоснованных случаях квалифицированными специалистами.

1.3 Полоса цифрового фильтра (параметр Fb) и Постоянная времени цифрового фильтра (параметр inF).

Для ослабления влияния внешних импульсных помех на эксплуатационные характеристики прибора в программу его работы введена цифровая фильтрация результатов измерений. Цифровой фильтр подавляет помехи двух видов. Во-первых, фильтр устраняет сильные единичные помехи (рис. 5). Если измеренное значение T_i отличается от предыдущего T_i–1 на величину, большую, чем значение параметра F_в (заданная «полоса фильтра»), то прибор присваивает ему значение равное T_i–1 + F_в (рис. 5). Таким образом характеристика сглаживается. Как видно из рис. 5, малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение полосы фильтра или отключить действие этого параметра. При работе в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение в параметре «полоса фильтра».

Во-вторых, фильтр устраняет шумовые составляющие сигнала, осуществляя его экспоненциальное сглаживание. Основной характеристикой экспоненциального фильтра является постоянная времени τ_ф – интервал, в течение которого сигнал достигает 0,63 от значения каждого измерения T_i (рис. 6). При больших значениях τ_ф фильтр вносит значительное запаздывание, но шумы заметно подавлены (кривая II на рис. 6). При τ_ф близких к нулю фильтр довольно точно отслеживает изменения входного сигнала, но уровень шума практически не уменьшается (кривая I на рис. 6). При установке оптимальных значений параметров фильтра задержка сигнала, вносимая фильтром, не будет оказывать отрицательного влияния на процесс регулирования, при этом сохранится эффективность подавления помех.

Рис.6

1.4 Тип логики работы компаратора. В зависимости от системы регулирования можно задать параметры срабатывания компаратора, сигнализирующего о выходе регулируемой величины за допустимые пределы. В приборе заложено 11 типов логики срабатывания компаратора. Кроме того, пользователь задает порог срабатывания компаратора Х и гистерезис Δ для устранения ненужных срабатываний из-за колебаний контролируемой величины вокруг порогового значения. Компаратор сигнализирует об аварийной ситуации, при этом регулятор продолжает работать.

1.5 Период следования управляющих импульсов. При использовании ПИД-регулятора с выходным устройством ключевого типа необходимо установить период управляющих импульсов. Более высокая частота обеспечивает быстроту реакции регулятора на внешние возмущения. В идеале частота импульсов управления должна совпадать с частотой опроса датчика. При использовании электронных ключей (тиристоров, симисторов) рекомендуется устанавливать значение Т_сл равным 1...2 с. Увеличение периода следования управляющих импульсов позволяет при использовании электромагнитных реле или пускателя продлить срок службы силовых контактов, но может ухудшить качество регулирования.

2. Дополнительные параметры настройки (Группа ) представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Название параметра	Имя переменной для хранения знач. парам.	Доп. значения	Комментарии	Заводские установки
1	2	3	4	5
Скорость изменения уставки	uSP	0…9999 0	Ед. измерения Параметр отключен	0
Режим регулирования	Cntl	Pid onoF	ПИД-регулятор Двухпозиционный регулятор	Pid
Гистерезис двухпозиционного регулятора	HYSt	0…9999	Ед.измерения	1.0
Состояние выхода в режиме «остановка регулирования»	onSt	on oFF	Включен Выключен	oFF
Состояние выхода в режиме «ошибка»	onЕr	on oFF	Включен Выключен	oFF
Режим быстрого выхода на уставку	ranP	on oFF	Включен Выключен	oFF
Полоса пропорциональности ПИД-регулятора	Р	0.001…9999	Ед.измерения	30.0
Интегральная постоянная ПИД-регулятора	i	0…3999	с	100
Дифференциальная постоянная ПИД-регулятора	d	0…3999	с	20
Зона нечувствительности ПИД-регулятора	db	0…200	Ед.измерения	0
Минимальная выходная мощность (нижний предел)		От 0 до oL-Н	%	0
Максимальная выходная мощность (верхний предел)	oL-Н	От oL-L до 100	%	100
Максимальная скорость изменения выходной мощности	orL	0.2…100.0	%/c	100
Значение выходной мощности в состоянии «ошибка»	nuEr	0…100	%	0
Состояние выхода в режиме «остановка регулирования»	ndSt	nuSt o	Заданное параметром nuSt Последнее значение выходного сигнала	nuSt
Значение выходной мощности в состоянии «остановка регулирования»	nuSt	0…100	%	0
Время диагностики обрыва контура	LbR	0…9999 0	с функция не работает	0
Ширина зоны диагностики обрыва контура	LbAb	0…9999	Ед.измерения	10.0

2.1. Режимы регулирования. Двухпозиционный регулятор. Прибор в режиме двухпозиционного регулирования работает по одному из представленных на рис. 7 типов логики:

• тип логики 1 (обратное управление) применяется для управления работой нагревателя (например, ТЭНа) или сигнализации о том, что значение текущего измерения Т_тек меньше уставки Т_уст. При этом выходное устройство первоначально включается при значениях Т_тек < Т_уст – HYS, выключается при Т_тек > Т_уст + HYS и вновь включается при Т_тек < Т_уст – HYS, осуществляя тем самым двухпозиционное регулирование по уставке Т_уст с гистерезисом ±HYS.

• тип логики 2 (прямое управление) применяется для управления работой охладителя (например, вентилятора) или сигнализации о

превышении значения уставки. При этом выходное устройство первоначально включается при значениях Т_тек > Т_уст + HYS, выключается при Т_тек < Т_уст – HYS. Задание уставки (Т_уст) и гистерезиса (HYS) производится назначением параметров регулирования прибора.

Рис. 7. Диаграммы срабатывания прибора по типам логики: 1 – обратное управление; 2 – прямое управление

ПИД-регулятор. Общие принципы ПИД-регулирования. На выходе регулятора вырабатывается управляющий (выходной) сигнал Y_i, действие которого направлено на уменьшение отклонения E_i:

, (1)

где X_p – полоса пропорциональности; E_i – разность между заданными T_уст и текущими T_i значением измеряемой величины, или рассогласование; τ_д – постоянная времени дифференцирования (программируемый параметр «дифференциальная постоянная ПИД-регулятора»); ΔE_i – разность между двумя соседними измерениями E_i и E_i–1; Δt_изм – время между двумя соседними измерениями T_i и T_i–1; τ_и – постоянная времени интегрирования (програмируемый парaметр «интегральная постоянная ПИД-регулятора»); – накопленная сумма рассогласований.

Для эффективной работы ПИД-регулятора необходимо установить правильные для конкретного объекта регулирования значения коэффициентов X_р, τ_д и τ_и, которые можно определить либо в режимах АВТОНАСТРОЙКА, или РУЧНАЯ НАСТРОЙКА

2.2 Зона нечувствительности. Для исключения излишних срабатываний регулятора при небольшом значении рассогласования E_i, для вычисления Y_i по формуле (1) используется уточненное значение E_p, вычисленное в соответствии с условиями:

если |E_i| < X_d, то E_p = 0;

если E_i > X_d, то E_p = E_i – X_d;

если E_i < – X_d, то E_p = E_i + X_d,

где X_d – зона нечувствительности (см. рис. 8).

Рис.8

Тогда прибор будет выдавать управляющий сигнал только после того, как регулируемая величина выйдет из этой зоны. Зона нечувствительности не должна превышать необходимую точность регулирования.

2.3. Скорость изменения уставки. Если значение уставки необходимо изменить в процессе работы, то переход с одного значения на другое можно сгладить, задав «скорость изменения уставки». В качестве начальной уставки принимается текущее значение регулируемого параметра на момент включения регулятора, тогда каждую минуту уставка регулятора изменяется на величину, заданную в этом параметре.

3. Параметры регулирования (Группа ) представлены в таблице 5.

Таблица 5

Название параметра	Имя переменной для хранения знач. парам.	Доп. значения	Комментарии	Заводские установки
1	2	3	4	5
Измеренная величина	Pu	Диапазон измерения датчика	Ед. измерения Параметр не устанавливаемый, а индицируемый
Уставка регулятора	SP	Определяется параметрами SL-L SL-H	На индикаторе обозначение параметра не отображается	30
Запуск/останов регулирования	r-S	run StoP	Регулятор работает Регулятор остановлен	StoP
Запуск/останов автонастройки	At	run StoP	Запускается режим автонастройки Автонастройка выключена	StoP
Выходная мощность ПИД-регулятора	o	0.0…100.0	% Параметр не устанавливаемый, а индицируемый	-

4. Параметры обмена по интерфейсу (Группа ), представленные в таблице 6, определяют работу прибора по интерфейсу RS-485. Доступны для чтения и записи.

Таблица 6.

Название параметра	Имя переменной для хранения знач. парам.	Доп. значения	Комментарии	Заводские установки
1	2	3	4	5
Скорость обмена данными в сети	bPS	2.4 4.8 9.6 14.4 19.2 28.8 38.4 57.6 115.2	кбит/с Должна соответствовать скорости обмена данными, установленной в сети	115.2
Длина сетевого адреса	A.LEn	8 11	бит	8
Базовый адрес прибора в сети	Addr	0…2047	Запрещается устанавливать одинаковые номера нескольким приборам в одной сети	0
Задержка ответов по сети	rSdL	1…45	мс	20