Kaszkád ∆T szabályozás Használati útmutató
A nagy késlekedésű rendszereket csak nagyon lassan lehet szabályozni. Egy retortás kemencében a munkadarab, vagy a hőkezelt anyag egy tokban van. Ezt a tokot körülveszi a fűtött kemencetér. A kemencetér hőmérsékletérzékelője, időállandójának megfelelő késedelemmel, küldi az ellenőrzőjelet (PV) a szabályozó bementére. A szabályozó az alapjel (SP) és az ellenőrzőjel összevetése alapján kiszámítja a kimenetet, amely az összes rendelkezésre álló energia egy részét (például Y=30% esetén, annak 30%-át) bevezeti a kemencetérbe. A kemenceteret a jól behangolt szabályozó gyorsan, lengések nélkül felhevíti az alapjel értékére. A retorta csak lassan veszi át a hőt és minél jobban megközelíti az alapjelet annál lassúbb lesz a folyamat. Elvileg a folyamat végtelen hosszú ideig tart, de a gyakorlatban sem sokkal jobb a helyzet. A technológus ezért a kemencetér alapjelét magasabbra állítja. A különbséget csak kísérlettel lehet megállapítani. A különbséget ∆T-nek nevezzük. Ez az érték a szerkezettől, az anyag tömegétől, hőmérsékletétől, fajhőjétől, színétől, felületétől, stb. függ. Tehát ezt az egyszerű módszert csak mindig azonos hőkezelésekhez lehet alkalmazni. A HAGA kaszkád szabályozó algoritmusa automatizálja ezt a folyamatot. A kaszkádszabályozás egymásba ágyazott szabályozási körökből áll. Minden körhöz tartozik egy érzékélő. A belső kört master-nek, a külső kört slave-nek nevezzük. A master bemenetére érkezik a munkadarab (anyag) hőmérsékletének jele. A lineáris kimeneten a beavatkozójel átalakul hőmérsékletté. Ez a kimenet módosítja slave alapjelét úgy, hogy a master alapjeléhez hozzáadja a kimenet értékét. Ezt a kissé nehezen értelmezhető folyamat megértését segíti az 1. ábra. Mint már említettük master érzékelője a munkadarab (anyag) közvetlen közelében van. A master alapjelét a hőkezelés hőmérsékletének megfelelően állítottuk be. Ha a masterrel szabályoznánk, a késlekedés miatt igen nagy túllövést kapnánk, amely esetleg a kemence sérülését is okozhatná. A kaszkád működését kísérjük figyelemmel az 1. ábra szerint. A hőmérséklet emelkedésével az ábrán balról jobbra haladunk. A slave kimenete %-osan vezeti be az energiát a kemencébe. A szabályozón beállított arányos tartomány (P=100/Gain [ºC]) alsó határáig 100% teljesítménnyel fűt. A slave alapjele (SPm+LiHi). Látható, hogy a szabályozók automatikusan hozzáadják a ∆T értéket a munkadarab
1
m
P tartomány felső határ Y=0%
LiHi
PV
Ym
P tartomány alsó határ Y=100%
Yx
SPx = ∆Tx
LiLo
1. ábra
SPm+SP x
SPm+LiLo
SPm
Error (hibajel)
PVmaster
X
SPmast er
PVX
SP m+LiHi
SPm
SP sla ve
SLAVE PID szabályozó alapjele
MASTER MASTER P szabályozó P szabályozó lineáris kimenet folyamat
előírt hőmérsékletéhez. Ezt az értéket a master LiHi tárolójába kell beírni a Conf lapon. Tehát a kemencetér a beállított értékre melegszik fel és ez annyi amennyit Ön megenged!
Az arányos tartományban a ∆T értéke lineárisan csökken a LiLo értékéig, amelyet a master LiLo tárolójába kell beírni a Conf lapon. Ez az érték lesz a tartós eltérés a kemence és a munkadarab hőmérséklete között. A kemencében a hőmérsékletet az érzékelő végpontján mérjük. A gyakorlat mutatja, hogy a kemencetér többi pontjában a hőmérséklet ettől eltér. Természetesen ez a tokban lévő anyagra is igaz. Tehát ha a LiLo értéket 0-ra állítanánk, a kemence hőmérséklete a master alapjelére állna be és ez a legritkább esetben egyezik meg a tokban lévő anyag hőmérsékletével. Ezért a hőkezelési folyamat végén az egyensúly beállta után a LiLo értékét be kell állítani. Ha a retorta belsejében lévő érzékelő 10 ºC-kal kevesebbet mutat állítson 10 értéket, ha 10-zel többet akkor –10-et. A kaszkád szabályozás teljesen automatizálja az Ön folyamatát. Nem kell táblázatokban rögzíteni a különböző hőkezelési folyamatok beállítási adatait. Biztos lehet abban, hogy a kemence a beállított hőmérsékletre hevíti az anyagot. A HAGA szabályozókból összeállított kaszkád a szabályozók minden tulajdonságát kezeli. Tehát a slave működtethet motoros szelepet gázfűtéshez. A master lehet programszabályozó. A bemenetek és kimenetek szabadon konfigurálhatók. Az adatgyűjtő szoftver működik.
2
A 2. ábra egy hőkezelés diagramját mutatja be 700
600
Slave
500
400
Master Slave
Master
300
200
100 02.05.06 14:11:00
02.05.06 14:06:30
02.05.06 14:03:10
02.05.06 13:59:50
02.05.06 13:56:30
02.05.06 13:53:10
02.05.06 13:49:50
02.05.06 13:46:30
02.05.06 13:43:10
02.05.06 13:39:50
02.05.06 13:36:30
02.05.06 13:33:10
02.05.06 13:29:50
02.05.06 13:26:30
0
02.05.06 13:23:10
A diagram jól mutatja a kaszkádolás előnyeit. Az arányos tartomány alsó határáig maximális teljesítménnyel fűt. A beállás alatt a beállított ∆T értékkel magasabb hőmérséklettel növeli a hőátadást, majd ennek csökkentésével beállítja az előírt hőmérsékletet és ezt pontosan tartja. Ez a egy valós, kozmetikázatlan diagram, amely bármikor megismételhető! A kísérlet beállított adatai: master SP=600, LiHi=30, LiLo=13, GAin=5 slave önhangolás után: Gain=2.8, Int=307, dEr=68 A master több slave-et tud kezelni így többzónás (többcsatornás) rendszert is kitűnően szabályoz. A minden slave alapjele eltolható a „kaszkád” értéktől a manual reset helyén beírt értékkel. Tehát a HAGA rendszer kaszkád tulajdonságai rendkívül sok alkalmazásra adnak jó megoldást. Az előzőekben a ∆T kaszkád szabályozási módot ismertettük, mert ez könnyen megérthető és áttekinthetően használható. Szabályozóink a irodalomban leírt (normal) kaszkád szabályozási módban is működnek. Ez a működési mód több szakértelmet igényel. Általában hosszantartó folyamatokat lehet ezzel szabályozni. Célszerű ennek telepítését, beállítását, hangolását a gyártó szakembereivel megbeszélni. A ∆T kaszkádszabályozás nemcsak kemencét tud szabályozni, hanem köpenyfűtésű, illetve köpenyhűtésű reaktorokat, autoklávokat, stb. is.
3
A szabályozókat a használati útmutató szerint kell beállítani. A beállítások a Használati útmutató 1 oldalán, a 3. lapon találhatók az Epid és dLin utasítások beállítási helyein.
A bemeneteket és a kimeneteket szabadon lehet kiválasztani a Használati útmutató szerint. Az önhangolás Állítsa be a master erősítését (Gain) egy Ön által jónak tartott értékre. Ezt az önhangolás után is be lehet állítani, ugyanazt az eredményt fogja kapni. Kapcsolja a ∆T kaszkád master-jét kézi vezérlésbe. Állítsa be az Y értékét úgy, hogy a slave a hangolási hőmérsékletet mutassa. Indítsa be a slave önhangolóját és várja meg míg a T villogása megáll. Kísérlettel állapítsa meg a master erősítését, figyelembevéve a berendezés megengedett adatait. A kis értékű erősítés (nagy ∆T) a slave túllendülését okozhatja, amely azért kedvezőtlen, mert általában a túllendülés nagyon lassan áll vissza. A HAGA önhangoló algoritmus azonnal használható paramétereket ad, de ezeket célszerű adatgyűjtővel ellenőrizni. Nem túl nagy késlekedésű rendszerek master-jét is be lehet önhangolni úgy, hogy a slave érzékelőjét kell a master-hez kötni és a slave kimenete adja a beavatkozó jelet. Tehát mintha a master lenne az egyedüli szabályozó. Az ilyen hangolás általában ON/OFF beállítást eredményez, amely alkalmatlan kaszkád szabályozásra. Javasoljuk tehát, hogy a master mindig P, esetleg PI szabályozó legyen.
4
Kaszkád ∆T szabályozás Beállítási útmutató A KD48P, KD48D2 és KD48D szabályozókat lehet MASTER feladatra konfigurálni. A KD48P csak MASTER lehet, mert alapjelét (SP) nem lehet a kommunikációval megváltozatni. SLAVE tehát csak KD48D2, vagy KD48D típusú szabályozó lehet. A MASTER konfigurációja (csak a kaszkád tulajdonságok):
KD48P
Epid dLin LiLo LiHi A*d Con Adr
kommunikáció kiválasztása. C táblázat [65]=11 D táblázat [65]=00 szabályozáskor a tartós ∆T értéke szabályozáskor a legnagyobb túllövés értéke a SLAVE bekapcsolására konfigurált relé. E táblázat: 01011101 kommunikáció sebessége: [210]=011 (9600Bps) ajánlott eszközcím: 255
KD48D* Epid
kommunikáció kiválasztása. C táblázat [65]=11 D táblázat [65]=00 szabályozáskor a tartós ∆T értéke szabályozáskor a legnagyobb túllövés értéke a SLAVE bekapcsolására konfigurált relé. E táblázat: [210]=100 kommunikáció sebessége: [210]=011 (9600Bps) ajánlott eszközcím: 255
dLin LiLo LiHi A*d Con Adr
A SLAVE konfigurációja (csak a kaszkád tulajdonságok): KD48D*
szinkronizált bekapcsolás. B táblázat: [54]=10 kommunikáció sebessége: [210]=100 (9600Bps) ajánlott eszközcím: 0-254
out Con Adr
Bekötés (Példa)
7
37
8
IN PU T
1
26 27 28
38
Tx 33
A
34
5
Rx 35
B
6
36
7
37
2
1
8
21 22
2
23
3
24 25
4
26 27 28
38
33
A
T
Tx
34 Rx 35
B
2
5
Slave 3...
+ 31 U - 32
6
36
7
37
1
8
21 22
3
23 M OD E
36
3 4
3
1
24 25
IN PU T
6
23 24 25
T
2 4Vd c
B
2
RS 48 5
Rx 35
22
+ 31 U - 32
Egy darab SLAVE-hez nem szükséges.
P o we r 85 -2 65 VAC 12 0-37 5 VDC
A
5
2
21
1
Slave 2 (vevő)
M OD E
33 34
4
3
Slave 1 (vevő)
IN PU T
Tx
RS 48 5
3
T
M OD E
2
+ 31 U - 32
2 4Vd c
1
P owe r 85 -265 VAC 12 0-37 5 VDC
Master (adó)
Minden MODE-hoz (24 25) nem közösített feszültségmentes kontaktus.
RS 48 5
2 4Vd c
Se géd relé
Táp
P o we r 85 -265 VAC 12 0-37 5 VDC
26 27 28
38
Slave 1 beavatkozó
Slave 2 beavatkozó
Master bemenet (érzékelő)
Slave 1 bemenet (érzékelő)
Kommunikációs hálózat (busz)
RS232
Tx0 (MASTER) összekötve
RS485 összes A összekötve összes B összekötve
Rx1, Rx2, Rx3,…Rxn
5
Slave 2 bemenet (érzékelő) Slave 3...
