Описание работы устройства

Введение

Устройство представляет из себя взрывозащищённый регулятор, предназначенный для применения в системах электрообогрева, в том числе с применением саморегулирующихся греющих кабелей. Устройство имеет два интерфейса RS-485, один из которых предназначен для контроля параметров и управления, а другой для сбора температур со сторонних устройств. Устройство имеет 6 каналов управления нагрузкой, снабжённых блоками измерения тока.

Режимы работы канала управления

Канал регулирования поддерживает следующие режимы работы:

  • Дистанционный вкл.;

  • Дистанционный выкл.;

  • Дистанционный с дьюти-циклом;

  • Автоматический;

  • Блокировка;

  • Постоянный дьюти цикл;

  • Внешний датчик;

  • Калибровка.

Дистанционный вкл.

Канал постоянно включен. Интегральные показатели не измеряются. Защита по перегрузке и обработка обрыва нагрузки ведётся.

Дистанционный выкл.

Канал выключен. Измерения не производятся.

Дистанционный с дьюти-циклом

Управление ведётся дистанционно, при отсутствии связи канал переходит в режим «дьюти».

Блокировка

Блокировка канала в текущем режиме. Канал остаётся в том состоянии, в котором был на момент включения режима.

Постоянный дьюти цикл

Дьюти цикл по заданным параметрам. Ведётся измерение тока и обработка ошибок.

Калибровка

Постоянное измерение пускового тока с заданной периодичностью. Используется при калибровке канала.

Автоматический

Основной режим для работы с саморегулирующимися кабелями. Регулирование температуры кабеля на основе протекающего тока.

Параметры канала, участвующие в процессе автоматического регулирования

Температура

При работе с саморегулирующимися греющими кабелями расчёт температуры производится на основе тока, протекающего через греющего кабель. Устройство поддерживает температуру греющего кабеля на заданном уровне. Корреляция с температурой объекта зависит от физических параметров, таких, как теплоизоляция, качество прилегания кабеля и др.

Температура вычисляется из удельной мощности кабеля. Так как ток, протекающий через кабель резко меняет своё значение, для вычисления температуры и регулирования применяются интегральные показатели тока. Вычисление температуры производится с помощью приближённого полинома 3-го порядка:

\[T(W) = A \times W(I)^3 + B \times W(I)^2 + C \times W(I) + D,\]

где A, B, C, D - коэффициенты, полученные при исследовании образца кабеля, W(I) - погонная мощность кабеля, вычисляемая как:

\[W(I)=\frac{I \times U}{l},\]

где I - ток, U - напряжение(задаваемое, как константа), а l - длина(задаваемая как константа).

Для упрощения настройки и исключения лабораторных исследований, функция расчёта температуры может быть сведена к линейной:

\[T(W) = C \times W(I) + D\]

Таким образом калибровка может быть сведена к измерению тока при двух различных температурах и вычислению коэффициентов C и D.

Таблица 1 Список параметров, задействованных в алгоритме

Обозначение

Название

Описание

Принцип получения значения параметра

I

Действующий ток канала

Измеряется на базе периода сетевого напряжения

100 точек тока на 20 мс(период сетевого напряжения)

Istart

Стартовый коммутационный ток

Измеряется в момент переключения(реле/симистор)

После коммутации канала делается пауза в 250 мс, по окончании которой усредняются 9 предшествующих значений действующего тока канала

Ichstart

Стартовый ток канала

Измеряется в момент включения канала

После включения канала делается пауза в 375 мс, по окончании которой усредняются 9 предшествующих значений действующего тока канала

Ich

Ток канала

Скользящее среднее действующего тока

Скользящее среднее на основе массива значений максимальная длинна массива 200 измерений

Iint

Интегральный ток

Интегральный действующий ток канала

Интегрирование простым фильтром 1го порядка с момента старта устройства

Ipre

Интегральный ток на момент окончания предыдущего цикла

Интегральный ток на момент окончания предыдущего цикла включения-отключения канала

В момент пересечения интегральным током уставки на отключение происходит фиксация интегрального тока тока на момент отключения. Значение хранится до конца следующего цикла

Tch

Температура канала

Температура, по которой ведётся регулирование

Tch = T(max(Ich, Iint))

Tpre

Температура за предыдущий период

Температура, которую обычно используют для вывода в SCADA-систему

Tpre = T(Ipre)

Tint

Интегральная температура

Температура, рассчитанная из интегрального тока

Tint = T(Iint)

Tsetpoint

Целевая температура

Задаётся пользователем

Hyster

Гистерезис

Зона нечувствительности по температуре при нагреве

Задаётся пользователем

Ithreshold

Зона нечувствительности по току

Зона нечувствительности по току

Istart_sim

Ток через симистор

Измеряется после включения симистора, до включения реле

Istart_relay

Ток через реле

Измеряется после выключения симистора, после включения реле

Imax

Максимальный ток

Максимальный допустимый ток канала

Алгоритм регулирования в автоматическом режиме

Данный алгоритм выполняется циклически. Ошибки, связанные с перегрузкой, пробоем и обрывом каналов, должны быть квитированы.

@startuml
start
partition Проверки {
:Измерение Тока;
if (Istart > Ithreshold) then (Да)
	#Red: Флаг: Пробой канала ;
	end
endif
	
:Вкл: Симистор;
:Пауза ;
:Istart_sim = Istart;
:Пауза;
:Istart_relay =  Istart;
:Вкл: Реле;
:Пауза;
:Выкл: Симистор;

if ( (Istart_rel < Ithreshold) и (Istart_sim > Ithreshold) ) then (Да)
	#Red: Флаг: Пробой Симистора;
	:Выкл: Реле;
	end
else if ( (Istart_rel < Ithreshold) и (Istart_sim > Ithreshold) ) then (Да)
	#Red: Флаг: Пробой Реле;
	:Выкл: Реле;
	end
else if ((Istart_rel < Ithreshold) и (Istart_sim < Ithreshold) ) then (Да)
	#Red: Флаг: Отсутствие Нагрузки;
	:Выкл: Реле;
	end
endif

}

if(Tstart < Tsetpoint) then (Да)
	partition Нагрев {
	repeat 

	:Пауза МинВремяВкл;

	if( I < Ithreshold ) then (Да)
		#Red: Флаг: Отсутствие Нагрузки;
		:Вкл: Симистор;
		:Пауза;
		:Выкл: Реле;
		:Пауза;
		:Выкл: Симистор;
		end 
		endif

	if( I > Imax ) then (Да)
		#Red:Флаг: Перегрузка;
		:Выкл: Реле;
		end 
		endif


		repeat while( Tch < ( Tsetpoint + Hyster) ) is (Да) 
	}
endif	

	:Вкл: Симистор;
	:Пауза;
	:Выкл: Реле;
	:Выкл: Симистор;

end


	

@enduml

Рис. 1 Алгоритм работы канала в авто режиме

Внешний датчик

Регулирование ведётся на основе температуры, полученной с внешних устройств, посредством протокола Modbus.