推荐厂家
暂无
暂无
[align=center][size=14px][img=双传感器自动切换PID控制器,690,426]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281550092924_2978_3384_3.png!w690x426.jpg[/img][/size][/align][color=#990000]摘要:为了解决PID过程控制器中双传感器自动切换的难题,降低成本提高性价比,替代昂贵的英国欧陆公司2704系列产品,上海依阳实业有限公司推出了单通道和双通道系列的24位高精度PID过程控制器,每个通道都可以实现双传感器自动切换。采用双通道控制器还可以实现温度和真空度的同时测量和控制,温度和真空度测控都可以实现双通道自动切换。另外双传感器自动切换功能还可使备份传感器成为可能,可有效保证过程控制的连续性和安全性。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=24px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size][size=14px][/size] 在许多工业控制领域中,如真空热处理、冷冻干燥机、高压釜、半导体加热炉、空间环境模拟室等,被控参数的量程往往会很宽泛,为了覆盖全量程范围内的准确测量和控制,往往需要两只不同量程的传感器。[size=14px][/size] 如在温度测控过程中,往往在低温段采用热电偶温度传感器,在高温段采用红外测温仪,有时也会采用两种不同类型的热电偶温度传感器来覆盖宽的温度区间。[size=14px][/size] 如在真空度测控过程中,往往会采用10Torr和1000Torr两只薄膜电容真空计来完成0.1~760Torr全量程范围的真空度准确测量和控制。[size=14px][/size] 对于这种需要双传感器测量和控制的场合,目前普遍还是采用人工判断切换方式,这给实际应用带来很大不便。[size=14px][/size] 国外著名厂商欧陆(EUROTHERM)公司针对上述应用,专门推出了2704系列PID过程控制器,但价格较贵。[size=14px][/size] 为了解决PID过程控制器中双传感器自动切换的难题,降低成本提高性价比,替代昂贵的国外产品,上海依阳实业有限公司推出了单通道和双通道系列的24位高精度PID过程控制器,每个通道都可以实现双传感器自动切换,采用双通道控制器还可以实现温度和真空度的同时测量和控制,温度和真空度测控都可以实现双通道自动切换。另外双传感器自动切换功能还可以使备份传感器成为可能,有利于控制过程中若一只传感器出现故障而自动切换到第二只备份传感器,保证过程控制的连续性和安全性。[size=24px][color=#990000]2. 基本原理[/color][/size][size=14px][/size] 双传感器自动切换的基本原理是在控制器主输入接口的基础上引入了一个辅助输入接口,如图2-1所示为两只传感器切换的情况。以温度传感器为例,高切换点(2-3)是第一只传感器工作的高点,低切换点(1-2)是第二只传感器工作的低点,在这两点之间控制器进行平滑计算。当主输入PV1和辅助输入PV2的测量值连续采样低于下切换点,切换到低温传感器。当主输入PV1和辅助输入PV2的测量值连续采样高于上切换点,则切换到高温传感器。[align=center][color=#990000][img=双传感器自动切换原理,690,452]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281552543835_2273_3384_3.png!w690x452.jpg[/img][/color][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2-1 双传感器自动切换原理图[/color][/align][size=24px][color=#990000]3. 控制器参数设置[/color][/size][size=14px][/size] 双传感器高低量程的切换点数值判断以辅助输入测量值为判断依据,因此当系统采用双传感器测量和控制时,辅助输入接口做为高端量程传感器的信号输入源。[size=18px][color=#990000]3.1. 双传感器切换功能时,输入类型分辨率的设置[/color][/size][size=14px][/size] (1)主输入接口输入类型为热电偶或热电阻时[size=14px][/size] 此时的温度单位“摄氏度”和“开尔文”设置为0.1度分辨率,温度单位“华氏度”为1度分辨率。即,主输入类型为热电偶或热电阻,温度单位为摄氏度或开尔文时,辅助输入通道小数点设置为1位小数。温度单位为华氏度时,小数点设置为0位小数。[size=14px][/size] (2)主输入通道的输入类型为模拟信号时(真空度测控情况)[size=14px][/size] 根据小数点设定分辨率,两通道必须相同分辨率,即主输入和辅助输入保持相同小数位数,但相应的量程要根据传感器的实际量程进行设置。如对于10Torr和1000Torr两只真空计,其对应的模拟信号都是0~10V,但显示量程分别要设置为10和1000。[size=18px][color=#990000]3.2. 双传感器切换功能中的上下限切换点设置[/color][/size][size=14px][/size] 在使用双传感器切换功能时,还需在控制器上进行相应子菜单设置,分别设置上限切换点和下限切换点,具体内容详见控制器使用说明书。[size=24px][color=#990000]4. 双传感器自动切换功能的应用[/color][/size][size=14px][/size] 具有双传感器自动切换功能的PID过程控制器可应用于多种场合:[size=14px][/size] (1)由于双传感器功能能够同时从两个独立的传感器接收输入信号,这就使得控制器可用于测量两传感器之间的差值和平均值,如温差、平均温度、真空压力差和真空压力平均值。[size=14px][/size] (2)双传感器自动切换功能也可作为备份传感器切换功能使用,即在控制器上连接两只完全一样的传感器,当第一只传感器开路时,当前测量自动切换到第二只传感器测量值进行控制,由此对测量和控制起到保护和保险作用。[size=14px][/size] (3)由于上海依阳公司的VPC2021-2系列PID过程控制器具有双通道同时测控能力,而每一通道都配备了辅助输入端口,这样就可以同时连接4只传感器。这种4只传感器的接入能力,能带来非常多的组态形式,如同时进行两路不同变量(如温度和真空度)的测量和控制,其中2只传感器同时测控温度和真空度,其他2只传感器用来同时监测其他两个测量点处的测量值变化情况。[size=14px][/size] (4)在高真空工艺过程中,最常见的是使用扩散泵,并将扩散泵放置在真空炉膛和机械泵(粗真空)之间,而扩散泵和机械泵之间的区域称为前级室。机械泵将前级室气压降低到扩散泵的最大吸入压力以下,扩散泵才能开始正常运行。在典型的单室真空系统中,一般会配备三个真空计:在主真空室(或炉膛)中将安装两个真空计,一个用于低真空(皮拉尼真空计10-3 mbar),另一个用于高真空(有源倒磁控管AIM)仪表10-8mbar。而另一个皮拉真空计被视为单独的输入用来监控前级室气压。在实际应用中需要两个主真空室上的真空计进行自动切换,同时外加一个真空计监测前级室气压和一个温度传感器进行腔室温度测控。两种类型的真空计(每种都需要24V直流电源)提供2~10V直流对数输出,涵盖不同的真空范围。在实际控制过程中,两通道控制器将前级室与主真空室隔离并打开前级泵,当前级室达到设定的真空度时,控制器将改变其联锁装置,使扩散泵能够将炉子抽真空。同样,当炉子达到设定的真空度时,两通道控制器将控制执行设定的温度曲线,同时继续监测是否保持必要的真空度。[align=center]=======================================================================[/align][align=center][img=,690,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107281553360737_7536_3384_3.jpg!w690x349.jpg[/img][/align][size=14px][/size]
在航海系统中,采用计程仪连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。本文所设计的计程仪系统采用双传感器组合结构,并结合微处理机技术(选用了MCS-51系列单片机及与之配套的专用接口芯片),组成了计程仪专用计算机系统。仪器结构简单,体积小,精度高,操作调整方便。它能方便地进行数字通讯;根据实际需要,也能发送速度的模拟信息,接口灵活,适应了船舶控制与操作自动化的需求。 1 计程仪硬件设计该计程仪系统由主仪器、电磁传感器、压差式传感器、船底阀、导压杆、可由用户扩充的分显示器和一套开关分配器等部分组成(图1)。本系统的突出特点是采用了双传感器组合结构:分别利用电磁传感器和压差式传感器(利用贝努利方程原理)来测量船舶与水之间的相对运动速度,并由其计算与记录船舶的航程。1.1 技术性能 (1)测速范围:-10节~+40节(量程更改可由程序设定);(2)航速精度(测速场精度):±0.20节;(3)航速发送形式:R S-485;(4)单次航程范围:0~9999.99海里;(5)累计航程范围:0~999999海里;(6)工作时间累计范围:0~99999小时;(7)航程解算精度:±0.1%(负速度不计航程)。1.2 主仪器工作原理 主仪器是一个以MCS-51单片微计算机为核心的专用微机系统,如图2所示。它包括:直流电源装置,键盘输入与显示装置,及由CPU、EPROM、EEPROM及专用接口电路组成的单片机装置。主仪器是计程仪的核心部分,其面板上装有各种操作按钮,用以控制整个仪器的运行,完成测速校正操作。 主仪器采用中断方式实现双传感器的数据采集控制,其中定时器周期性地产生中断信号申请中断,中断服务程序接收电磁传感器和压差传感器输出的电信号,然后A/D转换装置和I/F转换器将它转换成数字量后送至微机系统;按一定的计算公式进行数椐处理,并按调整后的曲线进行修正,以得到船舶的速度,再根据时间间隔的大小进行数值积分来求得航程。计算机将求得的航速信息以适当的形式通过各相应的接口电路送到各用户和分显示器,完成航速航程的显示。计算机系统中的EEPROM可以永久性地保存诸如累计航程、累计工作时间、速度调整参数等结果。1.3 主要芯片及其系统功能简介 本系统中主要采用了AT89C55、ICL7109和AD652等芯片,简介如下:1.3.1 AT89C55 AT89C55芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位单片机。片内主要有20KFlash存储器、256字节片内RAM,4个8位的双向可寻址I/O口,1个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行接口、3个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构,以及一个片内振荡器和时钟电路。本系统中利用了AT89C55丰富的20K闪存资源永久保存测量中累计航程、累计工作时间等关键结果,并利用了其定时器计数器及中断嵌套结构实现双传感器的数据采集。 在本系统中,T0、T1均工作在计数方式,T0产生1s计数中断,T1完成压差传感器转换的频率计数。INT0被用于按键中断处理,TXD串行发送计程仪的速度信息,波特率为4800。X1、X2外接8MHz的石英晶体。P1口各位分别完成发送显示码、测速/航行判断等功能,P2口部分参与地址译码,同时P0口分时输出数据/地址低8位。1.3.2 ICL7109 ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位模/数变换器。该芯片由模拟电路和数字电路两部分组成,其中模拟电路由模拟信号输入、振荡电路、积分、比较电路和基准电压源组成。数字电路由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑、计数器、锁存器、三态门组成。 ICL7109工作电压为双电源±5V,GND为公共端,外接6MHz的晶振,基准电压为外部分压输入的2.8V;接口方式为直接输出方式,数据输出为12位二进制数和一位极性,12位A/D转换通过控制高低字节使能端实现,分时读出低8位和高4位。 1.3.3 AD652 AD652是一种高速、高精度、同步I/F转换器;用外接时钟脉冲决定满量程频率,并允许电压或电流输入。本系统中AD652的功能是将压差传感器的4~20mA的电信号转换成频率信号输出给CPU,CPU再根据AD652的工作时钟解算出当前速度值。AD652工作电压为双电源±15V,工作时钟由单片机的晶振输出经54LS393分频获得,AD652输出脉冲由AT89C55的T1计数,计数时间间隔为1s。1.3.4 8155 8155除有三个I/O端口(A口、B口、C口)外,还带有一个256字节的静态随机存贮器和一个14位定时/计数器。具有一块芯片多种功能的特点。另外,8155和单片机的连接十分简单,甚至不需要8D锁存器。本系统利用8155构成键盘显示电路。2计程仪软件设计 在软件设计中,采用了数值逼近及多种滤波算法,并在充分利用CPU功能的前提下,尽量减少硬件数量。除合理选择硬件外,软件上采取抗干扰陷阱与冗余处理,提高了系统的稳定性和可靠性。 计程仪的工作程序用汇编语言编写,采用模块化结构的程序设计方法,便于使用维护与扩展。计程仪软件主要分为自检模块、管理模块、航速航程解算模块和测速校正等模块,各模块主要以中断方式调用。计程仪的基本工作程序框图如图3所示。当电源开关闭合后,仪器的专用计算机系统开始自检,主仪器及分显示器上将显示自检的结果;自检完毕后便开始对计算机系统进行初始化设置;初始化设置完毕后,定时器并未开始计时,而必须等到启动中断后才开始计时工作。此时计算机系统处于一种等待状态,等待定时或按钮所产生的中断发生。中断部分完成航速航程计算和发送。3结束语 本航星计程仪系统采用了双传感器结构实现船舶航速的连续测量并按一定的软件算法计算航程;具有硬件电路简单、可靠性高、工作稳定和性价比较高等特点,适应现代化舰船的需求。由于使用了AT89C55单片机等,使得该系统具有一定的可再开发性。目前该计程仪已批量生产,并安装于多种船舶上。 本贴来源于:www.ic36.com
[size=14px][color=#990000]摘要:为了保证科研生产中的安全运行和控制,针对一些对可靠性、安全性和产品价值要求较高的控制对象,往往要求传感器具有冗余设计。本文介绍了VPC 2021-1系列多功能超高精度PID控制器,主要介绍了此控制器的双传感器冗余功能及其使用方法。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px] 在各种工业和科研领域中,会采用大量各种传感器进行相应的过程参数测量和控制。在一些使用环境比较恶劣的条件下,如高低温、高压力、腐蚀、侵蚀、振动和强磁场等,传感器往往会受到损伤而发生故障,由此会在使用过程中给测量和控制带来严重影响,从而造成测量和控制效果降低,甚至造成产品报废和试验失败,更严重的还会造成控制失控而引发事故。特别是在一些高价值产品的长时间生产控制过程中,绝不允许期间出现中断而造成控制参数巨变造成高价值产品报废现象。[/size][size=14px] 为了解决上述运行过程中传感器损坏而带来的控制失效问题,最好的解决方法是进行冗余设计,即对工作用传感器进行备份。如图1所示,在被控对象中布置至少两个传感器,一个作为主传感器,另一个为备份传感器。当主传感器出现故障时,特别是主传感器出现断路时,控制器自动切换到备份传感器。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=双传感器冗余示意图,500,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161612313860_2879_3221506_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图1 冗余设计的双传感器(主传感器和备份传感器)[/color][/align][size=14px] 在控制过程和运行设备中配备双传感器比较容易实现,条件是主传感器和备份传感器的规格型号和量程要完全一致,但发挥这种冗余设计功效的关键是要求相应的PID控制器具有传感器断路自动监测能力,并同时要求能将控制回路自动切换到备份传感器。[/size][size=14px] 为了满足安全生产和控制需要,VPC2021-1系列多功能超高精度PID控制器配备这种双传感器冗余功能。如图2所示,此系列PID控制器具备万能型传感器输入功能,可连接的47种类型的输入信号,其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压。在备份传感器的具体使用中,可以将两只完全相同的传感器分别接入主输入端和辅助输入端,并将辅助输入通道设置为双传感器冗余功能。开始运行后,控制器同时采集两只传感器信号,但采用主传感器信号进行控制。当主传感器开路时,当前测量自动转入辅助输入端(备份传感器)的测量值并继续进行控制。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=具有双传感器冗余功能的多功能超高精度PID控制器,350,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161614314227_180_3221506_3.jpg!w496x551.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2 具有双传感器冗余功能的PID控制器[/color][/align][size=14px] 这种双端口输入信号的功能还可以进行扩展,可以通过相应的设置用来进行加热器断丝报警、阀位反馈、远程设定、不同量程双传感器切换。[/size][size=14px] 总之,这种具体双传感器冗余功能的PID调节器完全可以满足安全控制的需要,功能十分强大,同时还保持了超高精度的测量控制能力。[/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]