Regulator jest wielowariantowy i moze realizowac wiele funkcji. W roznych odmianach nie sa montowane wszystkie elementy elektroniczne . Schemat pokazuje wersje srednio skomplikowana. Uzyto tylko elementow typowych, produkowanych masowo a wiec bardzo tanich i o duzej sprawdzonej niezawodnosci.
W systemach regulacji gdzie temperatura wody zasilajacej wezel cieplowniczy wacha sie w bardzo duzych granicach konieczne jest stosowanie regulatora adaptacyjnego czy raczej o zmienianym wzmocnieniu.. Regulator taki nie jest dostepny co stanowilo takze inspiracje i motywacje nad stworzeniem niniejszej maszyny.
Regulator taki powinien byc obecnie wykonany w technologi cyfrowej. Jednak mikrokomputer jednoukladowy 8048 jest zdecydowanie za slaby do tego zadania.
Z kolei system oparty o procesor Z80 czy 8088 mialby sens ale pod warunkiem objecia takze zdalnym nadzorem i sterowaniem absolutnie wszystkich komponentow rozbudowanego wezla cieplnego. Uzycie klopotliwego modemu nie jest konieczne. System taki mialby mozliwosc biezacego odczytywania stanu licznikow ciepla. Z uwagi na zapoznienie polskiej telekomunikacji to rozwiazanie wydaje sie jednak watpliwe.
W regulatorze zastosowano innowacyjny przekaznik trojpolozeniowy. Nie wystepuje w nim w ogole czwarty stan zabroniony. Przekaznik sklada sie z dwoch nasycanych przerzutnikow na tranzystorach komplementarnych o wspolnym wyjsciu.
Klasyczny lampowy czy tranzystorowy przerzutnik Schmidta pracuje bez nasycena elementow aktywnych. Jest to zaleta w szybkich ukladach i wada w wolnych. Przerzutnik wymaga przesuwania poziomu napiecia wejsciowego i dodatkowego wzmacniacza wyjsciowego. Uzycie takiego przerzutnika jest absolutnie niepraktyczne i juz lepiej uzyc do jego realizacji wzmacniacza operacyjnego.
Natomiast nasycany przrzutnik komplementarny sprawdza sie wprost rewelacyjnie. Jest prosty i doskonale zgodny z reszta systemu. Jako nasycany jest niepodatny na zaklocenia elektromagnetyczne.
Gorny przerzutnik w przekazniku trojpolozeniowym zatrudnia tranzystory Q11 i Q4 zas dolny przerzutnik zatrudnia tranzystory Q10 i Q6.
Komplementarny przerzutnik ma wiele zalet: swobode w ustalaniau progu nieczulosci oraz histerezy, oraz pelny zakres napiecia wyjsciowego i mocy wyjsciowej. Jego potencjalne wzmocnienie mocy jest ogromne.
Komparatorem w gornym przerzutniku jest tranzystor Q11 a w dolnym tranzystor Q10.
Sygnal kontrolujacy przekaznik trojpolozeniowy jest obecny na wyjsciu wzmacniacza U4A.
Jest on podany do przekaznika rezystorami R52 i R53. Rezystory R27 i R28 wyznaczaja strefe nieczulosci. W regulatorze nieadaptacyjnym sa one dolaczone do napiec zasilajacych jumperami CB2 i CB5. Rezystory R29 i R30 wyznaczaja wielkosc histerezy. W regulatorze nieadaptacyjnym podano na rezystory wyjscie przerzutnika.
Aby pozbyc sie utrapienia jakim sa awarie przekaznikow do zalaczania silnika serwomechanizmu zastosowano laczniki tyrystorowe. Tak jak to robi wspomniany Siemens.
Optymalnym lacznikiem sa tyrystory dwukierunkowe czyli TRIAC o duzej komutacyjnej i zakloceniowej odpornosci na szybkosc narastania napiecia anodowego. Typy takie sa na swiatowym rynku . Triack moze byc wyzwalany optotriakiem. Motorola stale podnosi napiecia graniczne i odpornosc na zaklocenia swoioch optotriakow serii MOC. U nas sa one niedostepne.
Od dwudziestu lat funkcjonuja na rynku standartowe tanie tyrystory C103/C106 koncernu General Electric produkowane przez wielu drugich producentow. Przy braku dodatkowego rezystora Rgk cechuje je bardzo wysoka czulosc wyzwalania ale tez i male jest dopuszczalne anodowe du/dt. Jednym slowem maja duza czulosc wyzwalania bramka i anoda. Im mniejsza wartosc dodatkowego rezystora Rgk tym mniejsza czulosc wyzwalania bramkowego i anodowego. Duza czulosc wyzwalania bramkowego pozwala na niestosowanie transformatorkow bramkowych lub rezystorow duzej mocy w obwodzie zasilania ukladu wyzwalajacego z wysokiego napiecia anodowego.
Podana dalej numeracja elementow dotyczy lewego lacznika pokazanego na schemacie.
Tyrystor Q1 wlaczony jest w przekatna mostka diodowego z diodami D3-D6. Szeregowy obwod R42 i C1 to gasik przeciwzakloceniowo – komutacyjny. Kondensator gasika na ktorym jest w przyblizeniu takie samo napiecie jak na kondensatorze silnika musi byc zwymiarowany na wysokie napiecie i jest klopotliwy, duzy i kosztowny. Mozliwe ze z tego wzgledu Siemens nie zastosowal ich w swoim regulatorze. Z pomiarow wynika ze na kondensatorze silnika potrafi byc nawet napiecie 360V przy zasilaniu silnika napieciem 220V. Lepszy bylby uklad posiadajacy ekstremalnie duza odpornosc na szybkosc narastania napiecia anodowego tyrystorow du/dt. Ochrone przepieciowa moglyby stanowic warystory. Mimo iz sa to masowo produkowane i tanie elementy to krajowe warystory sa nieosiagalne. W tym kierunku powinna pojsc modyfikacja lacznikow.
Nawet w sytuacji zalaczenia obu lacznikow tyrystorowych, na przyklad w sytuacji uszkodzenia jednego lacznika, dlawik L1 pewnie chroni tyrystory. Przy stosowaniu silnikow malej mocy L1 mozna zastapic bardziej ekonomicznym rezystorem. Przed zwarciami tyrystory chronia szybkie bezpieczniki F2 i F1.
Rezystor R33 podaje prad zalaczajacy bramke tyrystora. Tyrystor zostanie zalaczony jesli nie jest wlaczony tranzystor Q14. Tyrystor jest zalaczany bezzakloceniowo w zerze napiecia sieciowego jesli zamontowany jest rezystor R34 o podanej wartosci. Zerowa wartosc tego rezystora umozliwia zalaczanie Random. Niezaleznie bowiem od stanu transoptora U5 odpowiednio duze napiecie na anodzie tyrystora zalacza tranzystor Q14 i uniemozliwia wlaczenie tyrystora. Bez rezystora R34 zalaczenie odbywa sie natychmiast po wlaczeniu transoptora U5. Na diodzie D17 i kondensatorze C5 wykonano pomocniczy prostownik. Pozwala on miedzy innymi na bardzo pewne blokowanie tyrystora zalaczonym tranzystorem takze juz po wylaczeniu lacznika czyli chodzi o poprawienie anodowego komutacyjnego maksymalnego du/dt.
Zalaczanie w zerze napiecia skutecznie zmiejsza generowane przez system zaklocenia ale z drugiej strony zalaczanie w zerze jest odrobine niekorzystne dla procesu rozruchowego silnika asynchronicznego. Rodzaj pracy wybieramy montujac rezystor R34 lub zwore zamiast niego
Diody LED w typowych transoptorach U5 i U6 sa polaczone antyrownolegle a wiec nie jest fizycznie mozliwe wyzwolenie obu transoptorow w tym samym czasie.
Prad wyjsciowy z przekaznika trojpolozeniowego plynac przez diody Led transoptorow plynie takze przez diody LED D16 i D15 sygnalizujac prace silnika w poszczegolnych kierunkach.
Integrator (a dokladniej inercje) w konfiguracji odwracajacej wykonano na wzmacniaczu U3B. Do wejsciowego rezystora integratora R19 podano sygnal z przekaznika trojpolozeniowego porzez rezystor R58 oraz sygnal z potencjometru P3 regulujacego stala czasowa calkowania poprzez rezystor R17.
Kondensator C14 zmniejsza zaklocenia wysokoczestotliwosciowe. Jako kondensator integratora zastosowano maksymalnie duza dostepna wartosc kondensatora foliowego. Regula w praktyce swiatowych koncernow sa w regulatorach kondensatory foliowe. Producenci japonscy stosuja czasem w regulatorach unipolarne kondensatory elektrolityczne. Maja one jednak sporo wad jednak ich duze wartosci pozwalaja stosowac nawet kiepskie wzmacniacze bipolarne jako integratory. Dryft integratora w regulatorze jest maly i nie stanowi zadnego problemu. Blad integratora odniesiony do temperatury sensora stanowi ledwie setne czesci stopnia.
Podobnie jak w typowym rozwiazaniu Siemensa (jest to standard) wzmacniacz roznicowy U4A wypracowuje wewnetrzny sygnal bledu regulatora krokowego. Potencjometr P5 reguluje strefe nieczulosci a zatem takze czas najmniejszego wykonywanego kroku. Mozliwe jest zastosowanie strefy nieczulosci tylko do akcji proporcjonalnej natomiast akcja calkujaca moze dzialac bez strefy nieczulosci. Po eksperymentach na wezlach cieplowniczych stwierdzono ze nie jest to celowe i brak jest roznic w jakosci regulacji. Sa jednak zastosowania gdzie praca akcji calkujacej bez nieczulosci jest ogromna zaleta. W momencie zadzialania przekaznika trojpolozeniowego dziala takze , jest antycypowana, akcja proporcjonalna.
Stan przekaznika trojpolozeniowego a tym samym wyjsc mozna kontrolowac trojpolozeniowym monostabilnym przelacznikiem SW2.
Z kolei przelacznikiem SW1 mozna zabronic aktywacji jednego z kierunkow. Aktywne ograniczenie jest sygnalizowane paleniem sie diody LED D6 lub D6 a przekaznik jest blokowany w jednym kierunku tranzystorem Q12 lub Q13. Jesli stosujemy ten opcjonalny uklad to zbedne sa w przekazniku diody D9 i D20.
Przelaczniki te pozwalaja na dosc dowolne manipulacje instalacja ale tylko osobie ktora zna logike dzialania systemu. A wiec osoba powolana moze mocno otworzyc serowzawor celem wykonania okresowego zabiegu termicznej dezynfekcji instalacji CWU a z drugiej strony osoba niepowolana nie jest w stanie uszkodzic manipulacjami instalacji.
Na wzmacniaczu U3A wykonano wzmacniacz sygnalu z glownego sensora i jednoczesnie wzmacniacz sygnalu bledu. Mozliwa jest jednak inna aranzacja tak ze dostepny jest napieciowy sygnal temperatury sensora. Jest to uzyteczne w sytuacji kiedy chcemy stosowac wskaznik temperatury sensora oraz wskaznik wartosci zadanej. Sygnal bledu moze sterowac wskaznik wartosci sygnalu bledu na diodach LED. Stosowanie tego extra wskaznika mija sie z celem bowiem podobna ale nie identyczna funkcje pelnia diody sygnalizacyjne LED aktywnosci serwomechanizmu.
Uklad moze z sensorem PT100 pracowac w konfiguracji 2,3 i 4 przewodowej. Po zastosowaniu innych wartosci rezystorow (odpowiedzialnych za wzmocnienie , offset i nieliniowosc) uklad pracuje z dioda , tranzystorem lub ukladem scalonym LM35 jako czujnikiem temperatury. Z uwagi na ujemny wspolczynnik temperaturowy czulosci tych sensorow nalezy pamietac o zamianie kierunku przewodow silnika serowzaworu.
Tranzystor jako sensor temperatury moze jednoczesnie pracowac jako wzmacniacz ! W doswiadczalnym regulatorze krokowym pomyslu autora w ogole nie zastosowano wzmacniaczy operacyjnych a osiagniety rezultat byl jednoznacznie pozytywny. Wydaje sie jednak ze tak uwsteczniona technologicznie wersja wobec taniosci wzmacniaczy operacyjnych jest nieracjonalna.
Potencjometr P2 jest zadajnikiem temperatury. Wartosc rezystora R16 odpowiada za zakres nastaw. Jesli nie sa stosowane rezystory o malej tolerancji konieczne jest stosowanie regulowanego rezystora PR1 celem pokrycia dyspersji elementow mostka pomiarowego.
Na wzmacniaczu U3D wykonano bardzo podobny wzmacniacz sygnalu z drugiego sensora temperatury. Od temperatury tego sensora odejmowana jest temperatura glownego sensora (via rezystor R100) a wynik jest dostepny na wyjsciu wzmacniacza U3D. Jesli roznica jest zbyt mala aktywuje sie tranzystor Q3 utrzymujac wyjscie na minimalnym zalozonym poziomie co daje szanse na prace w kazdych warunkach ukladu adaptacyjnego.
Uklad ten jest stosowany wtedy kiedy potrzebna jest regulacja adaptacyjna. Kiedy tempeartura wody sieciowej bedacej zrodlem energii podana do wymiennikow zmienia sie w duzym zakresie konieczne jest stosowanie regulatora adaptacyjnego. Wzmocnienie wymiennika ciepla jako obiektu regulacji jest proporcjonalne do roznicy temperatur wody sieciowej i podgrzanej.
Jesli wzmocnienie regulatora ustawimy na tyle male aby petla regulacji pracowala stabilnie przy najwyzszych temperaturach wody sieciowej to przy malych temperaturach wody sieciowej wzmocnienie jest o wiele , wiele za male i reakcja serwozaworu jest zbyt slimacza co powoduje po rozpoczeciu odbioru plyniecie wody zbyt zimnej a po ograniczeniu odbioru zbyt goracej. Z kolei wieksze wzmocnienie powoduje niestabilna prace petli regulacji przy wysokich temperaturach wody sieciowej a co za tym idzei szybkie zuzycie serwomechanizmu oraz marnotrawstwo energi i duze zmiany temperatury. Sygnal z wyjscia wzmacniacza U3D podany jest to invertera o wzmocnieniu –1 na wzmacniaczu U3C.
Jak wspomniano w przekazniku trojpolozeniowym regulatora bez adaptacji strefa nieczulosci i histerezy jest stala. Natomiast w ukladzie adaptacyjnym zamiast napiec zasilajacych wyznaczajacych te strefy sa wlasnie podane komplementarnym przelacznikiem na tranzystorach Q5 i Q9 napiecia proporcjonalne do roznicy temperatur wod w wymienniku CWU.
Takze poziom napiecia podanego do integratora jest zmienny dzieki przelaczaniu tranzystorami Q7 i Q6. Dzieki adaptacji wzmocnienia regulatora wzmocnienie petli regulacji pozostaje stale w duzym zakresie zmniennosci temperatur wody zasilajacej wezel cieplny.
Sygnal bledu temperatury glownego sensora z wyjscia U3A jest podany poprzez wzmacniacz odwracajacy na U4C do regulowanego przerzutnika na wzmacniaczaczu U4D. Przerzutnik poprzez tranzystory zalacza przekaznik K1 ktory swoimi izolowanymi stykami moze byc przylaczony do ukladu alarmowego.
Wymagania na jakosc napiec zasilajacych nie sa wysokie Zasilacz wykonano ze stabilizatorami 7812 oraz 7912. Rownie dobrze mozna jednak stosowac stabilizator oszczednosciowy z dioda zenera i tranzystorem niczym u Siemensa. Wartosc napiec jest niekrytyczna i mozna ja mocno zmienic. Stosowanie wyzszych napiec nie jest wskazane z uwagi na niezawodnosc o czym jest dalej. Wszystkie elementy sygnalowe pracuja nieobciazone.
Przy stosowaniu sensora RTD system jest statycznie ( ale nie dynamicznie ) ratiometryczny a wiec niezalezny od napiecia. Przy zastosowaniu jako sensora diody ( ten sensor nie jest ratiometryczny ) wymienione stabilizatory 78XX i 79XX nadal sa wystarczajace.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz