Датчик автоматического управления клапаном (7 видео)

День добрый, коллеги! Встал, неожиданно, такой вопрос. именно встал ? .

У моего руководства появилось непреодолимое желание модернизировать существующую систему регулирования подачи газа на путевой подогреватель нефти. По сути, никакого регулирования нет — его нужно сделать:
Установить клапан на газовой линии для регуляции давления газа. Клапан «обязан» работать в автоматическом режиме по уставке давления в газовом сепараторе. На установку контроллера (SIMATIC S7-300) мне добро не дали , а работать в дистанционном/местном режиме нельзя. Вот я и задался вопросом:
Существует ли не столь дорогой контроллер, который бы управлял один процессом? И да, что не мало важно, место, занимаемое данным контроллером, должно быть незначительным. ну допустим 200х200 мм!

Содержание

Умный электропривод шарового крана воды или газа с Wi-Fi экосистемы Tuya
Внешний вид
Внутренности устройства
Монтаж
Программное обеспечение и автоматизация
Автоматизация
Видеообзор
Выводы
Управление клапанами и задвижками (МЭО) в системах регулирования технологического процесса
Примеры процессов в которых используется управление клапанами и задвижками (МЭО)
Особенности управления клапанами и задвижками (МЭО)
Линейка регуляторов для управления клапанами серии KUBE
Управление клапанами с обратной связью по положению
Программные особенности KUBE
Аварии и тревоги
🎦 Видео

Видео:Система ЕГР (EGR) / Система рециркуляции отработавших газов – ОСНОВЫ в 3D анимацииСкачать

Умный электропривод шарового крана воды или газа с Wi-Fi экосистемы Tuya

После установки датчика протечки воды из прошлого обзора, появилась идея автоматически закрывать шаровый кран холодной воды. Для этой цели идеально подойдет автоматический электропривод (сервомотор) для шаровых кранов Smart Valve Tuya. Умный клапан подключится к умному дому по протоколу WiFi, что избавляет вас от покупки шлюза. Но есть и версия с ZigBee протоколом. В паре с датчиком протечки или с отдельным датчиком анализа газа (если устанавливать этот автоматический умный электропривод на газовый кран). В случае сигнала затопления или превышения газа -АВТОМАТИЧЕСКИ закроет шаровый кран.

Внешний вид

Поставляется кран в обычной картонной коробке, без всяких опознавательных знаков. Внутри все необходимое для подключения.

В инструкции особой необходимости нет, из полезного — как крепить кран и посмотреть характеристики девайса.

Для работы крану необходимо 12В питание. Для этого в комплекте находится блок питания 12В — 1А. с европейской вилкой. Общая длина проводов около 5 метров, но при необходимости, можно и нарастить.

В верхней части крана присутствует кнопка включения/выключения (служит для открытия или закрытия крана, без использования мобильного приложения) и светодиод индикации WiFi подключения.

Закрыть или открыть кран можно даже при отсутствии электрики дома, для этого необходимо с помощью колечка, потянуть на себя стопорный механизм и провернуть рычаг крана на 90 градусов, для закрытия или открытия.

По сути этот девайс можно использовать везде, где необходимо что-то провернуть на 90 градусов, некоторые даже для открытия небольших окон в теплице приспосабливают.

Ширина «зацепа» может регулироваться, максимальное значение 23 миллиметра.

Размеры девайса составляют 68*79*103 миллиметра.

Внутренности устройства

За умность устройства отвечает достаточно популярный модуль TYWE3S. TYWE3S — это встроенный модуль Wi-Fi с низким энергопотреблением, разработанный Tuya. «Он состоит из высокоинтегрированного беспроводного радиочастотного чипа (ESP8266), нескольких периферийных устройств, встроенного стека сетевых протоколов Wi-Fi и различных библиотечных функций.» Гуглтранслейт»

Кнопка управления и светодиод индикации работы вынесены на отдельную плату.

Я думал, что внутри будет обычный редуктор с пластиковыми шестернями. Но был очень приятно удивлен, когда узнал, что шестерни металлические. Большой + к сроку службы данного девайса.

Для ограничения угла открытия/закрытия установлены концевики, в виде небольших кнопок.

Монтаж

У меня 1 корневой кран холодной воды, на него и буду монтировать этот девайс.

К автоматике крепим металлический кронштейн, из комплекта, для установки на трубе.

Далее закрепляем автоматику на трубе, не забывая поджать «зацепы» на ширину ручки шарового крана.

Подключаем питание и с помощью кнопки открытия/закрытия проверяем работу механизма. При необходимости можно дополнительно отрегулировать положение рычага с помощью «зацепов» на плече автоматики.

В обычном режиме мощность составляет 0,4W, а в момент работы 1,6W.

Полное открытие или закрытие происходит всего за 8 секунд.

Программное обеспечение и автоматизация

Скачиваем и устанавливаем на смартфон приложение Smart Life или Tuya Smart. Переводим автоматику в режим сопряжения, удерживая кнопку открытия/закрытия в течении 7-10 секунд, пока светодиод индикации не начнет быстро мигать. Переходим в меню добавления устройств и выбираем любое WiFi устройство ( розетку, выключатель, удлинитель). Далее стандартно выбираем свою WiFi сеть и вводим пароль от нее. ПО автоматически определить, что мы такого добавили, после этого можно его переименовать на свой вкус.

Читайте также: Клапан форсунки азпи а06011000001

В основном меню сразу видно статус устройства ( закрыто или открыто) и «нажатием» на виртуальную кнопку, мы можем управлять краном.

Можно устанавливать таймеры работы на открытие или закрытие. Эта функция будет удобна, например, для организации автоматического полива газона.

После создания различных таймеров на открытие/закрытие ими можно управлять из дополнительного меню.

Кроме таймера, есть возможность установки обратного отсчета для изменения статуса с закрыто на открыто, и наоборот. При этом под виртуальной кнопкой будет уведомление, что через N времени статус устройства будет изменен.

Кроме этого статусом устройства, просмотром таймеров и прочих счетчиков можно с главного экрана приложения Smart Life.

Рекомендую включить уведомление о состоянии, тогда в случае отсутствия WiFi соединения с устройством на смартфон придет напоминание. На момент написания обзора прошивка была 1.1.2, можно установить автоматический режим обновления, а можно обновлять «вручную».

Автоматизация

При наличия датчика протечки или датчика утечки газа, необходимо перекрыть воду/газ. Для этого заходим в меню автоматизации и выбираем условие, что если датчик протечки срабатывает, закрываем кран.

Можно запускать действие открытия/закрытия или даже закрытие+открытие (Reverse Switch). Или вначале таймер отсчета, потом изменение статуса девайса. Кстати, рекомендую выставить одну задачу в месяц на закрытие+открытие, в целях предотвращения «закисания» крана.

Еще одну автоматизацию можно добавить после устранения протечки или утечки газа. А именно, на открытие крана. Но в случае с газом, я бы не стал этого делать без визуального контроля.

В моем случае автоматизация выглядит таким образом. Тут еще не добавлен сценарий — 1 раз в месяц закрывать и открывать кран.

В случае сработки приходит уведомление в шторку о сработке и о статус крана. В среднем от момента «затопления» до начала закрытия крана 3-7 секунд — детально показано в видеообзоре.

Видеообзор

Выводы

Как я уже говорил, есть WiFi версия и есть Zigbee. В случае с WiFi, никаких дополнительных шлюзов покупать нет необходимости, но если уже есть дома шлюз ZigBee, то думаю будет предпочтительный использовать ZigBee версию. Но с WiFi получается более автономней. Я буду использовать эту автоматику совместно с WiFi датчиком протечки из прошлого обзора. По сути, за довольно небольшую сумму можно уберечь свой дом от больших проблем. Время сработки после затопления 3 секунды, а полное закрытие крана всего 7 секунд. И это все полностью в автоматизированном режиме + уведомление на смартфон или в другую систему умного дома. Уехали в отпуск и забыли перекрыть воду или газ – тоже не проблема, заходим в приложение Smart Life и одним нажатием перекрываем воду умным краном, из любой точки мира. Так как датчик протечки и автоматический кран работают по WiFi, то их можно использовать как отдельный комплект в доме, без необходимости докупки и настройки шлюзов.

Видео:Регулятор давления воды с электронным управлением|Автоматика для насоса|Реле давления воды EPP12,12AСкачать

Управление клапанами и задвижками (МЭО) в системах регулирования технологического процесса

Обратите внимание так же внимание на статьи:

В различных отраслях используются регулирующие клапаны управления температурой, влажностью, давлением, уровнем, концентрацией, весом и т.п., путем изменения расходов жидкостей, газов или сыпучих материалов. В данной статье рассматриваются автономные приборы (регуляторы, контроллеры) и их особенности, предназначенные для подобного типа управления.

Примеры процессов в которых используется управление клапанами и задвижками (МЭО)

Для понимания о каких процессах идет речь приведем примеры:

I. При необходимости поддержания заданной температуры путем:

управления расходом теплоносителя через теплообменник в системах отопления и ГВС ЖКХ, в тепловых насосах,
пастеризаторах пищевых продуктов и т.п.;
управления расходом хладагента в холодильных машинах и кондиционерах;
управления пламенем горелки в печах, бойлерах, системах производства CO2 и т.д.;
смешивания холодной и горячей воды.

II. При необходимости поддержания заданной влажности:

управление подачей пара для варочных шкафов для мясоперерабатывающей промышленности.

III. При необходимости поддержания заданного давления:

управление перепадом давления на фильтрах в пищевых и химических процессах;
поддержание заданного давления в емкости с газированным напитком перед установкой розлива;

IV. При необходимости обеспечения заданной концентрации путем:

управления подачей материала в емкость смешивания\разведения;

V. При необходимости обеспечение равномерной массовой подачи материала:

управлением подачей сыпучего материала из накопительного бункера на подающий конвейер\шнек.

Особенности управления клапанами и задвижками (МЭО)

Примеры общего вида клапанов и задвижек

При управлении клапаном важно определится с типом управляющего сигнала и наличием обратной связи с клапана по его положению.
Наиболее распространёнными типами сигналов для управления клапанами являются: аналоговые (0..10 В, 0\4..20 мА) и релейные дискретные (2 сигнала: открыть\больше и закрыть\меньше). Удобством аналогово управления является прямая зависимость открытия клапана от сигнала задания, тогда как при управлении дискретными сигналами регулятор\контроллер производит расчет процента открытия исходя из данных о времени подачи дискретных сигналов и времени полного открытия клапана. Так же клапаны с аналоговым управлением сигналом могут закрывать при пропадании сигнала, то очень важно в ряде процессов. Но не смотря на плюсы аналогового управления, клапаны и задвижки (МЭО) с дискретным управлением остаются ощутимо дешевле, что сказывается на их распространенности.

Варианты управления положением: дискретными сигналами или аналоговым сигналом

Читайте также: Чертеж клапана ваз с размерами

Для повышения точности управления открытием часто используется обратная связь по положению с сигналам 0\4..20 мА или, в более бюджетном варианте, потенциометрическим сигналом в диапазоне от 100 до 10 000 Ом.

Контроллер-регулятор KX6 с обратной связью по положению клапана

Для управления клапанами используется алгоритмы на основе классического ПИД регулятора, дополненные рядом важных функций:

В первую очередь используемый ПИД алгоритм должен обладать защитой от насыщения интегратора, возникающего в классическом алгоритме при длительном выходе на заданную величину с максимальным выходным управляющем сигналом и приводящему к существенному перерегулированию.

Во-вторых, интегратор должен быть защищен от проблемы «холостого хода» связанного с конечной точностью цифро-аналогово преобразователя управляющего сигнала, и может приводить к статической ошибке.

В-третьих, алгоритм должен обеспечивать плавный переходный режим между ручным управление (прямым заданием открытия) к автоматическому.

Данные моменты в более общей форме рассмотрены в книгах «Системы управления с ЭВМ» (Глава 8) К. Острём, Б. Виттенрмарк (K. Åström. B. Wittenmark) и «Цифровые системы автоматизации и управления» (Глава 6) Г. Олсон, Дж. Пиани.

Наличие качественного алгоритма автонастройки параметров ПИД существенно ускоряет ввод системы в эксплуатацию и обеспечивает длительную работу системы с нужной точностью без обслуживания.

Рассмотрим модели регуляторов ASCON TECNOLOGIC серии KUBE которые могут быть использованы для управления клапанами.
Компания ASCON TECNOLOGIC (образована объединением компаний ASCON и TECNOLOGIC) выпускает приборы для управления клапанами с 80-х годов прошлого века: начав с серии XM и продолжив с сериями XP в 90-х, с X3, X5, Q3, Q5 в 2000-х и линейкой регуляторов KUBE (K_3, K_5P, KX6).

Линейка регуляторов для управления клапанами серии KUBE

Для управления клапанами и задвижками без обратной связи можно выбрать из трех серий K_3, KRD3 и K_5P. Регуляторы KRD3 являются версией K_3 без индикации для монтажа внутри шкафов управления на DIN-рейку. Управлением KRD3 осуществляется через RS485 по протоколу Modbus RTU. Единственное отличие серии K_5P от K_3 состоит в возможности задания много сегментной (до 96 сегментов) программы изменения технологической величины (например, температуры) от времени, поэтому далее мы рассмотрим только серию K_3.

Варианты исполнения контроллеров-регуляторов KUBE

В серии K_3 регуляторы представлены в четырех видах исполнения корпуса: три в панельном исполнении формата 78×35 – KR3, 48х48 – KM3, 48х96 – KX3 и один для монтажа на DIN-рейку в шкафах KRD3.

В независимости от исполнения корпуса все модели имеют универсальный аналоговый вход (J, K, R, S, T, PT100, PT100, мВ, мА, В) или (J, K, R, S, T, NTC, PTC, мВ, мА, В), 1 дискретный вход для переключения режимов работы регулятора и 1 конфигурируемый вход\выход, так же он может быть использован для питания датчиков с преобразователями 4..20 мА.

Экраны регуляторов высококонтрастные цветные. На экране отображаются две величины: измеренное значение (три цвета на выбор для отображения) и вторая величина, по умолчанию задание в автоматическом режиме работы. У моделей с KX3 так же есть дополнительная полоса (горизонтальный барограф), по умолчанию настроенный на отображение выходной величины регулятора\ расчетного открытия клапана.

Диаграмма поясняющая логику изменения цвета экрана KUBE

В зависимости от конфигурации предусмотрено два типа (L и H) питания регуляторов 24 В

Три дополнительных выхода могут следующих типов:

1 выход: I =0\2..10 В, 0\4. 20 mA, R = Реле SPST 4 A, O = транзистор для управления ТТР;
2 выход: — = отсутствует, R = Реле SPST 2 A, O = транзистор для управления ТТР, M= Реле управления клапаном 2 A;
3 выход: — = отсутствует, R = Реле SPST 2 A, O = транзистор для управления ТТР, M= Реле управления клапаном 2 A.

Для связи с верхним уровнем (ПЛК, панелями оператора, SCADA) регуляторы могут быть оснащены интерфейсами RS485 с протоколом Modbus RTU и Ethernet (шлюз AET1) с протоколом Modbus TCP.

Наиболее популярными моделями в России являются:

«KM3-HRMMD—E—«

, управление клапаном дискретными сигналами, 1 релейный выход для сигнализации по выбранной аварии или группе аварий и событий.
«KM3-HIRRD—E—« («KM3-HIRRDS—E—» c RS485) корпус 48х48х73, питание 220 В

, управление клапаном аналоговым сигналом 0\2..10 В или 0\4. 20 mA , 2 релейных выхода для сигнализации или управления, например включения подачи жидкости для охлаждения.
«KM3-HIMMDS—E—« корпус 48х48х73, питание 220 В

, RS485, аналоговый выход для передачи измеренного сигнала, вычисленной ошибки между заданием и измерением и т.п. на другой контроллер\регулятор или самописец, управление клапаном дискретными сигналами.
«KX3-HIRRD—E—« («KХ3-HIRRDS—E—«c RS485) корпус 48х96х86, питание 220 В

Управление клапанами с обратной связью по положению

Наиболее популярными моделями в России являются:

KX6-HBMMRRC—E—-«

Читайте также: Клапан запорный ду250 ру16

«KX6-HBMMRRC—E—-» на пульте управления газовой печью

«KX6-HBI-RRC—E—-«

Программные особенности KUBE

Регуляторы KUBE работают в трех режимах: автоматическом, ручном и ожидания. Переключение между режимами возможно: через параметры, по кнопке (расположенной у левого края пульта регулятора), по дискретному сигналу.

В автоматическом режиме регулятор работает в режиме стандартного управления с замкнутым контуром. При этом в верхней строке экрана отображается измеренное значение, в нижней строке экрана отображается заданное значение (если не выбрано другое в параметрах), десятичная цифра менее значимой цифры нижнего дисплея выключена.

В ручном режиме у регулятора контур управления выключен, выход управления может быть: равен 0 или предустановленному значению, а также задан оператором при помощи кнопок на пульте. На экране включен индикатор MAN. При этом в верхней строке экрана отображается измеренное значение, в нижней строке экрана выходное задание.

В режиме ожидания регулятор работает как индикатор: в верхней строке экрана отображается измеренное значение, в нижней строке поочередно отображается значение задания и сообщение St.bY или od. Выходы управления выключены.

[57] Auto — Auto tune selection
В регуляторах KUBE предусмотрено три алгоритма автоматической настройки параметров ПИД:
1. EvoTune автонастройка разработана ASCON TECNOLOGIC (используется по умолчанию) подходит, если:
• Обеспечивает приемлемую точность с минимальным или отсутствующим перерегулированием;
• У вас данных о динамике и нелинейностях управляемого процесса;
• Вы не можете быть уверены в навыках конечного пользователя;
• Вы хотите автоматическую настройку независимо от условий выполнения (например, изменение заданного значения
во время выполнения настройки и т.п.)

2. Осциллирующая автонастройка – модификация алгоритма Ziegler-Nichols предложенная Åström-Hägglund в 1984
году для настройки регулятора с замкнутой обратной связью:
• Обеспечивает высокую точность поддержания: быстрая реакция на изменение задания и возмущения процесса;
• Наличие перерегулирования и тенденции к колебаниям, которые необходимо компенсировать параметром
[65] Fuoc;
• Может запускаться, даже если измеренное значение близко к заданию;
• Может использоваться, даже если задание близко к температуре окружающей среды.

3. Fast автонастройка подходит, если:
• Процесс очень медленный, но необходимо произвести автонастройку в течение короткого времени;
• Когда перерегулирование неприемлемо;
• Для многозонных нагревателей, где данный метод уменьшает ошибку, связанную с влияния соседних зон.

[65] Fuoc — Fuzzy overshoot control
Этот параметр уменьшает перерегулирование, обычно присутствующее при запуске регулятора или после изменения заданного значения, и оно будет активным только в этих двух случаях. Заданием параметра от 0,00 до 0,99 можно менять скорость выхода в момент подхода к заданной точке. При значении Fuoc = 1 эта функция отключена.

[8] oPE — Safety output value
Задание безопасной величины выходного сигнала в аварийных ситуациях.

[69] rS — Manual reset (integral pre-load)
Этот параметр позволяет существенно уменьшить отклонения при «горячем» перезапуске для процессов с длительным установившимся режимом.

Когда ваш процесс устойчив, регулятор работает с постоянной выходной мощностью (например, 30%) и происходит короткое прерывание питания, процесс перезапускается с измеренным значением, близким к заданной точке, в то время как регулятор начинает работать с интегральной составляющей равной нулю. Что приведет к значительному отклонению от установившегося режима.

Задание данного параметра, равным средней выходной мощности (в нашем примере 30%), позволяет регулятору начать работу с выходной мощности, равной величине, которую он будет использовать в установившемся режиме (вместо нуля), и отклонение будет очень маленьким (теоретически равным нулю).

Для процессов с длительными периодами выхода на рабочий режим (часто осуществляемого вручную для уменьшения перерегулирования), предусмотрены два параметра характеризующих скорость (плавность) изменения задания для алгоритма управления:

[86] SP.u — Rate of rise for positive set point change (ramp up)
Коэффициент скорости изменения задания при изменении задания в положительную сторону.

[87] SP.d — Rate of rise for negative set point change (ramp down)
Коэффициент скорости изменения задания при изменении задания в отрицательную сторону.

Прошивка регулятора KX6 дополнена следующими полезными функциями:

[58] Pot — Potentiometer enabling
Обратная связь с клапана может использоваться, как только для отображения, так и для управления.

[60] PoSi — Valve position at start up
Возврат клапана в указанное положение (открыт или закрыт) при включении питания при работе без обратной связи.

[59] P.cAL — Automatic Potentiometer Calibration
Функции автоматической калибровки обратной связи и определения реального времени движения для повышения качества управления и диагностики.

KX6 последовательность калибровки потенциометра

Аварии и тревоги

Надеемся, что приведенная информация окажется полезной.

Офис/склад: 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, дом 59. Доставка оборудования по России транспортными компаниями.

Режим работы
Время работы офиса:
пн-чт с 9.30 до 17.30, пт с 9.30 до 16.30 Время работы склада:
пн-чт с 10.00 до 17.00, пт с 10.00 до 16.00
Перерыв на обед
с 13.15 до 14.00