Jste zde

TEST – Teplotní regulátor OMRON E5CN-Q2MT

Antonín Vojáček, 11. Duben 2010 - 22:32

Měl jsem možnost si vyzkoušet kompaktní teplotní regulátor společnosti OMRON s označením E5CN-Q2MT. Ten se vyznačuje možnosti připojení širokého množství různých typů teplotních snímačů a řídícím výstupem ovládaný dvoustavovou nebo speciální 2-PID regulací umožňující plně automatickou funkce včetně plně automatického nastavení PID koeficientů dle schování regulované soustavy. Dále jsou k dispozici dva nezávislé monitorovací alarmy ovládající dva reléové výstupy.

V  mém hlavním zaměstnání se mi od kolegy technika dostal do ruky teplotní regulátor výrobce OMRON s označením E5CN-Q2MT-500. Během víkendu jsem měl možnost si s  ním trošku seznámit.

Provedení, vzhled a ovládání

Tento teplotní panelový regulátor s panelem standardních rozměrů 48 x 48 mm na první pohled po vybalení z krabičky hned zaujme moc hezkým provedením čelního panelu. Ten je hezky lesklý s mírně vystouplým krycím sklem displeje a pod ním se vyskytující 4 dobře stlačitelná a výrazně značená ovládací tlačítka. Na první pohled to vypadá velmi elegantně a odlišuje to tento přístroj od méně kvalitní konkurence. I přesto je regulátor vyráběn v Číně. Ještě více překvapující je po zapnutí napájení 230 VA AC velmi pěkné provedení 3barevného a 11segmentového LCD displeje se dvěmi číselnými poli (hlavní PV a vedlejší SV) a indikačními symboly. Hlavní červeně podsvícený displej je v základním režimu určený pro zobrazovaní naměřené teploty a v případě nastavování parametrů se na něm zobrazují zkratky položek menu. Popravdě řečeno, bez popis v manuálu nelze ani skoro odhadnout, co znamenají. Pokud tedy obsluhujete tento regulátor poprvé, asi budete jako já porovnávat zobrazenou spleť segmentů s obrázkem v manuálu. Pod hlavním umístěný vedlejší zeleně podsvícení pomocný segmentový displej slouží pro nastavení cílové regulační teploty pro potřeby řízení topení / chlazení a dále pro zadávání hodnot nebo volby aktuálně navolené položky menu. Na levé straně displeje jsou pak červeně a žlutě podsvícené různé indikační piktogramy, jako například jednotka teploty °C nebo F, aktuální stav spínaných výstupů, zámek apod.

Rozměry teplotního regulátoru OMRON E5CN-Q2MT-500

Pod displejem se nachází 4 membránová tlačítka, přičemž 2 vpravo označené šipkami nahoru a dolů převážně slouží ke změně hodnoty navolené položky menu. Změna položky se provádí postupným stiskem 2. tlačítka zleva a v některých případech společně s 1. tlačítkem zleva provádí přechod ze základního zobrazení teploty do některého nastavovacího menu. Ty jsou celkem 4 a umožňují ovládat / nastavit následující parametry:

  • zapnutí / vypnutí měření teploty
  • definování typu připojeného snímače teploty
  • jednotku teploty
  • měřící rozsah teploty
  • funkci řízení regulátoru - topení / chlazení
  • řídící parametry, periody a hystereze pro režim chlazení / topení
  • provozní režim regulace teploty (dvoupolohová, 2-PID)
  • řídící parametry zvoleného režimu regulace teploty
    • parametry a režim dvoustavové regulace
    • parametry a režim 2-PID regulace (ST, AT, manuál)
  • max. / min. nastavitelná cílová hodnota regulace
  • max. rychlost změny nastavení cílové hodnoty
  • provozní režim monitorování teploty - alarmy (13 možností)
  • řídící parametry zvoleného režimu alarmu
  • konstantu posuvu teploty
  • nastavení hodnot monitorování teploty (alarmy)
  • hystereze spínacích hodnot alarmů

 

Fotografie základního zobrazení regulátoru s aktuálně naměřenou teplotou 26°C a s nastavenou regulační teplotou 34,2 °C s indikací napětí na řídícím výstupu OUT 1 (vlevo) a položku menu pro nastavení posuvu teploty o zde definovanou hodnotu (vpravo).

Na opačné straně černé celoplastové z boku žebrované skříně, tj. na proti displeji, se pak nachází dvě řady připojovací svorkovnice. Tedy dvě řady v mém případě, protože pokud si objednáte doplněk například v podobě dálkového ovládání pro RS-485, který je také v nabídce, přibude tam ještě třetí řada. Všechny svorky jsou v provedení masivních šroubovacích kontaktů umožňující bezproblémů připevnit vodiče do průřezů až 2,5 mm2. To se hodí například pro připojení napájecích vodičů síťového napětí 230 V AC, ale naopak to může způsobovat problémy se správným nakontaktováním slabých signálových vodičů například od čidla teploty. Přiřazení jednotlivých svorek najdete dostatečně popsané na boku regulátoru, takže hned nemusíte sahat po manuálu.

U mé varianty E5CN-Q2MT-500 byly přítomny následující vstupy/výstupy:

  • Svorky 3, 4 a 5 pro připojení snímačů teploty - konkrétně svorky 5-6 pro napěťové signály a všechny tři pro odporové snímače (svorka 4 slouží jako zdroj proudu 7 mA)
  • Svorky 1 a 2 - 12 V napěťový výstup OUT 1 pro řízení polovodičových relé SSR pro regulaci teploty (ohřev / chlazení)
  • Svorky 6 a 8 - první reléový výstup monitorování teploty, tzv. Alarm 1
  • Svorky 7 a 8 - druhý reléový výstup monitorování teploty, tzv. Alarm 2
  • Svorky 9 a 10 - připojení napájení 250 V AC

 

Popis svorkovnice (vstupů / výstupů) teplotního regulátoru E5CN-Q2MT-500 na jeho boku

Po sejmutí žebrované časti krytu i se svorkovnicemi lze vidět elektronickou konstrukci regulátoru tvořenou hlavní destičkou plošných spojů, která je součástí čelního ovládacího panelu, do níž jsou zasazeny dvě rozšiřující destičky, každá kopírující jednu řadu svorek. Mimochodem velmi zajímavě je řešeno upevnění svorkovnic k těmto destičkám. Přesněji řečeno k nim nejsou upevněny, ale jsou k nim jen nakontaktovány prostřednictvím kontaktních plošek. Proto i po sejmutí krytu zůstávají svorkovnice pevně uchyceny na krytu. Také je tím zajištěno, že po sejmutí krytu nelze regulátor spustit, protože máme odpojené napájení. Hlavními řídícím prvkem je 16bitový jednočipový mikrokontrolér NEC D78F1154.

Fotografie vnitřního provedení teplotního regulátoru E5CN-Q2MT-500 po sejmutí zadního plastového krytu
(na posledním 4 fotografii se můžete všimnout řídícího MCU NEC D78F1154) - pro zvětšení klikněte na příslušný obrázek.

Možnosti připojení snímačů teploty

Toto vše je hezké, ale u teplotního regulátor nás asi primárně bude zajímat, jaké senzory teploty lze k němu připojit. Na k tomuto účelu připravené šroubovací masivní svorky na zadní straně měřáku lze připojit jak odporové platinové senzory typu Pt100 či JPT100, tak i přímo napětí generující termočlánky všeho druhu (typy J, T, E, L, U, N, R, S, B či W). Dále lze připojit infračervené termosenzory ES1B nebo cokoliv co poskytuje napětí 0 až 50 mV. Podle toho, co se připojí se, musí se navolit správná volba typu vstupu. Pokud se připojí jiný senzor než je podporován, nebo než je jaký je definován, zobrazí se místo hodnota teploty chybová hláška „S.ERR“ (Senzor ERRor).

Celý sortiment teplotních snímačů, které lze k teplotnímu regulátoru E5CN-Q2MT-500 připojit.

Monitorování teploty - alarmy

V případě, že jsme připojili správný senzor i správně navolili vstup, zobrazí se v hned aktuálně snímačem naměřená teplota. Dle údajů výrobce probíhá vzorkování / sejmutí teploty snímače každých 250 ms a za A/D převodníkem se provádí filtrace digitálním filtrem.

Pokud nám funguje měření teploty, tak následně již můžeme nastavit parametry pro regulaci a zvolit dva různé požadované monitorovací režimy, tzv. „Alarms“, každý ovládající jeden reléový výstup tvořený relátky OMRON na desce plošných spojů. K dispozici je následujících 11 různých voleb, přičemž každý z obou alarmů může mít jakoukoliv z nich - viz tabulka vlevo.

Podle této volby se pak interaktivně mění i sortiment položek v menu pro nastavení rozhodovacích úrovní, při kterých dochází k sepnutí či rozepnutí 2 výstupních relé, kterými lze spínat až napětí 250 V AC při zatížení až 3 A. Ty lze využít nejen pro potřeby indikace nastalých změn, ale i případně i pro další jednoduché řízení dalších zařízení nebo strojů, i když primárně pro tyto účely je zde další specializovaní výstup.

 

Tabulka možných režimu monitorování teploty - Alarmů

Příklady zobrazení při nastavování horní a dolní spínací monitorovací hranice alrmu 1.

Možnosti regulace teploty

Pro potřeby řízení akčního členu, tedy chladící či topící zařízení je zde napěťový 12 V DC řídící výstup OUT1 (control output 1), určený pro napojení a buzení SSR polovodičových spínačů (zatížení max. 21 mA). Tento výstup má ochranu proti nadproudu, tedy nadměrnému zatížení a je hlavně určený pro účely řízení topení či chlazení. Tento řídící výstup je pak ovládán řídící elektronikou regulátoru realizovanou procesory společnosti NEC. Ta můžete dle nastavení v menu pracovat ve dvou režimech:

  • základní dvoupolohovou (ON/OFF) regulaci
  • 2-PID regulaci (dvoubodová PID regulace) - speciální verze PID regulace vyvinutá společností OMRON

První regulační režim je klasická dvoupolohová regulace, která zapíná / vypíná akční člen při dosažení, překročení či poklesu teploty vzhledem k nastaveným dvou regulačním hodnotám.

Druhý režim, tzv. 2-PID regulace, umožňuje lépe regulovat teploty v prostředích s rychlými a častými změnami. To platí jak pro náběh na zadanou hodnotu, tak pro reakci na odchylky. K výhodám tohoto vylepšeného řízení PID patří rychlejší náběh a lepší reakce na odchylky, které přispívají k zachování kvality výsledného výrobku v měnících se podmínkách. Je-li například ohřívací plát materiálu při náběhu studený, dojde u běžné PID obvykle k překmitu. Naopak funkce 2-PID zajišťuje hladký a lineární nárůst teploty a nabízí dobrou reakci na zadanou hodnotu. Regulované zařízení prostřednictvím řídícího výstupu pak pracuje v pulsně-šířkové módu, kdy PID algoritmus reguluje soustavu četností a délky doby přítomnosti 12 V napětí na regulačním výstupu OUT1.

Aby bylo používání regulátoru v tomto režimu opravdu jednoduché je mimo možnosti plně manuálního nastavení PID parametrů regulátor také vybaven dvěma funkcemi automatického ladění:

  • AT = Automatic Tunning – jednorázové naladění PID parametrů iniciované uživatele jeho spuštěním z menu
  • ST = Self-Tunning - plně automatické nastavení a úprava PID parametrů v průběhu regulace spuštěné přímo regulátorem na základě změny nastavení cílové regulační teploty a vyhodnocení změny chování regulované soustavy. Využívá se zde algoritmu hledání PID konstant pomocí metody ladění skokové odezvy SRT (Step Response Tuning).

Zatímco v prvním případě prostě v menu provedete spuštění automatické „kalibrace“ parametrů, která pak proběhne v následujících minutách, v  druhém případě je i samotné spouštění „kalibrace“ plně v režimu regulátoru. Při zapnutí ST funkce tak již uživatel se nemusí z pohledu 2-PID regulace prakticky o nic starat. Pouze musí zajistit, aby vždy při zapnutí OMRON regulátoru či změně cílové hodnoty a tím i automatického iniciování ST režimu, byl připraven a schopen provozu i řídícím výstupem ovládaný akční člen, tedy topné či chladící zařízení, aby nastavovací režim pracovat správně.

Tento způsob regulace, tj. 2-PID se zapnutým ST režimem, též umožňuje provádění odlaďování, které zajišťuje nejlepší odezvu na rušení a rovněž nejlepší odezvu na změnu nastavené hodnoty. Díky tomu se dle výrobce dostáváme na 1° stability.

 

2-PID umožňuje automatické ladění regulátoru pro dobrou reakci na podněty a nezávislé nastavení rychlosti reakce na změny zadané hodnoty pomocí jednoduchého ladicího parametru

 

Zobrazení položky zapnutí / vypnutí režimu ST (Self-Tunning)

Toto uvádí o 2-PID regulaci sám výrobce:

  

Zobrazení položky volby 2-PID / dvoustavové regulace teploty - akuálně navolená je 2-PID.

Základní parametry (dle výrobce):

  • Přístroj: Kompaktní univerzální digitální teplotní regulátor
  • Upevnění: Montáž do panelu 48x48 mm
  • Napájení: 100-240 VAC
  • Řídící obvod: 16bit. MCU NEC D78F1154
  • Vstup univerzální:
    • Termočlánek: K, J, T, E, L, U, N, R, S nebo B
    • Platinový odporový teploměr: Pt100 nebo JPt100
    • Infračervené teplotní čidlo: 10 až 70°C, 60 až 120°C, 115 až 165°C nebo 160 až 260°C
    • ES1A nebo napěťový vstup 0 až 50 mV
    • Vstupní impedance: proudový vstup: 150 Ohmů, napět'ový vstup: 1 MOhmů
  • Výstup:
    • Řídící / regulační výstup:
      • binární napěťový 12VDC / max. 21mA (typ PNP) pro polovodičová relé SSR
      • s obvodem jištění proti zkratu
      • dvoupolohové řízení (ON/OFF) nebo 2-PID s Fuzzy self tunning nebo autotuning funkcí
    • Výstupy alarmu:
      • 2x reléový výstup SPST-NO
      • relé typu OMRON, 250 V AC, 1 A (odporová zátěž), elektrická životnost: 100 000 operací, minimální použitelné
        zatížení: 1 V, 1 mA
    • Režimy činností: topení + 2 alarmové releové výstupy či topení/chlazení + 1 alarmový výstup
  • HMI:
    • Způsob indikace:
      • 2x 11segmentový digitální displej a samostatné indikátory v podobě piktogramů
      • Výška znaků: 11 mm (hlavní displej PV), 6,5 mm (vedlejší displej SV)
      • Barevné podsvícení: červené (PV displej), zelené (SV displej), žluté (indikátory
    • Ovládání: 4x membránové tlačítko na čelním panelu pod displejem
  • Krytí: IP66 (ze strany panelu)
  • Pracovní teplota: -10 až 55°C
  • Rozměry: 48x48x78 mm

 

Závěr

Teplotní regulátor výrobce OMRON s označením E5CN-Q2MT-500 představuje zajímavý prostředek pro jakoukoliv regulaci teploty v domácích i průmyslových přístrojích a zařízeních. To, že to není jen hračka na hraní, například ukazuje dost časté nasazení do různých strojů i špičkových evropských výrobců. Například můžu z vlastní zkušenosti uvést tunely pro aplikaci smrštitelných etiket na lahve (tzv. sleeves) italské společnosti Clever, které jsou dnes tolik populární na všech sypkých a tekutých materiálech a potravinách balených v lahvích či kelímkách. Zde regulují předehřívání přiváděné páry vytvářející teplotu na smrštění nasazeného sleevu na tvar lahve.

Stejně dobře mohou tyto regulátory řídit elektrické vytápění pecí, teplotu kapalin, teplotu v místnostech či chladících boxech apod. Díky široké připojitelnosti různých snímačů, včetně těch infračervených, je možné regulovat soustavy s teplotami jak hluboko pod bodem mrazu, tak i třeba v řádu stovek i tisíců °C. Vzhledem k tomu, že regulátor obsahuji již naprogramované řídící algoritmy, může být jejich volba v mnoha aplikacích upřednostněna před nasazením PLC, kde by bylo nutné podobné algoritmy nově vyvíjet a zaprogramovat. Zde si tedy mimo hardware hlavně kupujeme uvnitř obsažený speciální OMRON software 2-PID regulace s automatickou funkcí ladění.

Autor článku: Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: