Аналоговый контроллер для автоматизации работы колонны

 Будет свободное время - потихоньку выложу здесь принцип автоматизации, которым пользуюсь я, функциональную схему контроллера и принципиальную схему работающего комплекта.   

  Для этого вначале ветки резервирую под свои измышления несколько постов, которые потихоньку дополню контентом.
Сразу скажу, что для практического повторения достаточно начального уровня владения паяльником и некоторая сумма денег. Все. Никакого компьютера, никаких дефицитных или трудноизготовимых составляющих.

Ниже прошу критиковать и дополнять, вполне возможно, что то можно улучшить...

Алгоритм ректификации
Алгоритм обсуждался в этой ветке [Алгоритмы работы ректификациооной колонны]
Здесь повторюсь, точнее, опишу типовую ректификацию, чтобы было понятно, что и почему происходит

Состав системы.
Есть два термометра - в теле колонны на высоте 2/3 (у меня колонна 1500мм, соответственно на уровне 1000мм) и под дефлегматором в зоне входа в него пара.
Есть датчик давления, установленый на высоте 2/3.
Есть кран, плавно изменяющий отбор продукта из дефлегматора
Есть клапан, полностью перекрывающий отбор при необходимости.

1. Разгон колонны
Итак, в куб залито 20л 40% СС, колонна собрана тены включены в сеть.
  Выставляю температуру тела колонны - скажем 50С. При достижении которой пищит зуммер.
Поясню сразу - температура в кубе по мере нагрева растет плавно, но пока спирт не начал испаряться - в теле колонны температура комнатная. Потом, в начале выхода колонны на режим - резконачинает расти. Пора переводить колонну с режима нагрева в режим работы "на себя".
Подхожу, проверяю, все ли в порядке, включаю охлаждение. Если честно, то при наличии стабилизации давления и автономного охлаждения это необязательно, но по старинке подхожу.

2. Работа "на себя".
Если ректификация не первая, то оператор точно знает рабочее давление в системе. Если нет, делается следующее. Регулятор давления выставляется на минимум - скажем на 5 мм ртути. Потом каждые пару минут поднимается порог стабилизации, пока колонна не захлебывается. Величина давления при которой начался захлеб - критическая. Регулятором давление устанавливается на уровне
Дзахлеба минус 15-20% и оно является рабочим на всем протяжении процесса.
Отбор полностью закрыт, колонна в таком состоянии стоит с полчаса. Температура в колонне и дефлегматоре устанавливается минут за 10-15, потом стоит на каких то цифрах, неважно на каких. Обычно Тдефл ниже примерно на градус пердполоагаемой температуры кипения спирта, Ткол выше Тдефл на полградуса-градус (это зависит от конструкции конкретной колонны и тоже не принципиально)

3.Отбор голов
Открываем кран плавного отборатак, чтобы в приемную емкость капало 1 капля в секунду - 100мл в час. Начинаем медленно отбирать голову. Температура дефлегматора растет при этом довольно быстро, через некоторое время приходит в стабильное состояние и уже стоит почти всю остальную часть процесса, но отбирать продолжаем вонючую голову. В теле колонны температура растет медленней, но и она в конце концов устаканивается.
Отбираем по запаху и примерно ориентируемся на прошлый опыт, чтобы не частить к оклонне. Я, к примеру, знаю, что откину примерно 400мл головы. Поэтому ухожу на 2 часа, потом проверяю - не случилось ли чуда и не идет ли уже чистяк. Нет, не идет. Открываю отбор чуть сильнее, и ухожу еще на час. В конце этого часа отобрано уже 400-450мл головы, меняю емкость. Отбираю 50мл, убеждаюсь в том, что идет уже чистый спирт, ставлю основную емкость на 10литров. Перехожу к основному отбору.

4. Основной отбор
Открываю кран отбора до рабочего потока - в моем случае почти тоненькая струйка с малыми прерывами - 750-800мл в час. Могу отбирать и 1200мл в час, но считаю это излишним. Уменьшая отбор ниже допустимого, я увеличиваю ФЧ и косвенно количество ТТ в колонне... но неважно. Итак, 800мл в час.
Жду пол часа, минут сорок. За это время устаканивыаются новые температуры Тдефл и Ткол. Обычно мало отличающиеся от того, что было при начале отбора тела. Или вообще не отличающиеся. Но, так как описываемый контроллер уверенно работает с сотыми градуса - почему бы не зафиксировать температуры очень точно.
Далее я задаю параметры контроллера по управлению электормагнитным клапаном.
В контроллере есть два канала, управляющие старт-стопом.

На одном я задаю температуру Тдефл плюс две десятые градуса. Если Тдефл поднимется до этой величины - клапан закроет отбор до нуля. Хочу сразу сказать, что это я считаю излишним - этот канал не нужен. Я не вижу ситуацию, почему в дефлегматоре температура ни с того ни с сего может подняться. Кроме как по приходу в дефлегматор хвостов.
А хвосты отслеживаются на ранних подступах по температуре в теле колонны. Точнее, по Дельте температур между Тдефл и Ткол, которая не зависит от внешней среды и совершенно однозначно достаточно для регуляции. Но, по старинке, я оставляю системе возможность при росте Тдефл закрыть отбор для недопущения попадания каки в бутыль с чистяком.
Итак, на втором канале отслеживается Дельта. Как только она увеличится на две десятки (хвосты на подходе) - сработает стоп. На практике это начинает происходить к концу отбора тела.
К примеру, мы прикинули, что в кубе 6 литров 100% спирта. 400мл ушло на голову. Значит, примерно после пяти литров чистяка (6-7 часов отбора) - начнется старт стоп.
Оговорю здесь сразу - если нет клапана, то у меня стоит пищалка. Она начинает пищать - сигнал к окончанию процесса. Здесь 2 варианта.
Либо выключить и не мучаться - для ленивых или сонных, если ректификация идет ночью.
Либо сменить емкость и уменьшить отбор раза в три. Дельта уменьшится, и отберется еще какое то количество спирта, скажем - стакан. Потом еще раз уменьшаем отбор и еще пару часов дожимаем 100мл чистяка. И снов апищит динамик - хвосты на подходе.
Вот чтобы не мудохаться с этим вручную - и стоит старт стоп. Он позволяет автоматически дожать тело и получить еще процентов 10 отличного спирта.

Итак, старт-стоп открывает отбор по уменьшению дельты и закрывает по увеличению. И так обычно часа два-три. Насколько позволяет время и терпение. При этом постоянно увеличивается время стопа (возврата Дельты к норме) и уменьшается время отбора.
Сразу поясняю, что отбор в этом случае я не кручу в сторону уменьшения. Я уверен, что в дефлегматоре чистый спирт, так как хвост с его повышенной температурой еще в районе 2/3 высоты, поэтому уменьшая отбор мы только растягиваем время агонии. То есть старт-стопа, хи хи.
В конце концов стоп становится полным и наступает конец фильма.

5. Отбор хвоста.
Я этого никогда не делаю, только в познавательных целях. Как его делать - понятно, я думаю, и без комментариев.

Измерение температур

Для измерения температур и управление клапанам применен промышленный измеритель-регулятор ОВЕН 2ТРМ1
Ссылка http://www.owen.ru/device/50571167 Текущая цена в Ростове 2150 рублей
Датчики - термометры сопротивления ТС 1388/4 фирмы элемер
Ссылка http://www.elemer.ru/catalog_1299.html
Текущая стоимость примерно 430 рублей, точно не помню.
Схема работы регулятора показана на фото.
Программируется контроллер довольно просто, набив руку, я программирую его полностью минут за пять. Подробно опишу позже для желающих...

О давлении
Беру кусок вот отсюда
[Стабилизация давления или мощности.]

Стабилизировать  давление нужно.
Его неизменность приводит к постоянству потока пара и флегмы, а это поддерживает на всем процессе ректификации  возврат нужного и заранее определенного количества флегмы в колонну - при неизменном отборе. Тогда и отбор крутить нет смысле - ФЧ постоянно, что упрощает регуляцию.

ГДЕ
2. Стабилизировать давление нужно как можно выше по колонне, там, где течет спирт. Под дефлегматором давление почти атмосферное, датчик выдает сигнал на уровне шумов. Из практических соображений я выбрал высоту 2/3 колонны, на одном уровне с термометром тела колонны, в том же переходнике. На практике при стабилизации давления чуть ниже захлебного (минус 15% от максимального) захлеб не наблюдается на всем протяжении процесса. Вплоть до полного стопа колонны при отсечении хвостов.

КАК
Стабилизировать нужно фазовым методом. Точность стабилизации очень высокая, схема простая для повторения, моргание света отсутствует полностью.

Ниже привожу законченную схему стабилизатора давления.
В пояснениях особо не нуждается. Сам фазовый регулятрор собран на специализированной микросхеме КР 1182ПМ1 (45руб в рознице). От датчика МПХ 5010ДП через регулятор на ДА1.1 и развязку по питанию осуществляется обратная связь по давлению - управление тенами. На ДА1.2 собрана индикация работы. При давлении меньшем чем установленное горит диод "меньше", в зоне регуляции полусветятся оба светодиода, если по каким то причинам давление выросло сверх установленного - горит светодиод "больше"

О старт-стопе
Старт стоп можно реализовать тремя способами, которые на самом деле суть одно и то же.

1. Если клапана нет вообще никакого, то его роль выполняет оператор. Как только Дельта стала больше нормы - пищит динамик и оператор должен закрыть отбор. Уменьшилась - открыть.... впрочем я писал об этом выше.

2. Готовый автомобильный клапан.
К примеру, нормально открытый. При подаче 12В на клапан он закрывается. На первом фото изображена схема управления таким клапаном с помощью штатных реле Овена. Реле обоих каналов  включены параллельно - по любому превышению клапан закрывается. Реле держат ток в 8А, что достаточно для автомобильного клапана, нужен только мощный блок питания и терпимость к тому, что он греется как электропечка, хи хи.
Можно такде включать его через емкость с резисторои для уменьшения напряжения со стартового до удерживающего, это описано на форуме в соответствующей ветке.
Я таких клапанов перепробовал с десяток и отказался напрочь.Я использую давно и успешно

3.Импульсный клапан, переключаемый импульсами напряжения.
Схема управления таким клапаном приведена тут
[Термостат для колонны]
С ответа номер шесть я рассказывал о импульсном клапане.
Далее кусок об управлении клапаном вот тут
[сообщение #11068] с ответа 84 Взял кусок про управление оттуда и скопировал сюда, вроде тоже все понятно должно быть

Вот схема простейшего триггера на релюшках, работает с осени. И пояснительная диаграмма.
При включении питания проходит импульс открытия, при появлении 12В от управителя проходит импульс закрытия, по окончании аларма клапан открывается снова. Чтобы конденсаторы успевали заряжаться-разряжаться, поставил в регуляторе минимальную длительность сигнала управления 3 секунды. Может, можно и меньше - я не подбирал под номиналы емкостей. Проверил - работает, несработок или ложных сработок нет. Если можно по другому сделать - могу проверить на практике...
Кнопки нужны для принудительного открывания-закрывания клапана, в принципе их можно не ставить...

О безопасности процесса
ПРо датчики безопасности мне лень писать потому, что и ставить их лень. Хотя у меня уже сгорело пару тенов за полгода по невнимательности - то вода кончится, то колонна в захлеб уходит...
Эту тему поднимали уже несколько раз на форуме, но до конца ее никто не доводит - наверное по тем же соображениям - русское авось сильно и неизбывно
[Постановка задачи автоматического контроля безопасности при ректификации]
Точнее, есть пока темы интереснее... но дойдем и сюда

Привожу полную принципиальную схему контроллера, которым пользуюсь сам.
Это вариант с импульсным клапаном. Если ставить автомобильный, то прямо с внутренних контактов реле подаем сигнал на обмотку автомобильного клапана, открывающегося при подаче питания. Только блок питания надо собирать отдельно на рабочий ток и напряжение клапана

Забыл вписать - в микросхеме индикации инверсный вход ( с кружочком) 6, нижний вход - 5. "Квадратная" микросхема фазового стабилизатора КР1182ПМ1
Внутренний блок питания Овена 24В до 80мА, поэтому реле маломощные, но так как они работают короткими импульсами - вопросов нет. Емкости и резисторы между диодами и реле подобраны так, что срабатывает надежно. Для других реле надо подбирать другие номиналы. К примеру, я ставил WJ 102 24В, емкости 220мкФ резисторы 10кОм - работает, только подавать на реле нужно 24В прямо с выхода БП и на верхний контакт внутреннего реле Овена - тоже 24В. А пьезопищалку включать через резистор порядка килоома (подбирается для конкретного пьезика)

"Программирование" контроллера

Программирование - это сильно громко. Есть набор параметров, которые определяют логику работы. Они вводятся один раз в энергонезависимую память прибора - и все, потом корректируются только текущие значения температуры при работе колонны.

Итак, у "Овена" есть два входа для датчиков, два логических устройства, два исполнительныз выхода.
Программируем так. Вход Т1 - цепляем туда датчик тела колонны. Вход Т2 - датчик дефлегматора.
ЛУ1 - контроль за датчиком в дефлегматоре Т2
Лу2 - компарация температур - контроль Дельты

Программирование ведется в два этапа.
Сначала программируются служебные, "стационарные" параметры, один раз и навсегда.
Потом, при каждом цикле работы, задается Тдефл.запомненное и Дельта
.
Привожу ниже значения постоянные. Как ввести эти значения, написано в букваре сопроводительном на ТРМ1

А11 02    А21 02
А12 03    А22 02
А15 0    А25 0
А16 0    А26 0
А17 3    А27 3
А18 3    А28 3
А19 оff  А29 оff

b04 03

b10 09    b20 09
b11 0.0  b21 0.0
b12 1    b22 1
b17 02    b27 02
b18 10    b28 10
b19 3    b29 3

При определенном навыке эта процедура занимает не больше трех минут.
Вот и все дела...

здравствуйте Игорь.скажите можно ли использовать вместо тс1388\4 термопары и какие изменения в логике овена .у меня имеются термопары типа тха 9311-20 и термоопреобразователи сопротивления для теплосчётчиков тс pt500.спасибо.

На странице 11 инструкции приведен список из 35 типов датчиков, поддерживаемых автоматически контроллером.
И ТХА и платина пятьсотомная поддерживается. Лучше конечно платиновый - точность должна быть выше, но можно и то и то попробовать.

http://www.owen.ru/...TRM1(M)_474.pdf

меня смутило что у вас на термопаре три вывода,на моих две.может думаю характеристики разные выдаёт и в паспорте овена стоит кодировка на каждый тип термопары если не ошибаюсь.изменение логики(параметров)это для показания температуры с десятыми долями.я правильно понял.у меня показывает только целое число без десятых долей

Внутри Овена есть параметр, отвечающий за показывание. Термометр сопротивления в штатном режиме показывает десятки. Я поставил коэффициент умножения 10 и показывает у меня уже полгода сотки с 50М датчиками. При небольшой аппаратно-программной фильтрации вообще нет претензий к термометрии...
Термопарами я никогда не пользовался, но знаю что прибор позволяет работать и с такими промдатчиками

игорь223, будет время глянь, какой для нашего дела оптимальный вариант.
http://www.ao-tera.com.ua/pdf/t-sensors.pdf

Черниговские датчики я юзал, Роман Николаич их покупал в Киеве а я ему подключал. Совершенно отлично работают, вопросов не было. Нужны ТСП 50М 1-6 В 3 600 310 5 2000 -50+180
По русски говоря это
термометры сопротивления
из меди 50 ОМ датчик
длина 600мм
нержавейка
диаметр 4 мм (можно и 5)
провод 2 метра.
Можно и медь 100 Ом, можно и платину - токо дороже будет...

Игорь, спасибо за ответ, вообще целесообразно ли применять платину, или это голый понт?

Вот здесь пишут, что платиновые более долговечны.

Если честно, то я никогда не задумывался о долшовечности. Наработка на отказ у промдатчиков - тысячи часов, а реально сотни тысяч. При эксплуатации колонны скажем 100 часов в месяц - думаю, надолго хватит, хи хи. Платина скорее всего тугоплавка, поэтому на основе ее можно сделать высокотемпературный датчик.
Зато разница в цене есть. Если датчик, потребный нам стоит примерно 90 гривень, то его платиновый аналог будет  - 250.

длина 600мм
игорь223, 29 Мая 09, 13:55

Не многовато? Может 60?

Конечно 60.
Можно 80 - не суть вопроса.
Активный датчик в щупе находится на острие, поэтому шести см хватает вполне. Восемь удобнее вынимать, но он дороже несколько...

Ниже привожу законченную схему стабилизатораигорь223

Не совсем, ибо есть вопросы
1.LM358 с какой буквой?
2.ВТ41-600 - нет в природе такого
3.Светодиоды - хотелось бы "какие"
Ведь мы же идем в магазин и согласно схемы спрашиваем детали? А там встречно задают дурацкие вопросы. Зачем нам вопросы?