คอนโทรลเลอร์ PLC OMRON รุ่น C200H-TC103 สำหรับเปลี่ยน

Omron C200H-TC103 | SYSMAC C200H หน่วยควบคุมอุณหภูมิ — 2 ลูป, อินพุต Pt100 RTD, เอาต์พุตกระแส, PID พร้อม Feed-Forward, Auto-Tuning

ภาพรวม

หน่วยควบคุมอุณหภูมิ Omron C200H-TC103 เป็นหน่วยควบคุมอุณหภูมิแบบสองลูปสำหรับคอนโทรลเลอร์แบบตั้งโปรแกรมได้ SYSMAC C200H — โมดูลที่จัดการการควบคุมอุณหภูมิแบบวงปิดที่แม่นยำโดยตรงภายในแร็ค PLC โดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวควบคุมอุณหภูมิแบบสแตนด์อโลนแยกต่างหาก

ในแอปพลิเคชันควบคุมกระบวนการและเครื่องจักรที่ต้องจัดการหลายโซนอุณหภูมิควบคู่ไปกับ I/O มาตรฐานและตรรกะลำดับของเครื่องจักร หน่วยควบคุมอุณหภูมิแบบติดตั้งบนแร็คเช่น C200H-TC103 ช่วยให้วิศวกรสามารถรวมฟังก์ชันการควบคุมทั้งหมดเข้ากับระบบ C200H เดียว แทนที่จะต้องเดินสายตัวควบคุมอุณหภูมิ PID ภายนอกไปยังการ์ด I/O แบบอะนาล็อกของ PLC

การระบุ -TC103 วางโมดูลนี้ไว้ในกลุ่มอินพุตเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานแพลทินัม (Pt100) ของโมดูลอุณหภูมิ C200H — ซีรีส์ที่ลงท้ายด้วย -TC10X จะรับเซ็นเซอร์ Pt100 และ JPt100 ในขณะที่ซีรีส์ -TC00X ออกแบบมาสำหรับอินพุตเทอร์โมคัปเปิล

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญในขั้นตอนการเลือกเซ็นเซอร์: เซ็นเซอร์ Pt100 RTD ให้ความแม่นยำที่ดีกว่า ความเสถียรในระยะยาวที่ดีกว่า และลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับความต้านทานที่เชิงเส้นมากกว่าเทอร์โมคัปเปิลส่วนใหญ่ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันที่ความแม่นยำของอุณหภูมิสัมบูรณ์และความสามารถในการทำซ้ำเป็นสิ่งสำคัญ — เช่น อุปกรณ์แปรรูปยา อาหาร เตาอบแปรรูปอาหาร และห้องควบคุมอุณหภูมิในห้องปฏิบัติการ

สองลูปควบคุมในโมดูลเดียวหมายความว่า C200H-TC103 จัดการช่องทางการวัดและควบคุมอุณหภูมิอิสระสองช่องพร้อมกัน

แต่ละลูปจะอ่านเซ็นเซอร์ Pt100 ของตัวเอง ดำเนินการคำนวณ PID ของตัวเอง และขับเอาต์พุตกระแสของตัวเองไปยังฮีตเตอร์ วาล์ว หรือตัวควบคุมกำลังไฟฟ้า  

สำหรับแอปพลิเคชันที่มีสองโซนอุณหภูมิ — สองส่วนของกระบอกฉีดพลาสติก แผ่นบนและล่างของเครื่องอัด แหล่งกำเนิดและปลายทางของเตาอบสายพาน — สถาปัตยกรรมแบบสองลูปให้การควบคุมที่สมบูรณ์โดยไม่ต้องใช้ช่องโมดูลสองช่อง

ข้อมูลจำเพาะหลัก

PID พร้อม Feed-Forward — ความหมายต่อเสถียรภาพของอุณหภูมิ

การควบคุมอุณหภูมิ PID มาตรฐานจะแก้ไขข้อผิดพลาดของอุณหภูมิแบบตอบสนอง — ตัวควบคุมจะรอการเบี่ยงเบนระหว่างอุณหภูมิที่วัดได้กับค่าที่ตั้งไว้ จากนั้นจะคำนวณการแก้ไขตามการเบี่ยงเบนนั้น (P) ประวัติที่สะสม (I) และอัตราการเปลี่ยนแปลง (D)

การควบคุมแบบ Feed-forward จะเพิ่มองค์ประกอบเชิงรุก: มันคาดการณ์การรบกวนก่อนที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะตรวจจับได้ โดยใช้สัญญาณแก้ไขล่วงหน้า

ในการใช้งานการให้ความร้อน การควบคุมแบบ Feed-forward มักจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงานของฮีตเตอร์ — การเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันของภาระความร้อนเมื่อชิ้นงานเย็นเข้าเตาอบ หรือการลดลงของอุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มการสูญเสียความร้อนจากกระบวนการ

ด้วยการเพิ่มการแก้ไขแบบ Feedforward เมื่อสภาวะเหล่านี้เปลี่ยนแปลง ตัวควบคุมอุณหภูมิจะป้องกันไม่ให้เกิดการลดลงของอุณหภูมิอย่างมากที่การควบคุม PID แบบบริสุทธิ์จะประสบในขณะที่พยายามตามการรบกวน  

ผลลัพธ์คือการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดขึ้นด้วยการเบี่ยงเบนจากค่าที่ตั้งไว้น้อยลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการ

สำหรับแอปพลิเคชันเช่นการฉีดขึ้นรูปที่คุณสมบัติของวัสดุไวต่ออุณหภูมิสูง — การเบี่ยงเบน 5°C จากอุณหภูมิกระบอกสูบที่เหมาะสมที่สุดอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องที่มองเห็นได้ในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูป — ระดับเสถียรภาพของอุณหภูมินี้จะแปลเป็นคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้นและอัตราของเสียที่ลดลงโดยตรง

Auto-Tuning — การยกเลิกการตั้งค่าพารามิเตอร์ PID ด้วยตนเอง

การตั้งค่าอัตราขยาย PID ด้วยตนเองเป็นทักษะที่ต้องอาศัยความเข้าใจในพลวัตความร้อนของกระบวนการ การทดสอบการตอบสนองแบบขั้นบันได และการปรับอัตราขยายซ้ำๆ ขณะตรวจสอบการตอบสนองของอุณหภูมิ สำหรับผู้ใช้หลายคนที่ไม่มีพื้นฐานนี้ การปรับ PID ด้วยตนเองเป็นอุปสรรคสำคัญในการได้รับประสิทธิภาพการควบคุมอุณหภูมิที่ดี

ฟังก์ชัน Auto-tuning ของ C200H-TC103 จะทำให้กระบวนการนี้เป็นอัตโนมัติ

เมื่อถูกเรียกใช้ รูทีน Auto-tuning จะทำการทดสอบที่ควบคุมได้บนกระบวนการ — โดยใช้การเปลี่ยนแปลงแบบขั้นบันไดหรือการสั่นแบบรีเลย์กับเอาต์พุตฮีตเตอร์และวัดการตอบสนองของอุณหภูมิของกระบวนการ

จากผลตอบสนองนี้ โมดูลจะคำนวณค่าแบนด์สัดส่วน เวลาอินทิกรัล และเวลาอนุพันธ์ที่จะให้การควบคุมอุณหภูมิที่เสถียรและตอบสนองได้ดีสำหรับกระบวนการและชุดฮีตเตอร์เฉพาะนี้

พารามิเตอร์ที่คำนวณได้จะถูกเขียนลงในรีจิสเตอร์ควบคุมของโมดูลโดยอัตโนมัติ

ควรเรียกใช้ Auto-tuning ภายใต้สภาวะกระบวนการที่เป็นตัวแทน — ที่อุณหภูมิการทำงานและด้วยภาระกระบวนการทั่วไป — เพื่อให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ที่คำนวณได้สะท้อนสภาพแวดล้อมการทำงานจริง

หลังจากการ Auto-tuning ครั้งแรก พารามิเตอร์สามารถปรับละเอียดด้วยตนเองได้หากจำเป็น แต่สำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ ค่าที่ปรับโดยอัตโนมัติจะให้ประสิทธิภาพการควบคุมที่น่าพอใจทันที

การรวมโปรแกรม PLC — 21 คำสั่งสำหรับการเข้าถึงข้อมูลทั้งหมด

C200H-TC103 สื่อสารกับ CPU C200H ผ่านแบ็คเพลนของแร็ค และโปรแกรม PLC สามารถโต้ตอบกับข้อมูลการทำงานทั้งหมดของโมดูลได้โดยใช้ 21 คำสั่งเฉพาะ คำสั่งเหล่านี้ช่วยให้โปรแกรมสามารถ:

อ่านอุณหภูมิที่วัดได้ (ค่ากระบวนการ) จากแต่ละลูปสำหรับการแสดงผล การบันทึก หรือการประมวลผลแบบกำกับดูแล

เขียนค่าที่ตั้งไว้เพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิเป้าหมายจากโปรแกรม PLC — เปิดใช้งานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามสูตรเมื่อเครื่องเปลี่ยนผลิตภัณฑ์  

อ่านและเขียนพารามิเตอร์ PID สำหรับการปรับอัตราขยายแบบไดนามิก ตรวจสอบสถานะลูปและแฟล็กการเตือน (การเตือนอุณหภูมิสูง การเตือนอุณหภูมิต่ำ ข้อผิดพลาดเซ็นเซอร์)

เรียกใช้ Auto-tuning จากโปรแกรม PLC แทนที่จะเป็นจากอินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์ของโมดูล

การเข้าถึงข้อมูลแบบสองทิศทางนี้ผ่านคำสั่ง PLC เป็นข้อได้เปรียบหลักของแนวทางการติดตั้งบนแร็คแบบรวมกับตัวควบคุมอุณหภูมิแบบสแตนด์อโลน: โปรแกรม PLC มีการมองเห็นและการควบคุมการควบคุมอุณหภูมิอย่างเต็มที่ ไม่ใช่แค่สัญญาณเปิด/ปิดแบบไบนารีผ่านหน้าสัมผัสรีเลย์

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: C200H-TC103 สามารถควบคุมทั้งเอาต์พุตการให้ความร้อนและการทำความเย็น หรือเฉพาะการให้ความร้อนเท่านั้น?

C200H-TC103 มาตรฐานพร้อมเอาต์พุตกระแสถูกออกแบบมาสำหรับการควบคุมทิศทางเดียว — การขับเอาต์พุตการให้ความร้อน

สำหรับการควบคุมการให้ความร้อน/ทำความเย็นที่ทั้งฮีตเตอร์และวาล์วทำความเย็นหรือเครื่องทำความเย็นต้องได้รับการปรับแต่ง Omron ได้จัดหาโมดูลควบคุมอุณหภูมิให้ความร้อน/ทำความเย็นแยกต่างหากในกลุ่ม C200H (ซีรีส์ C200H-TV)

หากแอปพลิเคชันต้องการทั้งลูปการให้ความร้อนและทำความเย็น ควรระบุรุ่น TV แทนรุ่น TC103

คำถามที่ 2: ความแตกต่างระหว่างอินพุต Pt100 และ JPt100 คืออะไร และควรเลือกอันไหน?

Pt100 และ JPt100 (Pt100 ของญี่ปุ่น) เป็นเทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานแพลทินัมที่มีความต้านทาน 100 โอห์มที่ 0°C แต่ใช้เส้นโค้งการทำให้เป็นเส้นตรงที่แตกต่างกัน — ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานกับอุณหภูมิที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดโดยมาตรฐานสากลที่แตกต่างกัน (IEC 60751 สำหรับ Pt100, JIS C 1604 สำหรับ JPt100)

ในทางปฏิบัติ ค่าความต้านทานจะแตกต่างกันประมาณ 0.05% ที่อุณหภูมิส่วนใหญ่ ซึ่งอยู่ในขอบเขตความไม่แน่นอนของการวัดของการติดตั้งภาคสนามส่วนใหญ่

การเลือกขึ้นอยู่กับเซ็นเซอร์ที่จะเชื่อมต่อ — ข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิตเซ็นเซอร์จะระบุว่าสอดคล้องกับลักษณะ Pt100 (IEC) หรือ JPt100 (JIS) หรือไม่ และ C200H-TC103 ต้องได้รับการกำหนดค่าสำหรับมาตรฐานที่ตรงกันผ่านการตั้งค่าสวิตช์ DIP

คำถามที่ 3: สามารถติดตั้งโมดูล C200H-TC103 ได้กี่โมดูลในแร็ค C200H เดียว?

แร็ค C200H สามารถรองรับโมดูล TC103 หลายโมดูลควบคู่ไปกับโมดูล I/O และฟังก์ชันพิเศษอื่นๆ โดยขึ้นอยู่กับจำนวนช่องทั้งหมดของแร็ค (สูงสุด 10 ช่องสำหรับแบ็คเพลน C200H มาตรฐาน) และความสามารถในการจัดสรร I/O ของ CPU

TC103 แต่ละโมดูลจะใช้หนึ่งช่องและใช้พลังงาน 0.33A จากบัสแบ็คเพลน 5V การใช้พลังงานรวมของโมดูลทั้งหมดที่ติดตั้งในแร็คจะต้องไม่เกินกำลังไฟ 5V ที่กำหนดของหน่วยจ่ายไฟ — โดยทั่วไปคือ 2A ถึง 5A ขึ้นอยู่กับรุ่น PSU

สำหรับเครื่องจักรที่มีหลายโซนอุณหภูมิ สามารถใช้โมดูล TC103 หลายโมดูลในหนึ่งแร็คหรือมากกว่า

คำถามที่ 4: C200H-TC103 เลิกผลิตแล้ว Omron แนะนำให้เปลี่ยนรุ่นใหม่สำหรับการออกแบบใหม่หรือไม่?

สำหรับการออกแบบระบบใหม่ที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิภายในแร็ค PLC ของ Omron, Omron แนะนำซีรีส์ CJ1W-TC (สำหรับ PLC ซีรีส์ CJ1 และ CJ2) หรือซีรีส์ CS1W-TC (สำหรับ PLC ซีรีส์ CS1) เป็นรุ่นเทียบเท่าในปัจจุบัน

ทั้งสองซีรีส์ให้ฟังก์ชันการควบคุมอุณหภูมิที่เทียบเท่าหรือดีกว่า — สองหรือสี่ลูปควบคุมต่อโมดูล อินพุต RTD หรือเทอร์โมคัปเปิล เอาต์พุตกระแสหรือแรงดัน และการวินิจฉัยที่ดีขึ้น

สำหรับแอปพลิเคชันที่แพลตฟอร์ม C200H ยังคงใช้งานในระยะยาว, C200H-TC103 ยังคงมีจำหน่ายผ่านตลาดอุตสาหกรรมส่วนเกิน

คำถามที่ 5: C200H-TC103 สามารถตรวจจับเซ็นเซอร์ที่ขาด (RTD วงจรเปิด) และแจ้งเตือนได้หรือไม่?

ใช่ C200H-TC103 จะตรวจสอบอินพุตเซ็นเซอร์ของแต่ละลูปและตรวจจับสภาวะวงจรเปิด (สายเซ็นเซอร์ Pt100 ขาดหรือหัก)

เมื่อตรวจพบข้อผิดพลาดของเซ็นเซอร์ แฟล็กข้อผิดพลาดเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้องจะถูกตั้งค่าในพื้นที่ข้อมูลของโมดูล ซึ่งโปรแกรม PLC สามารถเข้าถึงได้ผ่านอินเทอร์เฟซ 21 คำสั่ง

โปรแกรม PLC สามารถตรวจสอบแฟล็กนี้และสร้างการเตือนผู้ปฏิบัติงาน หยุดเอาต์พุตการให้ความร้อน หรือเปลี่ยนไปใช้โหมดการทำงานสำรองที่ปลอดภัย  

การตรวจจับข้อผิดพลาดของเซ็นเซอร์เป็นคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่สำคัญในการใช้งานควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งการให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการป้อนกลับอุณหภูมิที่ถูกต้องอาจทำให้กระบวนการร้อนเกินไปหรืออุปกรณ์เสียหายได้