Лекция: Контроллер малоканальный многофункциональный

Глава 3

Малоканальные микропроцессорные

Контроллеры

Контроллер малоканальный многофункциональный

регулирующий микропроцессорный «Ремиконт Р-130»

Контроллер предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логико-программное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий. Контроллеры Р-130 позволяют осуществлять объединение в кольцевую сеть «Транзит», реализованную на основе интерфейса ИРПС.

Контроллер имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей и блоков согласно числу и виду входных/выходных сигналов. В состав Ремиконта входит блок контроллера БК-1 и ряд дополнительных блоков, расширяющих его возможности (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Состав контроллера

«Ремиконт Р-130»

Блок контроллера БК-1 преобразует аналоговые и дискретные сигналы в цифровую форму, а также осуществляет обратные преобразования, ведет обработку информации в цифровой форме и обеспечивает обслуживание лицевой панели (ЛП) и пульта настройки (ПН).

В основную часть блока контроллера входят:

Ø Модуль процессора ПРЦ-10, предназначенный для обработки информации, поступающей из других модулей, в соответствии с заданной программой.

Ø Модуль контроля и программирования МКП-10, обслуживающий клавиатуру и индикаторы лицевой панели и пульта настройки.

Ø Модуль стабилизированного напряжения МСН-10, обеспечивающий стабилизированным питанием весь блок контроллера вместе с пультом настройки.

В переменную часть блока контроллера входят:

Ø Модули УСО (устройство связи с объектом), преобразующие аналоговые и дискретные сигналы в цифровую форму, а также осуществляющие обратные преобразования.

Ø Лицевая панель ЛП, с помощью которой осуществляется оперативное управление технологическим процессом.

В контроллер устанавливаются 2 любых сменных модуля входа/выхода УСО, выбираемых заказчиком из таблицы.

Различные комбинации модулей УСО дают 30 модификаций блока контроллера.

Контроллер может работать со следующими входными сигналами:

· сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;

· сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;

· унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА; 0 – 10 В;

· дискретные сигналы:

o логическая «1» напряжением от 19 до 32 В;

o логический «0» напряжением от 0 до 7 В.

Унифицированные аналоговые сигналы подаются непосредственно на клеммно-блочные соединители, соединенные с блоком контроллера. Сигналы от термопар и термометров сопротивления заводятся в контроллер через устройства БУТ-10 и БУС-10 соответственно.

Устройства БУТ-10 и БУС-10 представляют собой усилители сигналов. Они преобразуют сигналы от термопар и термометров сопротивлений в унифицированный сигнал 0 – 5 мА. Оба усилителя имеют два независимых канала усиления.

На выходах Ремиконта могут быть сформированы следующие управляющие сигналы:

· унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА;

· дискретные сигналы

o транзисторного выхода

§ максимальное напряжение коммутации 40 В;

§ максимальный ток нагрузки 0,3 А;

o сильноточного релейного выхода

§ максимальное напряжение коммутации 220 В;

§ максимальный ток нагрузки 2 А.

Сильноточные выходные дискретные сигналы формируются на выходе Ремиконта при использовании блока усилителя мощности БУМ-10. Усилитель содержит четыре независимых реле с мощными выходными нормально разомкнутыми контактами.

Блок переключения БПР-10 предназначен для коммутации аналоговых или дискретных сигналов и применяется при необходимости внешней коммутации, блокировок, переключений.

Пульт настройки ПН-1 предназначен для технологического программирования контроллера, его статической и динамической настройки, а также для контроля сигналов в процессе наладки системы.

Блок питания БП-1 преобразует сетевое напряжение переменного тока 220 В в нестабилизированное напряжение постоянного тока 24 В. Это напряжение используется для питания блока контроллера БК-1 и усилителей БУТ-10 и БУС-10, а также для питания дискретных входов и выходов контроллера.

Язык программирования Ремиконта Р-130 является непроцедурным. При программировании не задается порядок выполнения операций, а создается виртуальная (кажущаяся) структура, которая описывает информационную организацию контроллера и характеризует его как звено системы управления.

Часть элементов виртуальной структуры реализована аппаратно: аппаратура ввода-вывода информации, аппаратура оперативного управления и настройки, аппаратура интерфейсного канала. Часть реализовано программно в виде алгоритмических блоков (алгоблоков) и библиотеки алгоритмов.

Алгоблок служит для хранения одного из библиотечных алгоритмов контроллера. Алгоблок с помещенным в него алгоритмом может рассматриваться как виртуальный прибор, выполняющий алгоритмическую обработку информации в соответствии с помещенным в него алгоритмом. он обладает входами и выходами в количестве, присущем данному алгоритму. алгоблоки соединяются друг с другом и с входами-выходами контроллера программным путем. В Ремиконте Р-130 можно использовать до 99 алгоблоков.

Библиотека алгоритмов – это перечень алгоритмов управления, которые могут помещаться в алгоблоки. Библиотека насчитывает 76 алгоритмов. В ее состав входят алгоритмы автоматического регулирования, динамических преобразований, логики, арифметических операций.

Часть библиотечных алгоритмов, которые называются специальными, выполняют особую задачу: они связывают аппаратуру контроллера с основной массой функциональных алгоритмов. К специальным алгоритмам относятся: алгоритмы ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов; алгоритмы обслуживания лицевой панели; алгоритмы приема и передачи сигналов через интерфейсный канал.

Аппаратные средства виртуальной структуры (УСО, лицевая панель, интерфейсный канал) начинают выполнять свои функции после того, как в какие-либо алгоблоки будут помещены соответствующие алгоритмы.

В качестве примера библиотечного алгоритма на рис. 3.2 представлена функциональная схема алгоритма «Регулирование аналоговое РАН».

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев. Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два входных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования e на выходе звена (без учета фильтра) равен

,

где – масштабный коэффициент.

Рис. 3.2. Функциональная схема алгоритма

«Регулирование аналоговое РАН»

Фильтр имеет передаточную функцию

,

где – постоянная времени фильтра.

Зона нечувствительности не пропускает на свой выход сигналы, значения которых находятся в пределах от – до .

ПИД-звено выполняет преобразование в соответствии с передаточной функцией

,

где – соответственно коэффициент пропорциональности, постоянная времени интегрирования и коэффициент времени дифференцирования.

На выходе ПИД-звена устанавливается ограничитель, который ограничивает выходной сигнал алгоритма по максимуму и минимуму. Момент достижения выходным сигналом ПИД-звена значений и фиксируют два дискретных выхода и .

Алгоритм содержит узел настройки, состоящий из переключателя режимов «настройка-работа», нуль-органа и дополнительного фильтра с постоянной времени. При дискретном сигнале на входе алгоритм переходит в режим настройки, и в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания. Параметры этих колебаний (амплитуда и период), которые контролируются на выходе, используются для определения параметров настройки регулятора.

Общие правила программирования. В исходном состоянии в алгоблоках отсутствуют алгоритмы управления, и алгоблоки не связаны друг с другом и аппаратной частью виртуальной структуры. При программировании контроллера алгоритмы помещаются в алгоблоки и между алгоблоками программно устанавливаются связи.

При размещении алгоритмов в алгоблоках в большинстве случаев действуют два правила:

1. Любой алгоритм можно помещать в любой (по номеру) алгоблок, за исключением алгоритмов, обслуживающих лицевую панель. Эти алгоритмы могут быть помещены в первые четыре алгоблока (номер алгоблока определяет номер контура регулирования).

2. Один и тот же алгоритм можно помещать в разные алгоблоки, т.е. использовать многократно.

При размещении необходимо задать реквизиты (параметры) алгоритма: библиотечный номер, модификатор и масштаб времени.

Библиотечный номер представляет собой двухзначное число, под которым данный алгоритм хранится в библиотеке, и является основным параметром, характеризующим свойства алгоритма.

Модификатор задает дополнительные свойства алгоритма. В частности в алгоритме суммирования модификатор задает число суммируемых входных сигналов, в алгоритме программного задатчика – количество участков и т.д.

Масштаб времени имеется только в алгоритмах, чья работа связана с реальным временем, например, регулирование, программный задатчик, таймер и т.д. Масштаб времени задает одну из двух размерностей для временных сигналов или параметров. Если контроллер настроен на младший диапазон, то масштаб времени индивидуально в каждом алгоблоке задает масштаб «секунды» или «минуты». Для старшего диапазона масштаб времени задает «минуты» или «часы».

Соединение алгоблоков между собой и с аппаратной частью контроллера осуществляется операцией конфигурирования. В процессе конфигурирования для каждого входа алгоблока задается источник сигнала или параметры настройки, т.е. каждый вход алгоблока находится в одном из двух состояний – связанном или свободном.

Вход считается связанным, если он соединен с выходом какого-либо алгоблока, в противном случае вход считается свободным.

Сигналы на свободных входах могут быть представлены в виде констант или в виде коэффициентов. Отличие между ними заключается в возможности их изменения: константы можно устанавливать и изменять только в режиме программирования, коэффициенты можно также устанавливать и изменять и в режиме работы.

Возможности конфигурирования не зависят от алгоритма, помещенного в алгоблок, и определяются тремя правилами:

1. Любой вход любого алгоблока можно связать с любым выходом любого алгоблока или оставить свободным.

2. На любом свободном входе любого алгоблока можно вручную задавать сигнал в виде константы или коэффициента.

3. На любом входе любого алгоблока сигнал можно инвертировать.

Исключениями из этих правил являются неявные входы и выходы тех алгоритмов, которые связывают аппаратуру контроллера с основной массой функциональных алгоритмов.

В целях упрощения процесса программирования из библиотеки контроллера можно переписать в ОЗУ уже готовые, так называемые стандартные конфигурации аналогового (рис. 3.3) и импульсного регуляторов. При этом процесс программирования сводится к вызову стандартной конфигурации, к установке заданных параметров настройки алгоритмов (коэффициентов и констант на свободных входах алгоблоков), а также к изменению или дополнению (если требуется) этой стандартной конфигурации с помощью обычных процедур программирования.

На рис. 3.3 показана структурная схема стандартной конфигурации «Регулятор аналоговый РЕГА», предназначенной для построения контура регулирования с аналоговым выходным сигналом (свободные входы алгоблоков на рисунке не показаны).

«Регулятор аналоговый РЕГА» содержит шесть алгоритмов.

Ø ОКО – алгоритм оперативного контроля контуров – применяется для связи лицевой панели контроллера с алгоритмами ЗДН, РУЧ, РАН и др. Алгоритм позволяет контролировать сигналы задания и рассогласования, входной и выходной сигналы, параметры программного задания (при программном регулировании) и т.п.

Ø ВАА и АВА – соответственно, ввод аналоговый группы А и аналоговый вывод группы А – применяются для связи функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового ввода (АЦП группы А) и вывода (ЦАП группы А).

Ø ЗДН – алгоритм «задание» – применяется для изменения режима задания и формирования сигнала ручного задания в контуре регулирования.

Рис. 3.3. Стандартная конфигурация 01 «Регулятор аналоговый РЕГА»

Ø РАН – алгоритм ПИД-регулирования.

Ø РУЧ – алгоритм «ручное управление» – используется для изменения режима управления (ручное – автоматическое) и изменения выходного сигнала регулятора в ручном режиме.

Процедуры технологического программирования и настройки.
В режиме программирования задаются все программируемые параметры контроллера, определяющие его алгоритмическую структуру, т.е. действия, которые будет совершать контроллер как звено системы управления. Эти параметры в общем случае задаются трехступенчатым методом: вначале выбирается та или иная процедура программирования, в ней выбирается нужная операция, и в пределах этой операции устанавливаются требуемые параметры.

В контроллере имеются восемь процедур программирования:

1. Тестирование («Тест»).

2. Приборные параметры («Приб»).

3. Системные параметры («Сист»).

4. Алгоритмы («Алг»).

5. Конфигурация («Конф»).

6. Параметры настройки («Настр»).

7. Начальные условия («Н.усл.»).

8. Работа с ППЗУ («ППЗУ»).

В процедуре «Тест» можно осуществить проверку ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, интерфейсного канала, сторожа цикла, пульта настройки и лицевой панели, средств вывода информации.

В процедуре «Приб» задаются и контролируются параметры, характеризующие контроллер в целом. Здесь производится очистка ОЗУ и установка стандартной конфигурации, задание модификации контроллера, установка времени цикла (времени опроса входов и выдачи управляющих сигналов) и др.

В процедуре «Сист» устанавливается режим интерфейса.

В процедуре «Алг» производят заполнение алгоблоков алгоритмами и устанавливают требуемые модификаторы и масштабы времени алгоритмов.

В процедуре «Конф» определяют состояние каждого входа алгоблоков: связанное или свободное. Для связанных входов задают номер алгоблока – источника и номер его выхода, с которым соединяется данный вход. На свободном входе определяется вид параметра настройки: константа или коэффициент.

В процедуре «Настр» устанавливаются значения параметров настройки – как констант, так и коэффициентов. Эта процедура выполняется лишь для тех входов алгоблоков, которые в процедуре конфигурирования были определены как свободные.

В процедуре «Н.усл.» устанавливаются значения сигналов на выходах алгоблоков, с которыми алгоблоки начнут работать при переходе в режим «работа».

В процедуре «ППЗУ» выполняются операции записи, восстановления, регенерации информации в ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ.

Микроконтроллер «Ремиконт Р-130» изготавливается ОАО «Завод Электроники и Механики», г. Чебоксары, www.zeim.ru.