Для микропроцессорного регулирующего контроллера МПК Ремиконты Р-130" (выбранного в соответствии с вариантом 2. Необходимо кратко описать его техническую структуру и программно-алгоритмическое обеспечение: виртуальную структуру, функциональные схемы основных алгоритмов или функций. Дать описание конструкции контроллера, его выходных разъемов технических характеристик.

Разработать функциональную схему контроллера для реализации конкретной автоматической системы регулирования (АСР), в которой датчиком является термометр сопротивления, исполнительным устройством - датчик напряжения, входной сигнал которого от 0 до 10 В, закон регулирования - ПИ. Описать порядок записи программы (конфигурирования), задания коэффициентов.

Разработать схему внешних соединений АСР, описать порядок проверки правильности соединений, анализа (калибровки) входных и выходных сигналов.

Задание № 2

1. Провести исследования АСР и выбрать тип регулятора (ПИ - или ПИД - регулятор с импульсным или с аналоговым выходом) для заданного объекта управления (в соответствии с вариантом № 18). В качестве модели объекта предлагается звено четвертого порядка с передаточной функцией вида:

,

где x - вход объекта управления (ОУ); y - выход ОУ; k₀ - коэффициент усиления ОУ; T₀ - время чистого запаздывания в ОУ; T₁ - T₄ - постоянные времени ОУ; p - оператор Лапласа. Тип ОУ задается с помощью параметра , причем = 1 - для статического объекта (с самовыравниванием) и = 0 - для астатического объекта (без самовыравнивания).

Для исследования АСР и выбора типа регулятора предлагается использовать программно - логическую модель "СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ". Параметры объекта ОУ выбрать (в соответствии с вариантом № 18) следующим образом:

=0;

k₀ = 0,5*2=1;

T₀ = 0,2*2=0,4;

T₁ = 0,1*2²=0,4;

T₂ = 0,05*2=0,1;

T₃ = T₄ = 0.

Регулирующие МПК Ремиконты

Эти малоканальные МПК предназначены для автоматизации ТОУ с несколькими регулируемыми координатами. В класс Ремиконтов входят МПК типов Р-100, Р-112, Р-120, Р-122, Р-130. Базовой моделью для данного класса МПК считается Р-100. Остальные модификации Ремиконтов имеют в значительной мере аналогичную структуру, модульную и элементную базу.

Основные свойства МПК Ремиконт Р-130

Ремиконт Р-130 - это компактный малоканальный многофункциональный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами. Он применяется в электротехнической, энергетической, химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.

Р-130 содержит средства оперативного управления, расположенные на лицевой панели контроллера. Эти средства позволяют вручную (безударно) изменять режимы работы, устанавливать задание, управлять ходом выполнения программы, а также исполнительными устройствами, контролировать сигналы и индицировать ошибки.

Стандартные аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства подключаются к Ремиконту Р-130 с помощью индивидуальных кабельных связей. Внутри контроллера сигналы обрабатываются в цифровой форме.

Ремиконт Р-130 разработан НИИтеплоприбор (г. Москва) на базе процессора КР1821ВМ85 и имеет две основные модели - регулирующую и логическую. Регулирующая модель Ремиконта Р-130 позволяет вести локальное, каскадное, программное, супервизорное, многосвязное регулирование. Логическая модель реализует программы шагового управления. Разработана также непрерывно-дискретная модель Р-130 для решения смешанных задач управления: регулирование и логико-программное управление.

Модели Р-130 в основном аппаратно совместимы и отличаются специализированными панелями оперативного управления, а также конструктивным исполнением: приборным либо настенным.

Блок контроллера (БК) каждой модели Р-130 имеет два места для модулей устройства связи с объектом (УСО). Разработаны и выпускаются семь модификаций модулей УСО:

на 8 аналоговых входов + 2 аналоговых выхода;

на 8 аналоговых входов + 4 дискретных выхода;

микропроцессорный контроллер регулирующий автоматический

остальные 5 модификаций модулей рассчитаны на 16 только дискретных входов и дискретных выходов в следующих сочетаниях: (0 + 16); (4 + 12); (8 + 8); (12 + 4); (16 + 0).

В зависимости от номенклатуры входов-выходов предусмотрено 30 модификаций каждой модели Р-130: 00 (нет модулей УСО), 10 (только один модуль типа 1), 11 (два модуля типа 1), 12,.,76, 77 (два модуля УСО типа 7).

В соответствии с количеством мест под УСО (два) имеется два разъема УСО (каждый на 23 контакта): разъем группы А и разъем группы Б. Например, в лаборатории кафедры есть в наличии регулирующая модель Р-130 модификации 15: модуль УСО типа 1 (разъем А) на 8 аналоговых входов + 2 аналоговых выхода и модуль УСО типа 5 (разъем Б) на 8 дискретных входов + 8 дискретных выходов.

Основные свойства регулирующей модели Р-130

1. До четырёх независимых контуров регулирования, каждый из которых может быть локальным или каскадным, с аналоговым или импульсным выходом и с задатчиком: ручным, программным (в том числе многопрограммным) или супервизорным (внешним).

2.76 "зашитых" в ПЗУ алгоритмов обработки информации, включая ПИД-регулятор; математические, динамические, аналого-дискретные, нелинейные и логические преобразования.

3. До 99 алгоритмических блоков (алгоблоков) со свободным заполнением их любыми алгоритмами из библиотеки (76 алгоритмов) и свободным конфигурированием между собой и с входами-выходами МПК.

4. Разнообразное сочетание (по заказу) аналоговых и дискретных входов-выходов (всего 30 модификаций).

5. Ручная установка или автоподстройка любых коэффициентов в любых алгоритмах.

6. Безударное изменение режимов управления и безударное включение, отключение и переключение контуров регулирования.

7. Объединение до 15 МПК в локальную управляющую сеть, куда могут включаться и логические модели Р-130.

Краткие технические характеристики регулирующей модели Р-130

1. Диапазоны изменения сигналов и параметров настройки:

аналоговых сигналов 200 % с шагом изменения 0,012 % и шагом установки 0,024 %;

временных сигналов с, мин, ч 0.819 и ;

коэффициентов масштабирования 16;

коэффициентов пропорциональности 128;

длительности импульса 0,12.3,84 с.

2. Аналоговые входные сигналы (см. ПРОТАР): 0.2 В, R_ВХ 100 кОм. Остальные сигналы преобразуются нормирующими резисторами:

0…5 мА, R = 400 Ом; 0 (4) …20 мА, R = 100 Ом; 0…10 В, R_ВХ = 27 кОм.

МПК Р-130 воспринимает аналоговые сигналы от термопар и от термометров сопротивления. Для этого используют блоки усиления сигналов от термопар БУТ и от термометров сопротивления БУС.

3. Аналоговые выходные сигналы унифицированы:

0…5 мА, R_Н 2 кОм; 0 (4) …20 мА, R_Н 0,5 кОм.

4. Дискретные выходные сигналы (на выходе - транзисторные ключи с защитой от короткого замыкания): U_MAX = 40 В, I_MAX = 0,3 А. Суммарная токовая нагрузка не более 0,6 А в пределах одной четверки выходов и не более 2 А для всего МПК.

Общие функциональные параметры и состав Р-130

Таблица 5 - Настройка и начальные условия

В процедуре 7 - начальные условия ("н. усл") - устанавливаются начальные значения сигналов на выходах алгоблоков, с которыми алгоблоки начнут работу при переходе в режим "Работа" (см. табл. 20.5). Если начальные условия не задаются, то при первом включении контроллера они принимают значения (обычно нулевые), зависящие от вида алгоритма.

В процедуре 8 - работа с ППЗУ ("ППЗУ") - восстанавливается информация из ППЗУ в ОЗУ, выполняется запись в ППЗУ, регенерация ПЗУ и ППЗУ.

В режиме программирования с помощью пульта настройки контролируются ошибочные действия оператора. При ошибках зажигается ламповый индикатор "Ош" и на ЦИ появляется код ошибки. Перечень ошибок оператора приведен в описании контроллера Р-130 и в 3.

Настройка и контроль в Р130

Предусмотрено семь процедур настройки и контроля в режиме "Работа":

1) контроль ошибок средствами самодиагностики МПК. Существуют две группы неисправностей: ошибки и отказы. После нажатия клавиши "" индицируется число ошибок (до 8) и вид последней ошибки. Клавиша "" - просмотр ошибок, клавиша "" - квитирование (перестают мигать ламповые индикаторы ЛИ).

2) в процедуре "Приборные параметры" выполняются лишь первые четыре операции из семи, выполняемых в режиме "Программирование". При контроле времени цикла дополнительно по нижнему ЦИ можно определить время, затрачиваемое на расчет всех алгоритмов, и оценить резерв времени;

3) в процедуре "Системные параметры" контролируются те же параметры, что и в режиме "Программирование".

Контроль входных и выходных сигналов алгоблоков

В процедурах 4 и 5 осуществляется контроль входных и выходных сигналов любых алгоритмов (алгоблоков) в соответствии с приведенной ранее табл.5, где N1 - номер алгоблока, N2 - номер входа или выхода, X - значение сигнала на входе или выходе.

В процедуре 6 "Настройка" контролируются параметры настройки на свободных входах алгоритмов. При этом можно изменять коэффициенты, но не константы.

Процедура "Калибровка"

В процедуре 7 "Калибровка" (светится ЛИ "клбр"), как и в процедуре "Настройка", изменяются значения коэффициентов (но не констант) на свободных входах алгоблоков. Отличие заключается в том, что при изменении коэффициента на свободном входе одного алгоблока контролируется сигнал на любом выходе любого другого алгоблока (табл.6).

Таблица 6 - Калибровка

Процедура калибровки включает две операции: установки и настройки (см. табл.6). Вначале выполняется операция установки, где задается, какой коэффициент и в каком алгоблоке будет изменяться, какой выход и в каком алгоблоке будет контролироваться. После того, как на ЦИ вызваны все параметры, нажатие клавиши "" инициирует переход к операции настройки. В процессе настройки выполняется изменение коэффициента. Значения коэффициентов, установленных в процедуре калибровки, можно определить в процедуре настройки.

Калибровка, в частности, позволяет скомпенсировать смещение нуля и диапазона датчика и/или АЦП контроллера. Для этого изменяют коэффициенты, определяющие смещение и масштаб Х_СМ и K_М в алгоритме аналогового ввода, а сигнал контролируют на выходе этого же алгоритма или на выходе другого алгоритма, связанного по конфигурации с алгоритмом аналогового ввода.

Другое применение калибровки - установка в алгоритме суммирования масштабного коэффициента, при котором сигнал рассогласования на выходе алгоритма регулирования окажется равным нулю (настройка регулятора соотношения).

Программирование типовых АСР на МПК Ремиконт Р-130

Структура типовой АСР

Задана структурная схема типовой АСР технологического параметра y объекта ТОУ (рис.1) со станцией контроля и управления (СКУ).

Рис.1. Структурная схема типовой АСР

Требуется реализовать аналоговый ПИД-регулятор с ручным задатчиком, с возможностью ручного управления, индикацией сигналов: задания Р_ЗДН, регулируемого параметра y (входа регулятора Р_ВХ = y), ошибки регулирования = Р_ЗДН - Р_ВХ и выходного сигнала регулятора . То есть станция СКУ для заданной АСР должна выглядеть примерно так, как это показано на рис.2.

Рис.2. Станция контроля и управления типовой АСР

Алгоритмы для реализации типовой АСР. Оперативный контроль

Для реализации этой типовой АСР, очевидно, понадобятся алгоритмы ввода-вывода аналоговых сигналов, задатчик, аналоговый ПИД-регулятор, блок ручного управления (БРУ) и алгоритм контроля и управления АСР.

Алгоритм Оперативного КОнтроля ОКО (код алгоритма 01) позволяет с помощью клавиш лицевой панели блока контроллера БК изменять режим управления, режим задания, управлять программным задатчиком, изменять сигнал задания (в режиме ручного задатчика), выходной сигнал регулятора (в ручном режиме) и контролировать эти сигналы. Алгоритм ОКО помещается в алгоблоки с 1 по 4 (номера контуров регулирования). ОКО имеет модификатор m = 0…15, при m = 0 задается обычный аналоговый регулятор.

Алгоритм ОКО имеет, в зависимости от вида регулятора (обычный или каскадный), 10 или 15 входов. Основные входы алгоритма: 01 - задание, 02 - входной сигнал регулятора, 05 - рассогласование , 06 - сигнал ручного управления, 07 - выход регулятора (рис.3).

Рис.3. Функциональная схема алгоритма ОКО

Алгоритмы аналогового ввода и вывода

В алгоритме ВАА (07) или ВАБ (08) - ввод аналоговый группы А или Б - модификатор m определяет количество независимых аналоговых входов (до 8) и соответственно выходных каналов (рис.4).

Рис.4. Функциональная схема алгоритма ВАА (ВАБ)

Выходной сигнал Y_i канала с номером i (i = 1, 2,., m):

Y_i = (X_{АН ВХ i} + X_{СМ i}) K_{М i},

где X_{АН ВХ i} - аналоговый входной сигнал, поступающий от АЦП на i-й канал;

X_{СМ i} - сигнал смещения; K_{М i} - коэффициент масштабирования;

X_{СМ i} и K_{М i} необходимы для компенсации смещения нуля и диапазона АЦП и/или датчика.

Входы алгоритмов: 01 - X_СМ1, 02 - K_М1, 03 - X_СМ2, 04 - K_М2 и т.д. Выходы алгоритмов: 01 - Y₁, 02 - Y ₂,., m - Y_m.

Алгоритм АВА (11) или АВА (12) - аналоговый вывод группы А или Б - предназначен для связи с ЦАП и содержит до двух независимых каналов (рис.5). Число каналов m - модификатор алгоритма (0 m 2).

Рис.5 Функциональная схема алгоритма АВА (АВБ)

Выходной аналоговый сигнал y_i (после ЦАП) канала с номером i (i = 1,2): y_i = X_i K_{М i} + X_{СМ i}.

Входы алгоритма (выходов явных нет): 01 - X₁, 02 - X_{СМ 1}, 03 - K_{М 1}, 04 - X₂, 05 - X_{СМ 2}, 06 - K_{М 2}.

Алгоритм РАН - регулирование аналоговое

Алгоритм аналогового регулирования РАН (20) применяется с пропорциональным исполнительным механизмом (позиционером) или как ведущий в каскадной схеме АСР. Помимо ПИД-закона в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования , затем он фильтруется, вводится зона нечувствительности. Выходной сигнал ПИД звена ограничивается по максимуму и по минимуму, а также защищается от насыщения. Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки параметров ПИ-закона регулятора (рис.6).

Рис.6. Функциональная схема алгоритма регулирования РАН

ПИД-звено алгоритма РАН реализует передаточную функцию:

,

где Т_Д - время предварения, Т_Д = К_Д Т_И; если К_Д Т_И > 819, то контроллер его воспринимает как бесконечность (Т_Д = ).

Алгоритм РАН - следящий: каскадные вход X₁ (K) и выход Y (K). При уходе выходного сигнала ПИД-звена за установленные пороги ограничения (_МИН, _МКС) алгоритм переходит в режим Запрет и блокирует изменение интегральной составляющей ПИД-закона управления.

Узел настройки содержит переключатель режима "Работа - настройка", нуль-орган и дополнительный фильтр с постоянной времени Т_Ф1, причем

Коэффициент узла настройки К₁ (вход 13) надо устанавливать в зависимости от свойств объекта (Т) и требуемого показателя колебательности М системы АСР.

Алгоритм ЗДН - задание

Модификатор (от 0 до 40) алгоритма ЗДН (код 24) показывает число независимых программных задатчиков. Алгоритм ЗДН реализует три режима задания: ручное РЗ, программное ПЗ и внешнее (супервизорное) ВЗ.

Входы алгоритма ЗДН: 01 - С_СБ - статическая балансировка; 02 - С_ДБ - включение динамической балансировки; 03 - V_ДБ - скорость динамической балансировки; 04 - X_ВН (К) - сигнал внешнего задания (каскадный вход); 05 и далее - входы переключателя программных задатчиков.

Выходы алгоритма ЗДН: 01 - У_ЗДН (К) - основной выход (каскадный); 02, 03, 04 - индикация вида задания (РЗ, ПЗ, ВЗ); остальные выходы используют в режиме ПЗ - программного задания.

Алгоритм РУЧ - ручное управление

Алгоритм РУЧ (код 26) предназначен для безударного изменения режимов управления. Регулятор переключается в дистанционный или ручной режим работы. В автоматическом режиме узел ручного управления отключается и выход алгоритма "РУЧ" соединяется с его входом Х.

Входы алгоритма РУЧ: 01 - С_РУЧ - команда перехода на ручной режим (принудительный); 02 - Х - выходной сигнал локального или каскадного регулятора; 03 - Х_ДСТ - сигнал дистанционного управления.

Выходы алгоритма РУЧ: 01 - Y - основной выход (каскадный); 02 - D_РУЧ - ручной режим; 03 - D_ДСТ - дистанционный режим управления.

Алгоритмическая структура контроллера Р-130 для типовой АСР

На основе рассмотренных алгоритмов составлена алгоритмическая (виртуальная) структура блока контроллера (БК) Ремиконта Р-130 (рис.7) для типовой АСР (см. рис.1).

Рис.7. Алгоритмическая структура блока контроллера Р-130

На алгоритмической структуре БК Р-130 первое число в заголовках блоков означает номер алгоблока, затем идут буквенный шифр алгоритма, его код, а также модификатор и масштаб времени, если они есть у алгоритма. В алгоблоки 02 - 04 записан "пустой" алгоритм с кодом 00.

Стандартные конфигурации РЕГА и РЕГИ

Полученная структура почти полностью соответствует стандартной конфигурации РЕГА (код конфигурации 01) - регулятора аналогового, за исключением двух алгоблоков ввода-вывода (05 ВАА 07-08 и 09 АВА 11-02), у которых установлены другие значения модификаторов. РЕГА включена в состав библиотеки регулирующей модели Р-130.

Другой стандартной конфигурацией является РЕГИ (код 02) - регулятор импульсный, в котором заменены алгоритмы в алгоблоках 07 на РИМ (21) и АБ09 на ИВА (15) - импульсный вывод.

Алгоритм РЕГА (как и РЕГИ) помещается только в первый контур и имеет параметры: К_П = 1, Т_И = 15 с, К_Д = 0, Х_МКС = 100 %, Х_MИН = 0 %. После ввода стандартная конфигурация может видоизменяться и дополняться другими алгоритмами, в ней можно изменять параметры настройки.

Список использованных источников