29. Микропроцессорные регуляторы (назначение, состав, функциональные возможности и конструктивные особенности). Структура микропроцессорного регулятора
Микропроцессорные регуляторы (МР) выполняются на микропроцессорной элементной базе и вследствие этого обладают рядом достоинств по сравнению с аналоговыми регулирующими приборами. К таким достоинствам относятся программируемость структуры, многоканальность, наличие интерфейса, самодиагностика. Это создает широкие возможности при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, реализующих сложные алгоритмы обработки информации и формирования управляющих воздействий. Ниже рассматриваются назначение, состав, функциональные возможности и конструктивные особенности наиболее распространенных отечественных МР.
Приборы регулирующие программируемые микропроцессорные ПРОТАР разработаны Московским заводом тепловой автоматики с целью замены комплекса аналоговых средств регулирования «Каскад 2» и аналогичных комплексов. Каждый прибор комплекса ПРОТАР может заменить в среднем 4–6 приборов комплекса «Каскад 2» в различных сочетаниях.
Микропроцессорный регулирующий программируемый прибор ПРОТАР предназначен для применения в автоматизированных системах управления технологическими процессами в энергетической и других отраслях промышленности. Приборы используются в схемах стабилизации технологических параметров, программного, каскадного, многосвязного регулирования с реализацией сложных алгоритмов обработки информации.
Приборы ориентированы на работу в комплекте с серийно выпускаемыми датчиками технологических параметров с выходными сигналами постоянного тока или напряжения. Прибор управляет исполнительным устройством, рассчитанным на управление импульсным или аналоговым сигналом. Имеется возможность реализации на базе одного прибора двухканального или каскадного регуляторов.
Приборы ПРОТАР могут использоваться в режиме свободно программируемого потребителем алгоритма или в режиме жесткой структуры, сформированной изготовителем для решения определенных задач.
Комплекс регулирующих приборов ПРОТАР в настоящее время имеет 6 модификаций – ПРОТАР 101/111/102/112/120/130, конструктивно различающихся наличием либо встроенного в прибор пульта оператора (ПРОТАР 101/102/120), либо выносного пульта оператора (ПРОТАР 111/112/130), а также количеством свободно программируемых функций (от 40 до 60).
Обобщенная физическая структура микропроцессорного регулятора ПРОТАР представлена на рис. 4.11.
Рис. 4.11. Структура микропроцессорного регулятора ПРОТАР
Прибор содержит аппаратное устройство ввода информации УВ, устройство вывода информации УВыв, встроенный пульт оператора ПО, источники основного и резервного питания ИП, программируемое цифровое вычислительное устройство ПЦВУ. В модулях без встроенного пульта имеется выносной пульт оператора ВПО.
Аппаратное устройство ввода информации содержит средства обработки 6 аналоговых входных сигналов и 11 дискретных (логических) входных сигналов с преобразованием их в цифровую двоичную форму, необходимую для ввода в цифровое вычислительное устройство. Входные аналоговые сигналы являются унифицированными типа 0–5, 0(4)–20 мА; 0–2, 0–10 В.
Аппаратное устройство вывода информации содержит цифроаналоговый преобразователь, источник опорного напряжения, 7 выходных транзисторных ключей, встроенный источник напряжения постоянного пульсирующего тока (24 В), аппаратные средства переключения режима управления с автоматического «А» на ручное «Р» и обратно, дистанционный переключатель режима управления.
В общем случае прибор ПРОТАР формирует 6 выходных сигналов (см. рис. 4.11):
– аналоговый
сигнал постоянного тока (выходной сигнал
алгоритма аналогового регулирования)
0–5, 0(4)–20 мА; 0–10 В;
,
– выходные импульсные сигналы первого
и второго каналов импульсного регулирования
(импульсные сигналы трехпозиционного
ШИМ), представленные состоянием
транзисторных ключей, коммутирующих
ток нагрузки 0,3 А при напряжении до 40 В;
– дискретные
сигналы двух цифродискретных компараторов
0; 24 В постоянного тока или импульсные
сигналы ШИМ двухпозиционного
и трехпозиционного
;
– дискретные
сигналы двух встроенных реле, каждое
из которых может быть подключено к
внутреннему источнику 24 В через ключи
,
,
,
,
что позволяет получить сильноточный
релейный выход 2 А, 220 В;
– дискретный сигнал отказа или аварийной сигнализации по введенному в программу алгоритму.
Встроенный пульт оператора содержит цифровой 8-разрядный дисплей, 4 кнопочных замыкателя для управления режимами работы дисплея, программирования прибора и настройки параметров и 4 кнопки для переключения режимов управления и ручного управления ИМ.
Источник основного питания формирует напряжение постоянного тока для питания всех узлов прибора. Источник резервного питания содержит две независимых батареи сухих элементов для питания цепей оперативного запоминающего устройства при отключении основного питания, что обеспечивает сохранение запрограммированной потребителем информации. Программируемое цифровое вычислительное устройство (однокристальная ЭВМ) обеспечивает работу прибора в режиме одной из двух структур: жесткой и свободно программируемой. Для функционирования прибора в режиме жесткой структуры используются зашитые в ПЗУ программные блоки.
Для
обеспечения работы прибора в режиме
свободно программируемой структуры
необходимо дополнительно составить
программу реализации нужного алгоритма
функционирования, ввести ее в прибор и
отладить. Для программирования
используется широкий набор имеющихся
функций
,
представляющих собой как сложные
однократно используемые алгоритмические
блоки (такие как ПИД-регулирование), так
и многократно используемые алгоритмические
блоки, осуществляющие алгебраические,
нелинейные, динамические преобразования,
логические функции.
Блок прибора ПРОТАР состоит из шасси, передней и задней панелей. На шасси размещены модули питания. аналоговый, буферный и цифровой. На передней панели размещается либо встроенный пульт оператора с дисплейным модулем, либо дисплейный модуль со светодиодными индикаторами и розеткой разъема для подключения выносного ПО. На задней панели размещены разъем с 50 клеммами для подключения к прибору внешних устройств и модуль резервного питания с двумя парами сухих элементов.
Функциональные возможности приборов ПРОТАР:
Гальваническое разделение четырех аналоговых входных сигналов и двух дискретных входных сигналов друг от друга и от других сигналов;
Безударное переключение режимов управления с автоматического на ручное и обратно, ручное управление пультом оператора и с верхнего уровня управления;
Цифровая индикация сигналов и параметров.
Для реализации свободно программируемой структуры имеются специальные функции, многие из них могут использоваться многократно.
Наиболее часто приборы комплекса ПРОТАР в режиме свободного программирования выполняют:
Регулирование в соответствии с П-, ПД-, ПИ-, ПИД-алгоритмом: два независимых каналы с импульсным выходом и (или) один канал с аналоговым выходом;
Вычисление сигналов рассогласования, задания и других промежуточных сигналов алгоритма (возможно с использованием сложных алгоритмов обработки входных сигналов);
Селектирование, переключение и отключение сигналов;
Введение в алгоритмы регулирования дополнительных статических и динамических линейных и нелинейных звеньев;
Автоматическое изменение любых параметров и (или) перестройка алгоритма программы согласно алгоритму пользователя;
Формирование сигналов программного задатчика, программное регулирование;
Каскадное регулирование;
Формирование сигнала аварийной сигнализации отказа системы регулирования согласно сформированному потребителем алгоритму, в том числе защита от обрыва в цепях датчиков;
Индикация любых параметров в удобных для пользователя размерностях.