9. Системы управления на базе программируемого регулятора мпр 51. Лабораторная работа № 9

9.1. Программируемые устройства систем управления

9.1.1. Общие сведения о программируемых устройствах

систем управления

Программируемые устройства, используемые в системах управления, делятся на три большие группы. Первая группа представляет самые мощные и высокопроизводительные устройства - промышленные компьютеры (ПК). Эти устройства применяются для управления сложными промышленными объектами. Отличительной их особенностью является наличие операционной системы.

Вторая группа - программируемые реле - в противоположность промышленным компьютерам являются низкопроизводительными устройствами, работающими в основном с дискретными сигналами, а выполняемые ими функции ограничены. Они в большинстве случаев не имеют интерфейсов и работают только с собственными входами/выходами. Для решения простых задач они применяются очень широко. Объём памяти программируемых реле по сравнению с ПК небольшой, программа может содержать лишь несколько сотен операций обработки дискретных сигналов и таймеров.

Третья группа - программируемые логические контроллеры (ПЛК). Это наиболее обширная и разнообразная группа. ПЛК сочетают в себе ряд достоинств промышленных компьютеров и не имеют недостатков программируемых реле. Стандартными для ПЛК являются такие аппаратные решения, как полная гальваническая развязка входов/выходов, защита по току и по напряжению, сторожевой таймер микропроцессорного ядра. Производительность и ресурсы памяти ПЛК сегодня велики и сравнимы с ПК. По способностям обработки различных сигналов, расширения числа входов/выходов и по насыщенности различными интерфейсами ПЛК превосходят программируемые реле и используются в различных областях промышленности для решения широкого круга задач.

В свою очередь ПЛК также можно разделить на три вида. 1) Микроконтроллер «на кристалле», представляющий собой микрочип, применение которого связано с необходимостью организации входов/выходов и трудоёмким процессом программирования на языках низкого уровня. 2) Конфигурируемый микроконтроллер - это устройство конструктивно закончено и имеет программное обеспечение в виде программных модулей. Задачей пользователя является установка параметров модулей и логических связей между ними. 3) Свободно программируемый контроллер имеет собственную операционную систему и может работать в многозадачном режиме. Программное обеспечение включает редактор для создания программ, компилятор, симулятор, стандартные программы для облегчения пусконаладочных работ, а также SCADA-программы для организации удалённого мониторинга технологического процесса.

9.1.2. Назначение, техническая характеристика и структура

программируемого регулятора МПР 51

Микропроцессорный программируемый по времени регулятор МПР51 предназначен для управления температурно-влажным режимом газовой среды (воздуха) по заданной программе и является типичным представителем конфигурируемых микроконтроллеров. Управление может происходить по пропорциональному (П), пропорционально-дифференциальному (ПД), пропорционально-интегральному (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) и релейному или позиционному (Т) законам регулирования.

Прибор может использоваться как регулятор температуры по двум независимым каналам (не обязательно газовой, но и жидкой и твердотельной сред), может обеспечивать режим так называемой «дельта-варки», при котором нагревание или охлаждение газовой среды происходит при постоянной разности температур в камере и внутри продукта. Температура в камере отслеживает температуру внутри продукта с постоянной разностью между ними.

Прибор позволяет управлять многоступенчатыми технологическими процессами при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности и в других технологиях пищевых производств и общественного питания. Прибор позволяет задавать параметры шагов в многошаговых программах, а также параметров регулирования независимо по двум каналам. Заданные параметры сохраняются при отключении питания прибора в энергонезависимой памяти. Для управления исполнительными устройствами в МПР 51 имеется пять реле и восемь выходных транзисторных ключей.

Для каждого канала измерения температуры предусмотрена возможность коррекции. В результат измерения можно вносить аддитивную (которая прибавляется) и мультипликативную (на которую умножается) поправки. Именно это скорректированное значение будет выведено на цифровой индикатор и использовано в управлении.

В приборе предусмотрена связь с компьютером через адаптер сети АС-2. Это позволяет регистрировать информацию о результатах измерений в памяти компьютера. Основные технические параметры прибора приведены в табл. 9.1.

Структура регулятора МПР 51 приведена на рис. 9.1. Прибор имеет три термометрических входа Вх1…Вх3 для датчиков температуры Д1…Д3 и два входа для датчиков положения исполнительных механизмов Д4, Д5. На выходе для управления исполнительными устройствами имеются четыре реле Р1…Р4 и восемь транзисторных ключей К1…К8.Для сигнализации имеется реле «АВАРИЯ» со светодиодом, выведенным на переднюю панель прибора. Два регулятора Рег1 и Рег2 и четыре компаратора Ком1…Ком4 реализуются программным способом.

Таблица 9.1 - Основные технические параметры МПР 51

Наименование параметра, размерность	Значение
Количество каналов измерения: -температуры -положения исполнительного механизма	3 2
Диапазон измерения при использовании на входе: -датчика ТСМ, ТСП, оС -датчика положения задвижки, %	-50...+200 0...100
Предельно допустимая основная приведенная погрешность измерения входного параметра, %	±0,5
Количество каналов регулирования	2
Количество каналов компарирования	0...4
Количество выходных реле	5
Количество выходных транзисторных ключей	8
Период измерения входных величин, с	6 или 4
Период следования управляющих импульсов на выходе регулятора, с	1…100
Интерфейс связи с ЭВМ через адаптер сети АС-2	RS-232
Длина линии связи прибора с АС-2, м	≤1000

Сигналы от трех датчиков температуры обрабатываются сначала аппаратно, а затем программным способом в вычислительных устройствах Выч1 и Выч2 и поступают на входы регуляторов и компараторов. Три входных сигнала от датчиков преобразуются в пять входных величин регуляторов: дополнительно появляются относительная влажность φ и разность температур ∆t (∆t = t_сух - t_прод). Имеется возможность регулировать любую из пяти входных величин, причем разность температур ∆t используется для реализации специфического режима «дельта-варки».

Сигналы с входов 4 и 5, информирующие о положении исполнительных механизмов, могут быть использованы для формирования закона регулирования.

За первым регулятором закреплено выходное реле Р2 (и реле Р1 при трёхпозиционном регулировании). За вторым регулятором закреплено реле Р4 (и реле РЗ при трёхпозиционном регулировании). У компараторов нет закрепления: на вход любого компаратора можно подать любую измеренную величину и подключить его к любому выходному реле, если оно не занято регулятором. Назначение входов и выходов производится при программировании прибора.

С игнализация об окончании выполнения прибором программы осуществляется срабатыванием реле Р5 и зажиганием светодиода «АВАРИЯ».

Рисунок 9.1 - Структура программируемого регулятора МПР 51

Режимы работы транзисторных ключей задаются для каждого шага программы: ключ может быть замкнут всё время шага, может быть разомкнут, может работать в импульсном режиме.

Связь с компьютером осуществляется через интерфейс RS-232.