3.3.4. Цифровые и микропроцессорные регулирующие устройства
В качестве примера цифрового регулирующего устройства рассмотрим универсальный программный ПИД-регулятор ТРМ151 фирмы ОВЕН, который предназначен для построения автоматических систем контроля и управления производственными технологическими процессами в различных областях промышленности. Прибор ТРМ151 (структурная схема одной из разновидностей ТРМ151-01 приведена на рис. 3.64) представляет собой регулятор, который может работать как в режиме ПИД, так и в режиме двухпозиционного регулирования (ON/OFF). Регулирование в ТРМ151 осуществляется по программе технолога.
Рис. 3.64. Структурная схема ТРМ151-01
Прибор ТРМ151 выполняет следующие основные функции:
измерение физических величин, контролируемых входными первичными преобразователями;
цифровую фильтрацию для уменьшения влияния на результат измерения промышленных импульсных помех;
коррекцию измеренных величин для устранения погрешностей первичных преобразователей;
отображение результатов измерений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе;
регулирование измеренных физических величин по ПИД или двухпозиционному закону;
изменение уставок регулируемых величин по заданной технологической программе;
формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе;
отображение на встроенном светодиодном цифровом индикаторе текущих значений параметров технологической программы и мощности, подаваемой на исполнительный механизм;
формирование команды ручного управления исполнительными механизмами и устройствами с клавиатуры прибора;
передача в сеть RS-485 текущих значений любых измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров программы технолога;
изменение значений программируемых параметров прибора с помощью клавиатуры управления на его передней панели;
изменение значений параметров с помощью компьютерной программы-конфигуратора при связи с компьютером по RS-485;
сохранение заданных программируемых параметров в энергонезависимой памяти при отключении напряжения питания ТРМ151.
Канал регулирования предназначен для регулирования одной физической величины (температуры, давления и т. д.) по результатам измерения одним датчиком.
Для регулирования в Канале используется исполнительный механизм (ИМ) типа «нагреватель», который позволяет увеличивать значение регулируемой величины (например, ТЭН). Управление ИМ производится при помощи выходного элемента, выбранного пользователем при заказе (электромагнитное реле, оптотранзистор, оптосимистор, ЦАП).
ПИД-регулятор выдает аналоговое значение выходной мощности, направленное на уменьшение отклонения текущего значения регулируемой величины от уставки.
При управлении ИМ типа «нагреватель» значение выходной мощности находится в диапазоне от «0» до «1» (или от 0 до 100 %).
При работе с выходным элементом типа ЦАП выходная мощность преобразуется в пропорциональный ей ток или напряжение.
При работе с выходным элементом дискретного типа выходная мощность преобразуется в ШИМ-сигнал, для которого необходимо задать период следования импульсов.
Прибор ТРМ151 имеет встроенный сетевой интерфейс RS‑485, который предоставляет следующие основные возможности:
конфигурирование прибора с персонального компьютера;
регистрация на ПК параметров текущего состояния.
Прибор имеет энергонезависимую память, в которой сохраняются программируемые параметры прибора. Параметры хранятся в памяти в течение нескольких десятков лет.
Прибор ТРМ151 изготавливается в пластмассовом корпусе, предназначенном для утопленного монтажа на вертикальной плоскости щита управления электрооборудованием (модификация корпуса Щ1) или для настенного монтажа (модификация корпуса Н).
Внешний вид лицевой панели ТРМ151 представлен на рис. 3.65.
Рис. 3.65. Лицевая панель прибора ТРМ151
На лицевой панели прибора имеются следующие элементы индикации и управления: четыре цифровых светодиодных индикатора (ЦИ1...ЦИ4); 10 светодиодов; 6 кнопок.
В качестве входных устройств к регулятору могут подключаться различные датчики, например: температуры (термосопротивления, термопары); давления и т.д.
Для ослабления влияния внешних импульсных помех на эксплуатационные характеристики прибора в программу его работы введена цифровая фильтрация результатов измерений. Фильтрация осуществляется независимо для каждого канала.
Прибор ТРМ151 может выпускаться в нескольких модификациях, например:
ТРМ151-01 (рис. 3.66) содержит 2 канала пошагового регулирования по измеренной величине, каждый канал подключен к своему выходному элементу. Регулятор может работать в режимах ПИД и ON/OFF;
Рис. 3.66
ТРМ151-03 (рис. 3.67) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование задвижкой с датчиком положения или без;
Рис. 3.67
ТРМ151-04 (рис. 3.68) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование по измеренной или вычисленной величине. Имеется блок контроля нахождения величины в допустимых границах (инспектор). Сигнал от инспектора подается на выходной элемент 2, к которому подключается средство аварийной сигнализации (лампа, звонок и т. д.);
Рис. 3.68
ТРМ151-05 (рис. 3.69) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование, при этом уставка регулятора может быть скорректирована по определенной функции от значения, измеренного на входе 2. Имеется блок инспектора, соединенный с ВЭ2;
Рис. 3.69
ТРМ151-06 (рис. 3.70) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование задвижкой без датчика положения. При этом уставка регулятора может быть скорректирована по определенной функции от значения, измеренного на входе 2;
Рис. 3.70
ТРМ151-07 (рис. 3.71) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование по измеренной или вычисленной величине. Эта величина дублируется на ЦАП 4…20 мА, к которому подключается аналоговый регистратор;
Рис. 3.71
ТРМ151-08 (рис. 3.72) осуществляет одновременное пошаговое регулирование температуры и влажности. Вычисление влажности производится психрометрическим методом по температуре «сухого» и «влажного» термометров;
Рис. 3.72
ТРМ151-09 (рис. 3.73) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование по измеренной или вычисленной величине. На второй выход прибора можно на определенном шаге программы подать периодические импульсы для включения дополнительного оборудования или сигнализации о ходе технологического процесса;
Рис. 3.73
ТРМ151-10 (рис. 3.74) осуществляет одноканальное пошаговое регулирование с помощью системы «нагреватель – холодильник» по измеренной или вычисленной величине.
Рис. 3.74
Способы цифрового и микропроцессорного управления объектами автоматического управления будут также рассмотрены в последующих главах.