книги / Системы управления исполнительными механизмами

и механизма, три трехпозиционных переключателя для установки режима работы контроллера, режима настройки и ручного изменения положения механизма (открыть-закрыть) или значения настраиваемого параметра (больше-меньше). В контроллере предусмотрена возможность индикации положения вала на встроенном пульте при отключении питания механизма.

Портативный пульт (ПП) настройки содержит двухстрочный алфавитно-цифровой ЖКИ-дисплей, клавиатуру и инфракрасный канал для связи с КИМ. Функции пульта и индицируемые и/или настраиваемые параметры контроллера идентифицируются не номерами, а именами. Имя параметра и его значение индицируются одновременно в разных строках алфавитно-цифрового ЖКИ-дисплея. Настройка контроллера с помощью пульта осуществляется как в режиме онлайн, так и в автономном режиме путем установки значения каждого настраиваемого параметра с последующей загрузкой значений всех параметров в контроллер по одной команде пульта.

Персональный компьютер (ПК) для работы с контроллером КИМ содержит программный пакет «Конфигуратор» и подключается к полевой сети непосредственно или через устройство верхнего уровня. Персональный компьютер обеспечивает более высокий по сравнению с пультами сервис при работе с контроллером КИМ и дистанционный доступ к контроллеру через полевую сеть.

Обмен данными блока БСПМ при сетевых исполнениях контроллера КИМ с КВУ ведется в режиме «ведущий-ведомый» по полевой сети с интерфейсом RS-485, при этом КВУ является ведущим устройством, БСПМ и КИМ – ведомыми.

10.2.Технические средства интеллектуализации СУИМ

Ктехническим средствам интеллектуализации в соответствии

сприведенной выше функциональной схемой СУИМ относят следующие:

–интеллектуальные ИМ;

–программируемые логические контроллеры (ПЛК) ИМ;

251

–технологические измерители-регуляторы, регуляторы микропроцессорные универсальные, сигнализаторы;

–многоканальные модули ввода-вывода и управления распределенных СУИМ (MDS-модули);

–бесконтактные симисторные пускатели и микропроцессорные СПЭ.

Интеллектуальные ИМ – к сожалению, в полном смысле этого слова крайняя редкость. Такой ИМ должен «на месте» содержать все необходимые средства интеллектуализации и являться полнофункциональным децентрализованным модулем. Как правило, из всех средств интеллектуализации собственно ИМ оснащают только блоком сигнализации положения (БСПМ), подключенным

кполевой сети, что позволяет микропроцессорному контроллеру ИМ или контроллеру верхнего уровня выполнять функции управления, диагностики и защиты механизма. Некоторые ЭИМ содержат встроенные СПЭ. Наличие встроенного цифрового регулятора

внешней (технологической) координаты, модулей аналогового и дискретного ввода-вывода, а также коммуникационных средств позволяет наделить такой ИМ интеллектуальными качествами. К таким ИМ можно отнести, в частности, ЭИМ переменной скорости

счастотно-регулируемыми децентрализованными электроприво-

дами фирмы Siemens, Omron, Danfoss и др.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК), или контроллеры исполнительных механизмов (КИМ) – специализированные цифровые компьютеры, используемые для автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего назначения ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.

Всовременных ПЛК числовые операции реализуются наравне

слогическими, но во многих технических приложениях по-преж- нему преобладают логические команды. В программируемых ло-

252

гических контроллерах обеспечивается доступ к отдельным битам памяти, в то время как большинство процессоров и компьютеров обеспечивает только одно-, двухили четырехбайтовую адресацию.

ПЛК, как правило, не имеют развитых средств интерфейса типа клавиатуры и дисплея, устанавливаются в шкафах, часто – на DIN-рейку. Их программирование, диагностика и обслуживание производятся подключаемыми для этой цели программаторами – специальными устройствами (устаревшая технология) или устройствами на базе PC или ноутбука – со специальным программным обеспечением, а иногда и специальными интерфейсными платами. В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с системами человеко-машинного интерфейса: операторскими панелями или автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов на базе PC. Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК индивидуально или централизованно: в стойку ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода, подключенные к датчикам и исполнительным устройствам отдельными проводами, или по методу распределенной периферии, когда удаленные от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК общей сетью, например сетью Profibus с протоколом DP.

На российском рынке в достаточно широком ассортименте представлены ПЛК как отечественных, так и зарубежных фирм. Среди отечественных разработчиков средств автоматизации, включая ПЛК, следует выделить такие фирмы, как ОАО «МЗТА» (г. Москва), ОАО «ЗЭиМ» (г. Чебоксары), НПФ «КонтрАвт» (г. Нижний Новгород), НПФ «ОВЕН» (г. Москва), НПФ «КРУГ» (г. Пенза) и др. Среди зарубежных фирм – производителей ПЛК можно выделить Siemens, Mitsubishi, Omron, Danfoss и др.

Технологические измерители-регуляторы являются специа-

лизированными или универсальными микропроцессорными устройствами, обеспечивающими численное задание технологического параметра (переменной), измерение и индикацию технологической переменной в цифровой форме, а также выработку управляющего воздействия на исполнительный механизм в функции вычисленной ошибки регулирования.

253

В последние годы наибольшее распространение в системах автоматизации технологических процессов находят универсальные измерители-регуляторы. Эти регуляторы призваны обеспечивать следующие основные требования:

– подключение различных типов датчиков различных технологических координат (температуры, давления, расхода, уровня и т.п.); достигается за счет применения унифицированных токовых

(0–5, 0–20, 4–20 мА) или «напряженческих» (0–1, 0–10 В) сигналов;

–позволяют с панели вводить численные значения заданных технологических координат и наблюдать действительные значения контролируемых координат в достаточно широком диапазоне;

–реализовывают различные законы управления исполнительными механизмами (двух- и трехпозиционного управления, типовые П-, И-, ПИ-, ПИД-, ПДД-законы непрерывного управления);

–изменяют параметры управления в достаточно широком диапазоне и имеют высокую точность воспроизведения законов управления;

–формируют выходной сигнал в различных формах и технических реализациях (транзистор с открытым коллектором, реле, оптосимистор, транзистор в активном режиме и др.).

Существует достаточно много как отечественных, так и зарубежных фирм, выпускающих многочисленные серии микропроцессорных измерителей-регуляторов. Среди российских фирм одну из наиболее полных линеек таких аппаратных модулей выпускает НПФ «КонтрАвт», которая производит регуляторы температуры (терморегуляторы), измерители-регуляторы и сигнализаторы,

ПИД-регуляторы, контроллеры температуры, давления, уровня и других технологических параметров. Микропроцессорное исполнение обеспечивает высокие технические характеристики, функциональные возможности и надежность выпускаемых приборов. Все регуляторы сертифицированы, зарегистрированы Госстандартом в Госреестре средств измерений. Имеется также разрешение Госгортехнадзора и Горнорудничного надзора. Оборудование допущено к применению на взрывоопасных производствах.

254

Дадим краткую характеристику основных серий измерителейрегуляторов серии «МЕТАКОН», нашедших широкое применение в СУИМ.

Серия «МЕТАКОН-512/522/532/562» – одно-, двух-, трех-,

шестиканальные измерители-сигнализаторы и позиционные регуляторы температуры; применяются для двух-, трехпозиционного регулирования температуры, давления, влажности и других технологических параметров (до шести каналов по два компаратора в каждом), а также для сигнализации. Выходы: n-p-n-транзистор с открытым коллектором, реле, оптосимистор, транзисторный активный ключ.

Серия «МЕТАКОН-513/523/533» – одно-, двух-, трехканальные ПИД-регуляторы (контроллеры)-сигнализаторы и регуляторы температуры для управления нагревом или охлаждением с помощью ТЭНов и компрессоров; предназначены для ПИД-управления дискретным ШИМ-сигналом устройствами однонаправленного действия: ТЭН, компрессоры холодильников и т.п. Выход: реле или транзисторный ключ.

Серия «МЕТАКОН-514/524/534» – одно-, двух-, трехканальные ПИД-регуляторы температуры и сигнализаторы для управления процессами с помощью задвижек, трехходовых клапанов, исполнительных механизмов типа МЭО; предназначены для ПДДуправления дискретным ШИМ-сигналом реверсивными исполнительными механизмами интегрирующего типа – МЭО (запорная арматура). Выход: реле или транзисторный ключ.

Серия «МЕТАКОН-613» – программные регуляторы, сигнализаторы и таймеры для управления технологическими процессами в соответствии с заданными временными диаграммами; предназначены для ПИД-управления дискретным ШИМ-сигналом устройствами однонаправленного действия: ТЭН, компрессоры холодильников и тому подобное по временной диаграмме (программе). Автоматическая настройка параметров ПИД-регулятора. Управление внешними сигналами. Выходы – транзисторные ключи: два на ШИМ, два от компараторов. Библиотека программ: 10

255

временных диаграмм по 20 участков каждый. Масштабирование линейных сигналов. Основная погрешность измерений не более 0,1 %. Имеется трехканальный таймер для управления тремя дополнительными устройствами с привязкой к временным диаграммам. Предназначены для работы в распределенных системах сбора данных и управления.

Серия «МЕТАКОН-614» – аналогична предыдущей, но предназначена для ПИД- и ПДД-управления дискретным ШИМсигналом реверсивными исполнительными механизмами интегрирующего типа – МЭО (запорная арматура) по временной диаграмме (программе). Управление внешними сигналами. Выходы – транзисторные ключи: два на ШИМ, два от компараторов.

Серия «МЕТАКОН-515» – быстродействующий универсальный контроллер: быстродействующий одноканальный ПИДрегулятор с одним универсальным, двумя дискретными входами и функцией извлечения квадратного корня с функциями сигнализации. Токовые входной и управляющий сигналы, высокое быстродействие делают прибор наиболее подходящим для управления пневмопреобразователями, преобразователями частоты и другими устройствами, рассчитанными на унифицированные сигналы.

ковых входов и выхода, функции извлечения квадратного корня, а также регулятора соотношений делают прибор Т-424 наиболее

256

подходящим для применения в химическом и нефтехимическом производствах. Встроенный источник питания 24 В. Выходы: один токовый, один транзисторный ключ, три реле.

Многоканальные модули ввода-вывода и управления распре-

деленных СУИМ обеспечивают периферийный ввод-вывод аналоговых и дискретных сигналов в распределенных управляющих системах и системах сбора данных. Это так называемые MDS-

модули (Modules for Distributed Systems). На рис. 10.3 приведен внешний вид модуля DIO (Discrete Input-Output), производимого НПФ «КонтрАвт».

Модули позволяют управлять сигналами по сети исполнительными устройствами (реле, пускатели, клапаны, соленоиды и проч.), а также вводить по сети в системы сбора данных и управления состояние аналоговых сигналов (датчиков аналоговых координат СУИМ) или дискретных устройств (кнопки, расцепители, датчики прерывания, дискретные выходы контрольно-регули- рующих приборов и проч.).

В модулях DIO-4/4 имеется четыре канала ввода и четыре канала вывода. В модуле DIO-16BD каждый из 16 каналов может быть запрограммирован как на ввод, так и на вывод.

MDS-модули поддерживают протоколы MODBUS RTU, RNet и DCS (ASCII протокол, совместимы с модулями Adam от фирмы Advantech). Для облегчения возможности интеграции модулей в SCADA-системы разработаны OPC-сервер для регуляторов «МЕТАКОН» (поддержка серии «МЕТАКОН» и MDS-модулей по протоколу RNet) и OPC-сервер для MDS-модулей (поддержка MODBUS RTU). OPC-серверы распространяются бесплатно.

257

Бесконтактные симисторные, тиристорные пускатели и микропроцессорные СПЭ также наделяются интеллектуальными функциями, позволяющими существенно расширить функциональные возможности ЭИМ в распределенных системах управления.

Пускатели могут выполнять следующие функции, в том числе интеллектуальные:

–реверсивное управление по командам «открыть», «закрыть», подаваемым на дискретные входы пускателя;

–управление от аналогового сигнала задания положения или скорости движения;

–выполнение команд управления от контроллера или компьютера, подаваемых через один или два интерфейса RS-485 (прото-

кол MODBUS);

–выполнение функции аварийного управления – по дискретной или сетевой команде выполнить предустановленное действие (закрыть, открыть, стоп);

–остановка в крайних положениях по сигналам концевых или моментных выключателей;

–выполнение дожима при закрытии или открытии по моменту;

258

–блокирование управления электроприводом при наличии на входе сигнала «запрет»;

–торможение электродвигателя способом противовключения;

–вывод аналогового сигнала положения электропривода;

–выполнение команд настройки, управления, контроля состояния от внешнего пульта настройки или компьютера, подключаемых через интерфейс RS-232 или RS-485;

–формирование сигнала «готовность»;

–защитное отключение электродвигателя, формирование сигнала «неисправность», индикация неисправности;

–тепловая защита электродвигателя привода.

Пускатели имеют два источника питания G1 и G2 (24 В,

30мА), предназначенных:

–G1 для активизации дискретных входных и выходных цепей пускателя;

–G2 для питания датчика положения привода.

Источники могут использоваться и для других цепей. Есть исполнения пускателей с источниками, гальванически связанными с входными цепями, и с изолированными от входных цепей источниками.

Помимо пускателей серии ПБР выпускаются бесконтактные пускатели синтеллектуальнымифункциями иных типов:

–БУЭР1-30-02 – блок управления однофазным электродвигателем по резервированному цифровому каналу RS-485 (два канала): пуск, останов, защита двигателя от перегрузок по току, самодиагностика;

–БУЭР3-30-03 – блок управления электрифицированной задвижкой (ЭЗ) с трехфазным электродвигателем: открыть, закрыть, отмена команды, индикация состояния задвижки, диагностика двигателя;

–усилители тиристорные трехпозиционные ФЦ-0610, ФЦ0611; обеспечивают пуск, реверс, торможение при снятии входного сигнала и защиту асинхронного двигателя от перегрузок, осуществляют сигнализацию об исчезновении напряжения питания

259

или несоответствии входных и выходных сигналов, имеют регулируемые уставки защиты и длительности торможения. Внешний вид тиристорного усилителя приведен на рис. 10.5;

– блок управления реверсивными механизмами БУРМ-220. Симисторный блок управления исполнительными механизмами типа МЭО или электромагнитными клапанами. Применяется совместно с Т-424 и «МЕТАКОН-5×4»;

– блок коммутации реверсивный (БКР). Симисторное управление асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными клапанами. Применяется совместно с регуляторами «МЕТАКОН-5×4», «МЕТАКОН614»;

– блок симисторный БС-Х- Х-Н. Бесконтактная коммутация нагрузки переменного тока в сис-

темах промышленной автоматизации. Максимальное коммутируемое напряжение: 240–240 В, 440–440 В. Способ коммутации силовой цепи – при переходе тока нагрузки через ноль.

Для управления ЭИМ переменной скорости (насосов, вентиля-

торов, компрессоров, РО металлорежущих станков, роботовманипуляторов, подъемно-транспортных механизмов и др.) широкое применение находят интеллектуальные микропроцессорные СПЭ как для приводов постоянного, так и для приводов переменного тока [25, 29, 31]. В основе их – очень широкая линейка силовых преобразователей, причем преимущественно зарубежных фирм (Siemens, Omron, Schneider Electric и др.). Данная тематика наиболее полно освещается в дисциплинах «Электронные преобразовательные устройства» и «Автоматизированные электроприводы типовых производственных механизмов». Отметим только основные тенденции в развитии интеллектуальных СУИМ переменной скорости на примере наиболее широко представленных на российском рынке СПЭ фирмы Siemens:

260