Lek-AAKhTP

17.2.4 Регулирующий блок аналоговый РБА

Блок обеспечивает формирование сигнала рассогласования и его динамическое преобразование в выходной аналоговый сигнал в соответствии с П, ПИ, ПД, ПИД законами регулирования с ограничением выходного сигнала по верхнему или нижнему уровню. Блок имеет кондуктивное разделение входных и выходных цепей и обеспечивает безударное переключение с режима ручного управления на автоматический и обратно.

Блок имеет пять входов по напряжению и два по току; имеет выход как по напряжению, так и по току.

Рисунок 17.6 – Блок регулирующий аналоговый РБА

17.2.5 Регулирующий блок импульсный РБИ

Предназначен для формирования ПИ- и ПИД - законов регулирования. Выпускались три разновидности блока, отличающихся видами дистанционной подстройки динамических параметров - скорости связи Vсв и постоянной времени интегрирования Ти.

РБИ1 - не имеет дистанционной подстройки параметров.

111

РБИ2 - обеспечивает дискретную дистанционную подстройку Vсв и Ти ( три ступени).

РБИ3 -обеспечивает дистанционную аналоговую подстройку параметров. Применение РБИ2 и РБИ3 позволяет создавать системы с автоматической настройкой параметров (адаптивные системы), которые автоматически приспосабливаются к изменениям характеристик объекта

управления.

На рисунке 17.7 представлена расширенная функциональная схема РБИ1, а на рисунке 17.8 –диаграммы поясняющие работу РБИ.

БМ1-БМ3 - блоки масштабирования, 1- 4-сумматоры, Ф-демпфер, РЭрелейный элемент, УМ -усилитель мощности, ПУ -пусковое устройство, ФОС функциональная обратная связь, ФН -формирователь напряжения для обратной связи.

Рисунок 17.7– Функциональная схема блока регулирующего импульсного (РБИ)

Сумматор 1 используется для ввода сигнала регулируемой величины. Сумматор 2 -для ввода задания, сумматор 3 для формирования сигнала рассогласования. Сумматоры выполнены на ОУ К153УД1А.

112

Демпфер ( фильтр) Ф является фильтром сигнала рассогласования и представляет апериодическое звено (RC) с регулируемой постоянной

времени Тф .

Сумматор 4 реализован на высокоомном ОУ К284УД1В с дифференциальным входом на полевых транзисторах.

РЭ реализует характеристику трехпозиционного реле с зоной нечувствительности н (выполнен на ОУ К153УД1А).

Усилитель мощности УМ предназначен для обеспечения достаточной нагрузочной способности выходных цепей регулирующего блока и гальванической развязки их от входных цепей. Усилитель содержит два транзисторных ключа, управляющих двумя оптоэлектронными преобразователями (тиристорные оптроны). На схеме эти узлы показаны условно как ключи М (меньше) и Б (больше). Оптроны обеспечивают коммутацию внешних цепей (пускового устройства) с источником переменного или пульсирующего до нуля тока, а также гальваническое разделение управляющих и силовых цепей.

нечувствительности

Uос

Uим

0 t Uос-напряжение обратной связи, Uим- выходной сигнал пускового устройства (ПУ), tи -длительность импульса, Т -период следования импульсов, Твкл - длительность первого включения ПУ, ( ) -угол поворота двигателя (регулирующее воздействие).

Рисунок 17.8 - Диаграммы работы РБИ

113

ФОС - представляет собой апериодическое звено с разделенными цепями заряда и разряда. При срабатывании релейного элемента в любую сторону (М или Б) замыкается ключ "Б,М" и конденсатор Сос заряжается через сопротивление Vсв под действием напряжения Uзар. Если же релейный элемент переходит в невозбужденное состояние "0", то замыкается ключ разряда "О" , и конденсатор разряжается через сопротивление Ти.

Коэффициент усиления ПИ-регулятора определяется как:

Кр = Sим / Vсв

где S им -скорость исполнительного механизма , Vсв -скорость связи. Постоянная времени интегрирования Ти = RТи Сос.

В результате разделения цепей заряда и разряда установка параметров Кр и Ти производится независимо.

Для уменьшения требуемого зарядного сопротивления Vсв заряд Сос производится не постоянным током, а последовательностью импульсов частотой 50 Гц, которые вырабатываются формирователем напряжения ФН.

Длительность управляющих импульсов tи может регулироваться для обеспечения приемлемого эксплуатационного режима регулирующего блока и исполнительного механизма с помощью сопротивления tи , напряжение с которого подается на сумматор 4 в качестве сигнала положительной обратной связи и влияет на порог отключения релейного элемента. При слишком коротких и частых управляющих импульсах ИМ не успевает отработать командный сигнал и может быстро выйти из строя, а слишком большое значение tи может привести к возникновению переброски - частых периодических переключений релейного элемента от одного направления к другому ("меньше "- "больше").

17.3 Цифровые (микропроцессорные) регуляторы

Бурное развитие микропроцессорной техники в последние годы вызвало появление целого ряда цифровых (микропроцессорных) регуляторов. Примером могут служить МИНИТЕРМ, ПРОТАР (Московский завод тепловой автоматики МЗТА), МЕТАКОН (НПФ КонтрАвт Нижний Новгород), ТРМ 151 (Овен) , МИКРОЛ и др.

Регуляторы выпускаются как одноканальными так малоканальными (до трех каналов управления), они могут осуществлять как позиционный так ПИД законы регулирования. Выходной сигнал регуляторов может иметь как аналоговую так и импульсную форму. Матобеспечение регуляторов позволяет автоматически устанавливать оптимальные параметры настройки ПИДрегулятора, формировать и запоминать несколько рабочих программ пользователя.

Регуляторы имеют интерфейсный канал связи (R 232C, RS485).

114

АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

ПР1 - блок преобразования входного сигнала и формирования сигнала рассогласования. ПР2 - блок преобразования сигнала от датчика положения ИМ. ПГЗ - программный задатчик. ШИМ- широтно-импульсный модулятор. ПИДпрограммно реализуемый регулятор.

Блок диагностики анализирует неисправности регулятора, а также дает сигнал обрыва датчика.

Выходные сигналы формируются:

- пятью "сухими" транзисторными ключами Z1-Z0 ( U=0-:-24 B, I 0.15 A).

-цифроаналоговым преобразователем ЦАП (U=0-:-10 B),

-преобразователем напряжение-ток U/I ( I=0-:-5 мА).

116

Задание может устанавливаться вручную кнопками либо от программного задатчика, который может управляться по дискретным входам "стоп" и "сброс" дистанционно.

Блок "автонастройка" позволяет автоматически устанавливать оптимальные параметры настройки (Кр ,Ти ,Тд ) ПИД регулятора. Для этого в режиме настройки сигнал рассогласования подается на регулятор через релейный элемент и фазосдвигающий фильтр (апериодическое звено ).

Регулятор Объект

Y

Рисунок 17.11 – Структура системы регулирования в режиме «автонастройки»

(Методика расчета оптимальных значений настроек регулятора изложена в журнале "Теплоэнергетика" Реализация функции автоматизированной настройки в микропроцессорном контроллере ПРОТАР. Ротач В.Я.,Кузищин В.Ф.,Лысенко С.Б.)

Усиление выходных сигналов МИНИТЕРМа осуществляется тиристорными усилителями.

117

Во всех усилителях имеется встроенный источник питания регуляторов "МИНТЕРМ". Усилители обеспечивают гальваническое разделение выходных цепей.

17.4 Программируемые контроллеры

Для развития систем автоматического регулирования в настоящее время характерно широкое применение распределенных систем управления, одним из

микроЭВМ, работающую в реальном времени по некоторым фиксированным рабочим программам, размещаемым в ПЗУ.

Распределенные АСУТП на базе МПК обладают повышенной надежностью, быстродействием, качеством регулирования и гибкостью применения.

Различают МПК трех типов:

1. МПК, ориентированные на реализацию алгоритмов автоматического регулирования непрерывных технологических процесов и предназначенные для замены аналоговых и цифровых регуляторов. Такие МПК (по классификации предложенной НИИТЕПЛОПРИБОРом) получили название РЕМИКОНТЫ (регулирующие микропроцессорные контроллеры).

2. МПК, ориентированные на реализацию алгоритмов логического типа и предназначенные для замены различных релейных и логических схем электроавтоматики и команд-аппаратов. Такие МПК используются, в основном, для управления периодическими процессами и получили название ЛОМИКОНТЫ (логические микропроцессорные контроллеры).

сложными агрегатами, механизмами, аналитическими комплексами.

По числу каналов управления все МПК предложено делить на три класса: Большие - с числом каналов управления > 100.

Средние - с числом каналов управления от 10 до 100. Малые - с числом каналов управления до 10.

Следует заметить, что приведенные классификации МПК довольно условны. В настоящее время имеется тенденция к совмещению функций логических и регулирующих контроллеров в одном типе. Примером может служить ремиконт Р130, который выпускается в 30 модификациях, различающихся назначением и число входов-выходов.

118

17.4.1 Обобщенная структурная схема МПК

Обобщенную структурную схему МПК можно представить в виде, представленном на рисунке 17.12.

ЗУ -запоминающее устройство (память), ОЗУ -оперативное ЗУ, ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, ППЗУ -перепрограммируемое ЗУ. МП - микропроцессор. УСО - устройство связи с объектом. СУ - согласующее устройство. АЦП - аналого-цифровой преобразователь, ДЦП -дискретно- цифровой преобразователь, ЦАП -цифроаналоговый преобразователь, ЦДП - цифродискретный преобразователь. УИ - устройство индикации. ПУ - пульт управления ( пульт оператора).

Технические требования к МПК зависят от необходимого объема и характера информации, подлежащей обработке на данном объекте управления. Для оборудования периодического действия характерно программное управление в виде приема, переработки и выдачи дискретных команд. При этом сигналы и алгоритмы управления формируются преимущественно в классе логических или булевых функций, необходимы также и аналоговые каналы управления, но число их значительно меньше, чем дискретных.

ЗУ

ОЗУ ПЗУ ППЗУ

УИ ПУ

Рисунок 17.12 – Структурная схема программируемого контроллера

Для оборудования непрерывного действия требуются преимущественно аналоговые каналы управления.

Этими особенностями объектов управления обусловлены необходимый набор УСО и характер программного обеспечения.

При использовании МПК в системах автоматизации необходимо обеспечить их работоспособность и надежность. Для этого необходимо:

119

- Обеспечить помехоустойчивость от помех по входным цепям и питающей электросети. Причинами помех являются сильные электромагнитные поля, искажение характеристик питающей электросети. Помехозащищенность обеспечивается гальваническими развязками, соответствующими фильтрами в УСО и блоках питания.

- Обеспечить работоспособность МПК при сбоях напряжения питания. Особенно это относится к ЗУ. При сбоях питания в ЗУ не должна искажаться хранимая информация. Обеспечивается работоспособность использованием ПЗУ, ППЗУ, подпитывают ОЗУ независимым источником питания, используют дублирование блоков.

-Обеспечить устойчивость и надежность реализуемых алгоритмов по отношению к помехам в управляемом технологическом процессе, например, используя алгоритмы сглаживания входных сигналов и т.п.

-Обеспечить самодиагностику, позволяющую быстро находить и локализовать неисправность.

-Обеспечить надежность работы при отказе МПК. Для этого вводится

"горячее" резервирование - параллельно работающий второй МПК, который берет на себя управление при отказе основного МПК.

Семейство микропроцессорных контроллеров может быть представлено такими МПК как: Ремиконт 100, 110, 120, 130 , Ломиконт 110, 120, Униконт,

Эмиконт, Техноконт (MFC ,TCM), С100,С200,С300.

17.7.2 Ремиконт 130

Многие потребители нуждаются в малогабаритном малоканальном контроллере, который в регулирующем варианте управлял бы 1-4 контурами , а в логическом -задачей с 10-30 входами-выходами. Аналогичные устройства требуются и для автоматизации крупных объектов, имеющих особо ответственные контуры регулирования и управления. При отказе малоканального контроллера " площадь поражения" оказывается минимальной.

Р130 в равной мере эффективно решает задачи автоматического регулирования и логического управления ( выпускаются модели для решения задач регулирования и для логического управления).

Р-130 рассчитан на щитовой утопленный и навесной монтаж. На лицевой панели контроллеров расположены органы оперативного управления, контроля и индикации.

Структурная схема контроллера представлена на рисунке 17.13.

120