Разрешающая способность этого датчика равна 6 страница

• логический контроллер для замены релейно-контактной логики при управлении дискретными процессами;

• регулирующий контроллер для управления непрерывнымипроцессами;

• универсальныйконтроллер, выполняющий функции управляющего устройства как для дискретных, так и непрерывных процессов.

Первые два типа со временем объединились в третий, имеющийкак логические, так и аналоговые входы и выходы для управления дискретными и непрерывными процессами.

В общем случае современный программируемый (промышленный) контроллер (рис. 5.1) содержит модули ввода МВ и вывода МВыв сигналов, центральный процессор ЦП, оперативное ОЗУ и постоянное ПЗУ запоминающие устройства, а так же интерфейсные модули ИМ, позволяющие использовать контроллер для работы в сетевых управляющих структурах.

 

Рис. 5.1. Обобщенная структура программируемого контроллера

Работа внутренних устройств синхронизируется тактовым генератором. Программу управления записывают в ПЗУ с помощью программатора,в качестве которого можно применять либо персональныйкомпьютер со специальным программным обеспечением, либо специализированное устройство с дисплеем.

Программа сообщает процессору, какие операции, когда и с какими сигналами он должен выполнять. Команда управления процессором содержит код операции и адрес операнда. Код операции указывает, что надо делать. Адрес опе­ранда показывает, с чем надо выполнить операцию. Например, логиче­ская функция

реализуетсяв виде программы из четырех команд (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Команды программируемого контроллера

Адрес	Команда	Комментарий
код операции	адрес операнда
	Загрузить	U 2	Переслать содержимое ячейки памяти с адресом U 2 в аккумулятор А
	И	U 3	Выполнить операцию И с содержимым ячейки U 3 и аккумулятора А; резуль­тат поместить в А
	ИЛИ	U 1	Выполнить операцию ИЛИ с содержимым ячейки U 1 и А; результат поместить в А
	Поместить	У	Переслать содержимое А в ячейку с адресом У, где в итоге должно быть У

 

В отличие от аппаратных устройств с параллельной обра­боткой входной информации контроллер опрашивает входы последова­тельно, а затем формирует на выходе команды управления объектом. Однако цикл последовательного опроса осуществляется во много раз быстрее изменений в объекте управления. Около половины стоимости контроллера приходится на устройства ввода и вывода. Один и тот же контроллер может применяться для тысяч разновидностей датчиков и исполнительных устройств. Для их подключения к контроллеру присоединяют разнообразные модули преобразования разных сигналов во внутренние сигналы контроллера.

В большинстве приложений число сигналов о состоянии объекта намного превышает число физических входов контроллера. Поэтому прибегают к поочередному подключению сигналов к одному входу контроллера с помощью мультиплексора.

Для увеличения числа команд на исполнительные устройства при ограниченном числе физических выходов контроллера прибегают к де­мультиплексированию – подключению разных исполнительных устройств к одному выходу контроллера.

По мере развития контроллеров их связывают высокоскоростными информационными линиями и объединяют в распределённую по объек­ту сеть управления. Особенностью такой сети является открытость – возможность подключения персональных компьютеров ПК, устройств распределенного ввода-вывода УВВ и программируемых контроллеров ПЛК в любом месте сети (рис. 5.2).

 

Рис. 5.2. Открытая сеть программируемых контроллеров

Ввод алгоритма управления в выбранный контроллер сети осуще­ствляют с помощью специального программного комплекса, позво­ляющего дистанционно выбирать и перепрограммировать контроллеры с персонального компьютера или программатора. С его помощью пользователь может соз­давать и согласовывать программы работы контроллеров, интегриро­вать распределенные устройства в сеть автоматизации, вести учет рабо­ты и диагностику оборудования.

При переходе от аппаратных к программным устройствам управления потребовалось описание алгоритмов управления объектами на языке, понятном как технологу, так и специалисту по автоматике. Стали создавать универсальные языки программирования, пригодные для описания, как для непрерывных, так и дискретных процессов. Появились компиляторы, переводя­щие программу с универсального языка на язык программируемого контроллера. В универсальный язык вводились «входы» и «выходы» контроллера и подпрограммы с типовыми алгоритмами управления. Однако само программирование оставалось сложным для технолога, знающего все особенности управления процессом, но не владеющего языками программирования.

В 1998 году Международная электротехническая комиссия МЭК ввела стандарт программирования управляющих систем IEC 61131-3, включающий пять языков: два вербальных, два графических и один комбинированный (рис. 5.3).

 

 

Рис. 5.3. Языки программирования Международного

стандарта IЕС 61131-3

 

При программировании контроллера технолог выбирает удобный для себя язык стандарта IEC 61131-3 и записывает на нем алгоритм управления объектом автоматизации. Работа ускоряется, если использовать специальное программное обеспечение, например Concept 2.0.После выбора языка технолог строит и редактирует желаемый алгоритм управления, выбирая из библиотеки элементы и соединяя их линиями на экране. Он может вводить комментарии к работе алгоритма. Логические противоречия и другие ошибки выявляются встроенным редактором. Записанный алгоритм с помощью транслятора переводят наязык применяемого контроллера. В Concept 2.0 встроены имитаторы программируемых логических контроллеров, на которых могут отраба­тываться алгоритмы управления. После отладки алгоритма на имитаторе программу записывают в реальный контроллер.

Соединение контроллеров в распределенную сеть управления, к которой присоединен персональный компьютер, позволяет реализовать дистанционное программирование любого удаленного контроллера.

Процесс дистанционного программирования на языке FBD состо­ит из этапов:

• Выбор функциональных блоков из встроенной библиотеки и их размещение на экране;

• Соединение входов и выходов блоков;

• конфигурация входов и выходов контроллера по условиям технологического процесса;

• Проверка программы на встроенном имитаторе контроллера;

• Корректировка алгоритма;

• Пересылка программы к выбранному контроллеру.

Распространенный инструментальный пакет UltraLogic предназна­чен для программирования логических контроллеров, обеспечивающих сбор данных и управление технологическими процессами. В нем ис­пользуется стандартный язык функциональных блочных диаграмм (FBD). Пакет состоит из системы программирования на персональном компьютере и системы исполнения на программируемых контроллерах.

В UltraLogic входят: библиотека модулей ввода/вывода контрол­леров, библиотека алгоритмов сбора данных и управления, средства выхода в сети Archnet, Ethernet, RS-485, отладчик-осциллограф. UltraLogic использует взаимодействие ведущих и ведомых устройств управления через сеть с протоколом RS-485 с числом узлов до 255 (рис. 5.4).

Устройства визуализации отображают управление исполнительными устройствами, осуществляемое с помощью контроллеров. Они присоединены к сети через преобразователь протоколов RS-485/232 и могут отображать текущие данные с любых устройств.

Создание программы осуществляется в семь этапов.

1. Заполнение таблиц переменных величин

Переменные делят на 4 вида:

• константа – устанавливается один раз;

• входная – привязана к входу контроллера;

• выходная – привязана к выходу контроллера;

• сетевая – передаётся другим контроллерам или на верхний уровень.

 

 

Рис. 5.4. Структура сетевого взаимодействия контроллеров

и средств визуализации данных

 

Через эти переменные выполняются команды: включить/выключить, принять сигнал датчика, передать информацию на верхний уровень и т.п.

2. Конфигурирование контроллера

Осуществляется подобно заполнению анкеты. В появляющихся окнах пользователь отмечает то, что ему требуется от контроллера: тип модуля, наличие локальной сети и сторожевого таймера, номенклатуру модулей ввода/вывода.

3. Привязка переменных к входам и выходам контроллера

Проектировщик присваивает имена переменных входам и выходам контроллера.

4. Разработка алгоритмов управления

С помощью графического редактора пользователь вызывает из библиотеки и соединяет между собой функциональные блоки на языкеFBD из IEC 61131-3. Предусмотрено отображение последовательности работы функциональных блоков в виде иерархического дерева.

5. Компиляция проекта

Кнопкой на панели инструментов запускают компилятор, который преобразует соединение функциональных блоков в объектный файл. Одновременно компилятор проверяет наличие ошибок в написанной программе.

6. Отладка программы

Система имитирует работу контроллера в пошаговом и непрерывном режимах. Режим используется для первоначальной отладки алгоритма или обучения без реального объекта. Объект заменяется его моде­лью в виде программы. Модель принимает сигналы управления и имитирует поведение объекта.

7. Загрузка программы в контроллер

Если контроллеры соединены в сеть, подключенную к компьютеру, то включается режим удалённой загрузки программ.

Далее рассматриваются устройство и принципы работы наиболее распространенных на российском рынке автоматизации микропроцессорных контроллеров.

 

5.2. Регулирующий микропроцессорный контроллер

Ремиконт Р-130

 

Контроллер предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логико-программное управление, автоматическое управление структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий. Контроллеры Р-130 могут быть объединены в кольцевую сеть «Транзит» на основе интерфейса ИРПС, а также могут работать с резервированием.

Контроллер Р-130 является проектно компонуемым изделием малой канальности (до 4 каналов) с базовым и переменным составом аппаратуры. Физическая структура Р-130 представлена на рис. 5.5.

 

 

Рис. 5.5. Физическая структура контроллера Р-130

 

В состав контроллера входят конструктивно законченные следующие элементы:

∙ Блок контроллера БК-1;

∙ Пульт настройки ПН-1;

∙ Блок питания БП-1;

∙ Клеммно-блочные соединители КБС-0/1/2/3;

∙ Средства связи с объектом ССО, в состав которых входят блоки: БУТ-10 усилителей сигналов низкого уровня (термопар), БУС-10 усилителей сигналов резистивных датчиков (термосопротивлений), БУМ-10 усилителей мощности (4 сильноточных реле), БПР-10 (8 слаботочных реле) для управления резервом, защиты, сигнализации и т.п.

В базовую часть БК-1 входят модуль МКП оперативного контроля процесса и программирования, модуль процессора ПРЦ-10 и модуль МСН стабилизированного питания блока БК-1 и пульта ПН-1.

Переменная часть БК-1 имеет два посадочных места УСО-А и УСО-Б, в каждом из которых могут быть установлены по одному следующие модули ввода/вывода:

МАС-модуль аналоговых сигналов (на входе до 8 сигналов 0–2В, а на выходе до 2 сигналов 0–5 (20) мА);

МДА-модуль аналоговых и дискретных сигналов (на входе до 8 аналоговых сигналов 0–2В, на выходе до 4 дискретных или импульсных сигналов, представленных состоянием транзисторных ключей);

МСД-модули дискретных сигналов (5 модификаций МСД-1/2/3/4/5) с числом входов/выходов соответственно: 0/16, 4/12, 8/8, 12/4,16/0).

Изготовитель по заказу может поставить две модели контроллера БК-01 и/или БК-02: первая модель – регулирующая для решения в основном задач регулирования, вторая – логическая модель для решения задач логического управления. Каждая из моделей имеет 30 модификаций, отличающихся числом и типом модулей ввода/вывода.

Контроллер получает от датчиков Д входные и выдает исполнительным устройствам ИУ выходные сигналы различного типа и диапазона.

Входные сигналы:

∙ Сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;

∙ Сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;

∙ Унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0–5, 0–20 мА; 0–10 В.

Дискретные сигналы:

∙ логическая «1» напряжением от18 до 30 В;

∙ логический «0» напряжением от 0 до 7 В.

Выходные сигналы:

∙ Унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0–5, 0–20, 4–20 мА;

∙ Дискретные сигналы

а) транзисторный выход:

- максимальное напряжение коммутации 40 В;

- максимальный ток нагрузки 0,3 А

б) сильноточный релейный выход:

- максимальное напряжение коммутации 220 В;

- максимальный ток нагрузки 2 А.

Технические характеристики контроллера:

∙ Объем памяти: ПЗУ – 32 кбайт, ОЗУ – 8 кбайт, ППЗУ – 8 кбайт.

∙ Текущее время (таймеры, программные задатчики и т.д.), постоянные времени и интервалы времени от 0 до 819 с/мин/ч.

∙ Время цикла – от 0,2 до 2 с;

∙ Количество алгоблоков – 99;

∙ Количество алгоритмов в библиотеке – 76;

∙ Время сохранения информации при отключении питания –10 лет.

По интерфейсному входу/выходу контроллеры Р-130 могут объединяться в локальную управляющую сеть «Транзит», которая с помощью блока ШЛЮЗА БШ-1 может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, с ЭВМ).

Параметры интерфейса (локальной сети «Транзит»):

∙ Топология сети – кольцо;

∙ Максимальное число контроллеров в сети – 15;

∙ Максимальное расстояние между соседними контроллерами сети и между ШЛЮЗОМ и ЭВМ–500м;

∙ Вид кабеля связи – витая пара;

∙ Вид интерфейса – ИРПС/RS232C;

∙ Скорость обмена 1,2; 2,4; 4,8; 9,6 кбит/с.

Виртуальная структура контроллера как управляющего устройства автоматической системы представлена на рис. 5.6.

Виртуальная структура содержит как элементы, выполненные аппаратным способом (модули ввода/вывода АЦП, ЦАП, аппаратура ИК и АОУН), так и элементы, реализуемые программно (библиотека алгоритмов, размещенных в ПЗУ контроллера, и алгоблоки, образующие область управления контроллера при его программировании).

 

 

 

Рис. 5.6. Виртуальная структура контроллера Р-130

 

Модули ввода/вывода обеспечивают прием и выдачу двух видов сигналов – аналоговых и дискретных. Выходные импульсные сигналы для управления исполнительными механизмами (ИМ) постоянной скорости формируются программно и поступают каждый из них на ИМ через два дискретных выхода.

Аппаратура АОУН включает в свой состав лицевую панель контроллера (блока БК-1) и пульт ПН-1, имеющие каждый набор клавиш, световые и цифровые индикаторы, с помощью которых оператор управляет технологическим процессом («ведет» процесс), осуществляет программирование и настройку контроллера.

Интерфейсный канал имеет приемопередатчики, преобразующие последовательный код в параллельный и обратно. Все сигналы передаются через интерфейс последовательно.

Алгоблоки в исходном состоянии отсутствуют, и никакие функции по обработке сигналов контроллером не выполняются. Алгоблок появляется в процессе программирования, когда в него помещается тот или иной алгоритм из библиотеки алгоритмов. В общем случае каждый алгоритм имеет входы, выходы и функциональное ядро. Входы алгоритма делятся на две группы (рис. 5.7): сигнальные и настроечные. На первые входы поступают сигналы для обработки, на вторые – сигналы для установки параметров настройки алгоритма. Так сигнал х, поступающий на сигнальный вход алгоритма интегрирования (см. рис. 5.7), интегрируется, а сигнал Т, поступающий на его настроечный вход с пульта ПН-1, определяет постоянную времени интегрирования.

Настроечные сигналы обозначают символом настраиваемого параметра.

Дискретные входные сигналы обозначают символом С, а дискретные выходные сигналы – символом D.

Все входы алгоритма, как сигнальные так и настроечные, имеют сквозную нумерацию (коды) от 01 до 99, а его выходы нумеруются от 01 до 25.

 

Рис. 5.7. Входы/выходы интегратора

В общем случае библиотечный алгоритм имеет три реквизита: а) библиотечный номер (от 01 до 99); б) модификатор m, определяющий дополнительные свойства алгоритма (например, число участков в программном задатчике, число однотипных операций, которые может выполнить данный алгоритм и т.п.); в) масштаб времени МВ для алгоритмов, работающих в реальном времени (при настройке контроллера на младший диапазон времени МВ индивидуально в каждом алгоблоке задает «секунды» (код 00) или «минуты» (код 01). Для старшего диапазона времени МВ задает «минуты» (код 00) или «часы» (код 01)).

В алгоблоки алгоритмы помещают согласно следующим правилам:

· Любой алгоритм можно поместить в любой алгоблок, кроме алгоритмов оперативного контроля ОКО, ОКЛ, которые размещаются в первые 01, 02, 03, 04 алгоблоки;

· Один и тот же алгоритм можно многократно использовать (помещать в разные алгоблоки), кроме алгоритмов ввода/вывода информации, которые используются только один раз для программного соединения модулей ввода/вывода с процессором контроллера (с функциональными алгоритмами).

Библиотека алгоритмов включает в себя 76 алгоритмов (функций), которые делятся на следующие группы:

0 – алгоритмы лицевой панели для организации оперативного контроля и управления процессом;

1 – алгоритмы ввода/ вывода для организации программируемых связей для входов/выходов контроллера;

2 – алгоритмы регулирования для формирования сигналов аналогового и/или импульсного регулирования;

3 – алгоритмы динамического преобразования сигналов (интегрирование, фильтрация и т.п.);

4 – алгоритмы статического преобразования сигналов (суммирование, масштабирование, извлечение корня квадратного и т.п.);

5 – алгоритмы аналого-дискретного преобразования сигналов (пороговый контроль, нуль-орган и т.п.);

6 – алгоритмы логических операций (и, или и др.);

7 – алгоритмы дискретного управления;

8 – алгоритмы группового непрерывно-дискретного управления;

9 – стандартные конфигурации (готовые структуры автоматических регуляторов аналогового и импульсного).

В качестве примера построения алгоритмов контроллера Р-130 рассмотрим структуру и свойства алгоритма РАН.20 аналогового регулирования (рис. 5.8).

 

Рис. 5.8. Функциональная схема алгоритма РАН.20

 

Входы/выходы алгоритма имеют следующее назначение (табл. 5.2):

Таблица 5.2