Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии
Подождите немного. Документ загружается.
следующих целей:
1) заменить аналоговые технические средства на цифровые там, где
переход к цифровым средствам повышает точность, расширяет
функциональные возможности и увеличивает гибкость систем управления;
2) заменить технические средства с жесткой логикой на
программируемые (с возможностью изменения программы) устройства
или контроллеры;
3) заменить одну мини-ЭВМ системой из нескольких микроЭВМ,
когда необходимо обеспечить децентрализованное управление
производством или технологическим процессом с повышенной
надежностью и живучестью или когда возможности мини-ЭВМ полностью
не используются.
МПС могут выполнять в подсистемах распределенной АСУ ТП все
типовые функции контроля, измерения, регулирования, управления,
представления информации оператору.
Программируемый микропроцессорный контроллер (ПМК)
выполняет функции преобразования, обработки, хранения информации и
выработки команд управления и является, по сути, специализированной
управляющей микроЭВМ для работы в локальных и распределенных
системах управления в реальном времени в соответствии с фиксированным
набором рабочих программ, размещенных в ПЗУ и ОЗУ.
По своему назначению – областям проблемной ориентации – ПМК
бывают:
1) микроконтроллерами, предназначенными для замены устройств
электроавтоматики на крупносерийном и массовом производстве –
релейных и логических схем, командных аппаратов; такие ПМК
логического типа появились на базе развития и слияния средств
вычислительной техники на МП, релейной бесконтактной автоматики и
циклового программного управления технологическим оборудованием,
именно логические ПМК положили начало в ряду программируемых
контроллеров;
2) микроконтроллерами регулирующего типа, предназначенными
для замены аналоговых, импульсивных и цифровых регуляторов, обычно
использовавшихся как основа средств автоматического регулирования;
3) микроконтроллерами координирующего типа, предназначенными
для реализации функций программных задатчиков, специальных
алгоритмов логико-командного управления периферийными устройствами,
функций координирующей микроЭВМ в распределенных АСУ ТП
(ведущий контроллер).
Наиболее распространенными являются микроконтроллеры
регулирующего типа (ремиконты) и логического типа (ломиконты).
Началом развития микроэлектронных средств вычислительной
техники является создание в 1971 г. фирмой «Интел» (США)
программируемой (с помощью программных средств) микроинтегральной
схемы, названной микропроцессором (МП). Почти все микропроцессоры
изготавливаются на кремниевых кристаллах с длиной стороны куба 6,4 мм.
В зависимости от конструктивного исполнения интегральная микросхема
имеет от 16 до 64 выводов.
Основные особенности ПМК, отличающие их от управляющих
мини-ЭВМ микроЭВМ:
- проблемно-ориентированное программное обеспечение на
конкретную задачу или набор задач;
- схожесть физической структуры ПМК различных назначений;
- программирование ПМК в процессе их изготовления, а
возможное изменение программы работы, настройка, реконфигурация и
т.п. осуществляются на пульте оператора клавишами, перемычками, как в
обычных аналоговых устройствах автоматики;
- ПМК предназначены для эксплуатации в непосредственной
близости от технологического оборудования, поэтому в ПМК
обеспечиваются необходимая защита от промышленных помех,
гальваническая развязка от внешних цепей оптронами (оптоэлектронный
прибор, позволяющий передавать информацию с помощью оптической
среды), ферритовыми трансформаторами;
- модульная структура ПМК, позволяющая наращивать память
ПМК, изменять число входов и выходов и т.п.;
- меньший объем памяти и меньшее число электронных блоков в
составе ПМК по сравнению с микроЭВМ;
- наличие сканирующих (коммутирующих) устройств для
поочередного опроса входов и выходов ПМК.
К настоящему времени промышленностью выпускается ряд серий
ремиконтов (Р-100, Р-110, Р-112, Р-120, Р-122, Р-130, РК-131, КР-300).
Эти контроллеры предназначены для построения многоканальных
систем регулирования с выполнением функций стабилизации,
экстремального и многосвязанного регулирования. Требуемый алгоритм
регулирования, его параметры, связи с внешней аппаратурой набираются
оператором с помощью клавиатуры, снабженной общепринятыми в
практике автоматизации терминами и символами. Представление
информации оператору производится при помощи светодиодных и
цифровых индикаторов.
Например, Р-122 имеет до 64 аналоговых и 126 дискретных входов.
На выходах формируются аналоговые и дискретные команды
сигнализации и управления стандартными исполнительными
механизмами. Программная реализация типового состава функций
включает 45 алгоритмов регулирования и логического управления,
например аналоговый и импульсный ПИД-законы регулирования,
автоподстройки, программное задание, нелинейные преобразования,
булевые функции и др. На одном приборе Р-122 можно реализовать
автоматическое регулирование, эквивалентное регулированию 8÷16
локальными аналоговыми регуляторами, габариты каждого из которых
близки габаритам контроллера Р-110.
В комплекс ПМК серий 110 и 120 входят также диалоговые
дисплейные контроллеры «Димиконт Д-120» – многофункциональный
пульт управления оператора, который может обслуживать системы
автоматического регулирования, содержащие до восьми ремиконтов.
Назначение его – для конфигурирования ремиконтов, регистрации
реальной конфигурации ремиконтов, для информационного обеспечения
динамической наладки контуров регулирования, контроля и регистрации
параметров технологического процесса, оперативного управления
процессом.
Контроллеры РК-131 ориентированы на решение задач
автоматизации технологических объектов различной сложности и
обеспечивают регулирование, логическое управление, сбор информации,
регистрацию и архивацию. Контроллер КР-300 серии КОНТРАСТ
(контроллеры для распределенных систем автоматизации технологических
процессов) разработан на основе опыта производства и эксплуатации
контроллеров Р-110, Л-110, Р-130, РК-131/300 и с применением
современных электронных компонентов ведущих зарубежных
производителей. Отличается высокой надежностью и низкой стоимостью.
Основы устройства и принципа действия ремиконта.
Особенностью ремиконта является внутреннее программное обеспечение,
не требующее внешних программных средств – операционных систем,
транслятора, ассемблера и т.п. Другой важной особенностью ремиконта
является программная реализация типового состава функций для систем
автоматического управления локального уровня и подсистем АСУ ТП.
Типовой состав функций ремиконта включает 25 алгоритмов
регулирования: аналоговые и импульсивные стандартные ПИД-алгоритмы,
ПИД-алгоритмы с нуль-органом, с дифференцированием, с
автоподстройкой; динамические преобразователи (дифференцирование,
интегрирование, слежение, программное задание); нелинейные
преобразования (формирование кусочно-линейных функций, булевых
функций, селектирование) и другие функции. Физическая структура
ремиконта изображена на рис. 2.18.
Микропроцессорный вычислитель ремиконта состоит из
центрального процессора (ЦП), памяти программ – полупроводниковых
ПЗУ 8.1 и ПЗУ 8.2 (функциональные задачи ремиконта) и памяти данных
ОЗУ 1 и ОЗУ 2.
Первая область памяти данных ОЗУ 1 используется для временного
хранения промежуточных данных и вычислений, вторая – ОЗУ 2 –
содержит программируемые параметры ремиконта.
Для сохранения информации при отключении питания (не менее
200 ч) ОЗУ 2 содержит резервный источник питания.
Память программ ПЗУ 8.1 и ПЗУ 8.2 представляет собой
полупроводниковые ПЗУ с неизменяемой и неразрушаемой информацией,
«защитой» на заводе-изготовителе.
Средства ввода-вывода информации ремиконта включают АЦП (до
четырех блоков) на 16 аналоговых входов каждый; дискретно-цифровой
преобразователь ДЦП (до восьми блоков) на 16 дискретных входов
каждый; ЦАП (до восьми блоков) на 8 аналоговых выходов каждый;
цифро-импульсный преобразователь (ЦИП) на 8 импульсных выходов;
цифро-дискретный преобразователь (ЦДП) (до восьми блоков) на 8
дискретных выходов каждый. Для гальванического разделения входных и
выходных аналоговых цепей в ремиконте используются гальванические
разделители РГ1 и РГ2, благодаря которым подавляются промышленные
помехи и ремиконт может работать с источниками и приемниками,
находящимися под различными потенциалами по отношению друг к другу
и к общему проводу ремиконта.
Средства связи с оператором в ремиконте включают в свой состав
панель оператора (ПО), подключаемую к внутрисистемной магистрали
через умощнитель магистрали (УМ2), модуль индикации (МИн), модуль
сигнализации отказа (МСО) и память ПЗУ 8.3. Панель оператора может
отстоять от ремиконта на расстоянии до 3 м и служит средством общения
оператора как с программным обеспечением ремиконта, так и с
координирующей УВМ верхнего уровня АСУ ТП через устройства
внешней интерфейсной связи (блок сопряжения).
Рис. 2.18. Физическая структура ремиконта
В постоянном запоминающем устройстве ПЗУ 8.3 хранятся
программы обслуживания (ПО), программы тестирования и
самодиагностики. Модуль МСО (светодиодные индикаторы)
сигнализирует о неисправности блока питания стабилизированного (БПС),
резервного питания (БРП), а также об ошибках при выполнении программ.
Модуль МИн обеспечивает контроль дискретных входных и выходных
сигналов. Блок сопряжения включает в себя модуль связи с кассетным
накопителем (МКН), модуль интерфейса СМ ЭВМ ИРПС (МПС) и модуль
интерфейса СМ ЭВМ ИРПР (МПР). Устройства внешней интерфейсной
связи позволяют включать ремиконт в распределенную АСУ ТП.
Модель «Ремиконт Р-100» позволяет реализовать следующие
технические характеристики:
Число входов:
аналоговых……………….…………………………………………………до 64
дискретных……………………...…………………………………………до 126
Число выходов:
аналоговых……………….…………………………………………………до 64
импульсных..…………….…………………………………………………до 64
аналоговых……………….…………..……………………………………до 126
Входные и выходные аналоговые сигналы…………………………………0-5;0-20
4-20 мА
0-10 В
Входные дискретные сигналы, В:
логический «0»…….…….……………………………………………………0-3
логическая «1»…….…….…………………………………………………18-30
Выходные дискретные и импульсные сигналы (состояние контактов):
логический «0»…….…….…………………………………………разомкнутое
логическая «1»…….…….……………………………………………замкнутое
Время цикла, с……………………………………………………………..0,27-1-2,04
Точность установки сигнала задания, %………………………………...…...…...0,1
Статическая точность стабилизации, %..............................…………………...0…0,2
Способность ремиконта к реконфигурации и созданию канала
регулирования с нужными динамическими свойствами (так называемая
«виртуальность» структуры) является еще одной особенностью ремиконта
и программируемых микропроцессорных контроллеров вообще.
Пример возможной виртуальной структуры восьмиканального
варианта ремиконта показан на рис. 2.19.
Такая конфигурация ремиконта имеет 16 аналоговых и 32
дискретных входов, 8 аналоговых и 16 дискретных выходов. Структура
управления содержит 8 каналов с восьмью входами в каждый канал,
библиотеки алгоритмов и блок коэффициентов (параметров настройки).
Ремиконт имеет жесткосвязанные выходы каналов с выходами
контроллера. Остальные связи по входам устанавливаются в произвольном
сочетании с панели оператора.
Рис. 2.19. Пример виртуальной структуры ремиконта
Алгоритмическое обеспечение ремиконта оформлено в виде
библиотеки алгоблоков, из которых потребитель выбирает интересующие
его блоки.
На рис. 2.20 изображена функциональная структура алгоблока.
Каждый алгоблок имеет восемь входов и три выхода (один аналоговый и
два дискретных). Также показаны возможные коммутации на панели
оператора ПО: АВТ – автоматическое управление через узел задания ЗДН,
от ведущего алгоблока (ВДЩ) при каскадном регулировании (КСК), от
УВМ при супервизорном управлении, ручное управление РУЧ с панели
оператора.
В секцию алгоритма помещается один из алгоритмов управления
(библиотека алгоритмов ремиконта содержит 25 алгоритмов).
В секции конфигурации размещается информация, указывающая на
элементы виртуальной структуры, с которыми соединяются входы и
выходы алгоблока.
Секция коэффициентов алгоблоков содержит коэффициенты
статической и динамической настройки.
Рис. 2.20. Состав алгоблока ремиконта (пример)
Пример применения ремиконта [47]. В целом применение
ремиконта экономически целесообразно в АСР с большим числом каналов
регулирования (6÷8 и более).
Рис. 2.21. Схема программирования ремиконта: 1,2,3,4 – последовательные операции
формирования системы регулирования с помощью пульта
Алгоблоки (в «Ремиконте Р-100» их 64) и библиотека алгоритмов
оформлены в виде программ в памяти ПЗУ 8.1, ПЗУ 8.2.
Для автоматизации процессов к ремиконту к соответствующим
входным и выходным устройствам подключают соответственно датчики и
исполнительные механизмы и тем связывают его с одним или несколькими
управляемыми объектами и подсоединяют пульт. Далее, пользуясь только
этим пультом, можно начать сборку системы регулирования (рис. 2.21).
Оператор сначала набирает нужный номер соответствующего алгоблока,
переводит пульт в режим алгоритма (см. рис. 2.21) после чего набирает
номер, под которым в библиотеке хранится требуемый алгоритм, например
ПИД. Во время такой манипуляции ранее пустой блок «начиняется»
нужным алгоритмом и в функциональном отношении становится
традиционным аналоговым прибором.
Для включения алгоритмического блока в систему управления
теперь достаточно нажать на пульте клавишу «Конфигурация» и набрать
номер цепи, с которой надо провести соединение (датчики,
исполнительные механизмы и пр.).
Рис. 2.22. Схема применения ремиконта для регулирования температуры пропарочной
ванны и влажности высушенной ткани или основы: t
0
– заданное значение
температуры; m
0
– заданное значение влажности; Ф – фильтр; ∑ – сумматор
Последнее, что нужно сделать, настроить приборы -
алгоритмические блоки для решения конкретной задачи, т.е., например, в
случае ПИД-алгоритма это выбор соотношения между П-, И-, Д -
составляющими закона регулирования. Для этого необходимо перевести
пульт в режим «Коэффициенты», набрать по номеру требуемый
коэффициент и по цифровому индикатору установить его значение.