Мюллер Юрген. Регулирование на основе SIMATIC
Подождите немного. Документ загружается.
3 Исполнительные устройства и датчики
91
Как правило, этого хватает для температурных участков и обычного регулирования в
промышленности.
Таблица 3.3
Выдержка из технических данных аналоговых входных модулей SM 331, AI8×12 бит, взята из справочника
“Automatisierungssystem (Система автоматизации) S7-300, М7-300/Baugruppendaten (Данные модулей)”
Образование аналогового значения
Принцип измерения
Время интегрирования -/время преобразования/разрешение (на канал)
• параметрируемость
• время интегрирования (в мс)
• полное время преобразования (в мс)
интегрирующий
да
2,5 16 2/3 20 100
3,0 17 22 102
Способ кодирования мгновенного значения
Существенно более быстрым принципом АЦП при аналоговом вводе для сигнальных
модулей SIMATIC является способ кодирования мгновенного значения. Этот способ
измерения обеспечивает в аналоговых узлах SIMATIC действующее измеряемое значение в
течение нескольких микросекунд (см. таблицу 3.4). Такое считывание аналоговых значений
подходит для быстрого регулирования, как, например, для регулирования числа оборотов.
Проблемы с такими аналоговыми узлами могут появляться в том случае , если сенсор или
Таблица 3.4
Выдержка из технических данных аналоговых входных модулей SM 431, AI8×14 бит, взята из справочника
“Automatisierungssystem (Система автоматизации) S7-300, М7-300/Baugruppendaten (Данные модулей)”
Образование аналогового значения
Принцип измерения
Подавление мешающих частот
• параметрируется для мешающих частот
• порядок (гармоника)
Время преобразования на канал
Полное время преобразования
Кодирование мгновенного значения
Посредством гребенчатого фильтра
400 Гц 60 Гц 50 Гц
6 40 48
10 мкс
52 мкс
3 Исполнительные устройства и датчики
92
аналоговые проводники подвергаются влиянию мешающих электромагнитных полей. Из-за
эффекта биений могут возникать длительные помехи в виде накладывающихся частот на
получаемое значение сигнала. Отфильтровать эти помехи с помощью программных
алгоритмов часто оказывается трудно и дорого.
Последовательная аппроксимация
Само понятие “последовательная аппроксимация” описывает принцип считывания
измеряемого значения. При этом к
значению измеряемого сигнала приближаются по шагам.
Сначала грубо, а затем все более мелкими шагами, пока сравниваемое значение не будет
приблизительно соответствовать измеряемому сигналу.
Сигма-дельта (
Σ∆
) способ
Новый, но весьма затратный способ сигма-дельта АЦП для аналогового ввода основывается
на том, что интегратор с подключенным компаратором с обратной связью (1-битный
преобразователь) создает переменную длительность импульса, из которой получается
измеряемое значение. Это выполняется в чипе с высокой степенью интеграции. При таком
относительно медленном способе измерения можно достичь очень высокую точность при
одновременно высокой достоверности (см. таблицу 3.5). Применение такого способа
оправдывается в узлах с высокими требованиями по разрешению и при сложных
измерительных задачах (измерение температуры при прямом подключении). Фильтрация
Таблица 3.5
Выдержка из технических данных аналоговых входных модулей SM 431, AI8×RTD×18 бит, взята из
справочника “Automatisierungssystem (Система автоматизации) S7-400, М7-400/Baugruppendaten (Данные
модулей)”
Образование аналогового значения
Принцип измерения
Подавление мешающих частот
Время преобразования / разрешение
• время активизации (8 каналов)
• время активизации (1 канал)
Сигма/дельта (конвейер)
60 Гц 50 Гц
<25 мс
<8 мс
3 Исполнительные устройства и датчики
93
мешающих частот происходит большей частью в узлах и выполняется там комбинацией
аппаратных и программных комплексных фильтров.
Указание: Каждая погрешность измерения влияет непосредственно на качество
регулируемого процесса, даже если регулятор индицирует нормально регулируемое
состояние.
3.2.5 Разрешение, точность и воспроизводимость
Основными величинами в оценке аналогового ввода наряду со временем кодирования
являются разрешение, точность и воспроизводимость (повторяемость). На практике эти
понятия всегда следуют одно за другим.
Разрешение считывания аналоговых значений
Разрешение аналогового ввода есть число бит, которыми измеряемый сигнал представлен
внутри модуля (например, в FM355 12 бит при времени кодирования 20 мс или 14 бит при
100 мс) или, согласно [10], разрешение есть наименьшее изменение измеряемой величины,
еще воспринимаемое измерительным прибором.
Точность считывания аналогового значения
Под точностью аналогового ввода (заметим, не точность всего регулирования) понимают
точность представления измеряемого значения. В него входят ошибки измерительного ввода,
ошибки преобразования и квантования и прежде всего ошибки измерительного
преобразователя. Эта суммарная ошибка цепи ошибок проявляется всегда в конечном
значении представления. Если измерение происходит всегда в нижней части диапазона
измеряемых величин, то даже при 14-битном преобразовании получатся большие
погрешности при считывании измеряемых значений.
3 Исполнительные устройства и датчики
94
Воспроизводимость
Воспроизводимость результатов измерения определяется по разности показаний
измеряемого значения после замены узлов при сохранении сигнала на его аналоговом входе.
Она должна быть меньше 0,1% от граничного значения области измерений.
Указание: В программном регулировании при входном нормировании номинальных и
действительных значений всегда следует обращать внимание, чтобы выбрать разумный,
но по возможности меньший диапазон измерений. В большинстве аппаратурных
регуляторов процесса при температурных измерениях пользователь далее не имеет
никакого влияния (выбор сенсора при считывании аналогового значения: РТ100 или
термоэлемент) на определение диапазона измерений (начало и конец диапазона).
3.3 Подключение исполнительных устройств и сенсоров к PLC
(программному логическому контроллеру)
В SIMATIC S7/PCS7 конфигурация и наладка
1
непосредственно или централизованно
подключенных сенсоров и исполнительных устройств выполняется с помощью SIMATIC
Manager (вид сигнала и задание диапазона измерений).
В SIMATIC Manager с помощью “аппаратной конфигурации” – или сокращенно “HW
Сonfig” – можно не только конфигурировать и адресовать соответствующую аппаратуру, но
и увидеть все подходящие узлы в виде аппаратного каталога, которые могут быть выбраны
пользователем в соответствии с применяемым принципом измерения. Так, на одном 8-
канальном узле аналогового ввода (см. рис. 3.16) в определенных границах можно подобрать
каждому аналоговому каналу в этом узле другой тип измерения или другой диапазон
измерений. Кроме того, с помощью этой маски можно также установить вид диагностики,
1
Исключение представляют аналоговые узлы, в которых дополнительно должен быть установлен (с помощью
кодового устройства на аналоговом модуле) вид считывания аналогового значения (ток, напряжение и т. д.).
3 Исполнительные устройства и датчики
95
если это поддерживается модулями. В SIMATIC S7/PCS7 конфигурация и установка
панельных приборов выполняется с помощью SIMATIC PDM. Там можно выполнить
наладку прибора с помощью конфигурационной маски (см. рис. 3.17), вложенной в
инструмент (как пример широкого спектра продукции SIEMENS AG на рис. 3.18 показано
изделие SITRANS P).
Рис. 3.16 Пример установления вида измерений и диапазона измерений 8-канального аналогового модуля
ввода с помощью инструмента “HW-Config” SIMATIC Manager
3 Исполнительные устройства и датчики
96
Рис. 3.17 PDM-маска для наладки SITRANSP
Рис.3.18
Источник – Siemens AG: SITRANS P
1
1
Измерительный преобразователь SITRANS P серии DS может служить для измерения различных давлений,
уровня или потока. В серии DS имеются специальные устройства для подключения к шине PROFIBUS PA,
которая является вариантом PROFIBUS DP. Так как PROFIBUS PA имеет малую скорость передачи и поэтому
незначительный расход мощности, то эти приборы могут устанавливаться во взрывоопасной зоне.
4 Отображение регулирования
97
4 Отображение регулирования
Нормализованное представление регулирования и контуров регулирования предполагает,
что буквы, графические символы и применяемые понятия в технической документации и на
панелях обслуживания систем визуализации должны быть едины и нормированы. Это
установлено в различных предписаниях DIN (Немецкого Института Стандартизации). В DIN
19227, части 1 – 5, DIN 28004 и DIN 19222 установлено, что цитируемые нормы находят
применение в технологических установках, например, в хмической промышленности, в
горной промышленности, в соответствующих частях энергетических станций,
металлургических заводов, шахт, строительной промышленности, в промышленности
нерудных полезных ископаемых, целлюлозной и бумажной, пищевой промышленности,
газо- и водопроводной технике, в климатических устройствах.
Здесь покажем на простейшем примере установки для производства дисперсионной краски
различные способы нормализованного представления (отображения) технологического
процесса.
4.1 Мнемонические схемы по DIN 28004
Представление мнемонических образов технологических установок, исполнительных
устройств, сенсоров, аппаратов, машин и частей установок, а также трубопроводов, -
определено в стандарте DIN 28004 часть 1. Мнемонические схемы принципиально можно
разделить на основные мнемосхемы, технологические мнемосхемы и RI-мнемосхемы.
Основная мнемосхема
Основная мнемосхема, как, например, рис. 4.1, абстрагирует с помощью прямоугольников и
соединяющих линий основные пути воздействия,
т. е. мнемонические линии между отдель-
ными частями установки и технологическими процессами.
4 Отображение регулирования
98
Жидкие вещества
Дозирование Реакция
Вода жидкостей Отходы
Созревание
Сыпучие Дозирование
вещества сыпучих
веществ Упаковка
Конечный продукт
Рис. 4.1 Пример основной мнемосхемы по DIN 28004
Технологическая мнемосхема
Технологическая мнемосхема (частичный фрагмент общей установки для производства
красок показан на рис. 4.2) символизирует технологию с помощью графических элементов,
которые связаны линиями.
RI-мнемосхема
RI-мнемосхема изображает с помощью графических элементов техническое оборудование
установки. Как и на предыдущих мнемосхемах, графические элементы
соединены линиями.
Сокращение “RI” состоит из R –Rohrleitung (трубопровод) и I – Instrumenten (инструменты).
На рис.4.3 обозначение FRCA
±
11 определяет регулирование потока с регистрацией
регулируемой величины и возмущающих воздействий в контрольном устройстве при
достижении верхней или нижней границы; регулирование FQIC
+
41 обозначает счетчик
количества с предустановкой количества, а регулирование TRCA
-
41 есть регулирование
температуры с регистрацией и аварийным сообщением при достижении нижней границы.
Обозначения см. на рис. 4.5.
4 Отображение регулирования
99
Жидкие вещества Сыпучие вещества
Вода Вода
Нагрев Нагрев
Охлаждение Охлаждение
Отходы Отходы
Нагрев Выгрузка:
конечный продукт
Рис. 4.2 Пример технологической мнемосхемы по DIN 28004
4 Отображение регулирования
100
Рис. 4.3
Фрагмент из RI-мнемосхемы технологической установки, служащей для производства краски
Рис.4.4
Три примера: приемник температуры (слева), регулятор потока (в середине) и каскадный регулятор
температуры – потока (справа)
Ручное
взвешивание Весы
Загрузчик
Горячая вода Вода
Холодная вода