Ніколаєнко А.М. Методичні вказівки до лабораторного практикуму
Подождите немного. Документ загружается.
Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
А.М. Ніколаєнко
Технічні засоби автоматизації
Цифрові регулятори
Частина ІІ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до лабораторного практикуму
для студентів ЗДІА
спеціальності «Автоматизоване управління технологічними процесами»
Запоріжжя
2009
2
Технічні засоби автоматизації. Цифрові регулятори. Методичні
вказівки до лабораторного практикуму для студентів ЗДІА спеціальності
«Автоматизоване управління технологічними процесами» /Укладач: А.М.
Ніколаєнко . Запоріжжя: Видавництво ЗДІА, 2009 - 84с.
Укладач:
А.М. Ніколаєнко - канд. техн. наук, професор
3
ЗМІСТ
Стор.
Лабораторна робота № 1. Конфігурування і дослідження роботи
цифрового регулятора МТР-8 з блоком ручного управління БРУ-10........…....4
Лабораторна робота №2. Конфігурування і дослідження роботи цифрового
регулятора ИРТ 5501/М1........................................................................……..…..19
Лабораторна робота №3. Конфігурування і дослідження роботи цифрового
програмного регулятора С-РТ«ТЕРА»…………….……………………………36
Лабораторна робота №4. Конфігурування і дослідження роботи цифрового
програмного регулятора ТРМ 251……………………………………………….50
Лабораторна робота №5. Конфігурування і дослідження роботи цифрового
регулятора Метакон-514-Т……………………………………………………….63
Лабораторна робота №6. Конфігурування і дослідження роботи цифрового
регулятора реєтруючого приладу «Диск 250М»………………………………..75
4
Лабораторна робота № 1
Конфігурування і дослідження роботи цифрового регулятора МТР-8
з блоком ручного управління БРУ-10
Мікропроцесорний терморегулятор МТР-8
Терморегулятор МТР-8, виробництва МІКРОЛ м. Івано-Франківськ, може
використовуватися в локальних системах автоматичного регулювання і в
системах автоматизованого управління технологічними процесами (АСУТП).
МТР-8 призначений:
- для вимірювання восьми контрольованих вхідних фізичних параметрів,
обробки, перетворення і відображення їх поточних значень на вбудованому
чотирирозрядному цифровому індикаторі;
- для управління зовнішніми виконавчими механізмами, забезпечуючи
позиційне регулювання або за ПІД- законом;
- дворівневу сигналізацію технологічно небезпечних зон (попереджувальна
сигналізація), а також перевищення (заниження) сигналів регульованого або
вимірюваного параметра.
Регулятором є компактний прилад, який конфігуруються через передню
панель або через гальванічне розділений інтерфейс RS-485 (протокол ModBus)
програмним пакетом МІК-ІНТЕЛЕКТ.
МТР-8 можуть комплектуватися одним модулем розширення (МР-51-хх),
який залежно від модифікації, додає регулятору до 3 аналогових входів, 8-ми
дискретних входів і 8-ми дискретних виходів.
За допомогою конфігурування в регуляторі можуть бути організовані:
- 8 каналів виміру;
- до 16-ти каналів сигналізації виходу параметрів за встановлені межі;
- до 16-ти каналів захисного відключення;
- до 8-ми каналів 2-х, 3-х позиційного, ПІД-імпульсного, ПІД-ШІМ
регулятора;
- до 4-х каналів ПІД аналогового регулятора.
Схема вимірювання дозволяє підключати до регулятора МТР-8 датчики, які
формують вихідний уніфікований сигнал 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА, термопари, а
також термоперетворювачі опору за 3-х провідною схемою підключення.
Лінеаризація і фільтрація вимірюваних значень температури виконуються
цифровими способами.
Внутрішня програмна пам'ять регулятора МТР-8 містить необхідну
кількість стандартних функцій призначених для управління технологічними
процесами більшості інженерних прикладних задач, наприклад, таких як:
порівняння результату перетворення з уставками мінімум і максимум і дворівневу
сигналізацію відхилень, програмне калібрування каналів по зовнішньому
зразковому джерелу аналогового сигналу, цифрова фільтрація, обчислення різниці
і середнього значення між заданими параметрами, обчислення вогкості і т.п.
Терморегулятор МТР-8 має пластмасовий корпус, на передній панелі якого
знаходяться елементи обслуговування (клавіатура) і індикації, а на задній частині
5
розніми для підключення клемно-блокових з’єднувачів, призначених для монтажу
зовнішніх вхідних і вихідних кіл.
Існує декілька видів клемно-блокових з’єднувачів, вибір яких здійснюється
виходячи з потрібного типу дискретного вихідного сигналу і вибраного модуля
розширення.
Зовнішній вигляд регулятора і клемно-блокових з’єднувачів приведений на
рис.1.1.
а)
б)
Рис.1.1 Зовнішній вигляд регулятора МТР – 8 (а) і клемно-блокових
з’єднувачів (б)
На лицевій панелі регулятора знаходяться дисплеї, світлодіоди і клавіші, за
допомогою яких відбувається конфігурування регулятора, контроль за
технологічними і приладовими параметрами, керування процесом.
Призначення дисплеїв
- Дисплей ПАРАМЕТР у режимі РОБОТА відображає значення вимірюваної
величини (значення заданої точки або значення виходу регулятора) вибраного
каналу. У режимі КОНФІГУРУВАННЯ відображає значення вибраного
параметра.
- Дисплей КАНАЛ у режимі РОБОТА відображає в 1-му розряді стан
фізичного дискретного виходу регулятора (увімкнений: “--” або вимкнений: “ ”).
У 2-му розряді - номер вибраного каналу управління або індикації. У режимі
КОНФІГУРУВАННЯ відображає номер рівня або номер параметра
конфігурування в двох розрядах.
6
Призначення світлодіодних індикаторів
- Індикатор MAX світиться, якщо значення вимірюваної величини на
вибраному каналі перевищує значення уставки попереджувальної сигналізації
відхилення MAX.
- Індикатор MIN світиться, якщо значення вимірюваної величини на
вибраному каналі менше значення уставки попереджувальної сигналізації
відхилення MIN.
- Індикатор ІНТ блимає, якщо відбувається передача даних по інтерфейсному
каналу зв'язку.
- Індикатор РУЧ світиться, якщо вибраний контур регулювання знаходиться в
ручному режимі управління, і не світиться, якщо вибраний контур регулювання
знаходиться в автоматичному режимі управління.
- Індикатор ЗВД світиться, якщо регулятор знаходиться в режимі редагування
заданої точки вибраного каналу регулювання. Значення заданої точки
відображується на дисплеї ПАРАМЕТР.
● Індикатори 1 … 8 – «СИГНАЛІЗАЦІЯ».
У режимі РОБОТА:
- світлодіодний індикатор відповідного каналу блимає, якщо сталося
спрацьовування попереджувальної технологічної сигналізації по перевищенню
або заниженню вимірюваного параметра (сигналізація MIN, MAX);
- світлодіодний індикатор відповідного контуру світиться (перестає
блимати), якщо оператор квітує подію, шляхом вибору відповідного контуру (у
статичному режимі індикації каналів), в якому сталася аварія;
- світлодіодний індикатор відповідного контуру перестане блимати (навіть
якщо оператор не квітує аварійну ситуацію), якщо параметр повернувся в норму.
У режимі КОНФІГУРАЦІЯ:
- світлодіодний індикатор показує номер каналу або функціонального блока,
для якого відбувається редагування параметрів.
Призначення клавіш
- Натиснення клавіші клавіші [Р/А] викликає перехід регулятора на
вибраному контурі з автоматичного режиму роботи в режим ручного управління і
назад (спільно з натисканням клавіші , для підтвердження виконання операції
переходу);
- Клавіша [Завд] призначена для виклику на дисплей ПАРАМЕТР значення
заданої точки регулятора на вибраному контурі (завдання регулятору);
- При кожному натисканні клавіш [▲] "більше", [▼] "менше" здійснюється
збільшення або зменшення значень (заданої точки, впливу регулятора, включення
вихідного дискретного сигналу управління). При утримуванні клавіші в
натиснутому стані збільшення значень відбувається безперервно. Також клавіша
призначена для просування по рівнях і параметрах конфігурації.
- Клавіша підтверджує виконувані дії або операції, для фіксації значень,
що вводяться.
7
- Клавіша [ ] призначена для виклику меню, а також для виходу з режиму
зміни параметрів в режим вибору рівня конфігурації при програмуванні.
- Клавіші [№кн▲], [№кн▼] призначені для зміни номера контуру, що
відображається, у бік збільшення і у бік зменшення відповідно. Тривале
утримання натиснутої клавіші в статичному режимі переводить прилад в
циклічний режим індикації контурів. Короткочасне натискання клавіші в
циклічному режимі переводить прилад в статичний режим індикації. При
програмуванні приладу клавіші використовуються для вибору потрібного каналу.
Структурна схема регулятора МТР-8, приведена на рис.1.2.
Рис.1.2 Структурна схема регулятора МТР-8
Внутрішня програма регулятора МТР-8 функціонує з постійним часовим
циклом (0,2с). На початку кожного циклу зчитуються значення восьми аналогових
входів, проводиться зчитування і обробка клавіатури, прийом команд і даних з
послідовного інтерфейсу. Відповідно до запрограмованих функцій і призначених
для користувача параметрів конфігурації, здійснюються розрахунки і проводиться
виведення інформації на дискретні виходи, на індикаційні елементи, а також
фіксація обчислених величин для режиму передачі послідовного інтерфейсу.
Диференційне рівняння ПІД-регулятора
ПІД-регулятор побудований таким чином, що в процесі роботи в кожен
момент часу t на його виході формується сигнал Y(t) залежно від – неузгодження
8
E(t) між вхідним параметром і завданням регулятора. Залежність між вхідним
E(t) і вихідним Y(t) сигналами визначає передавальна функція регулятора.
Алгоритм перетворення регулятора містить три складові: пропорційну (П-
складова), інтегральну (І-складова) і диференціальну (Д-складова). Залежно від
умовного розміщення цих складових усередині регулятора визначається його
структура і передавальна функція.
Алгоритмічні схеми ПІД-регулятора в разі паралельної і змішаної
структури показані на рис. 1.3.
а) б)
Рис.1.3 Структури ПІД регуляторів: а) – паралельна структура ПІД регулятора;
б) – змішана структура ПІД регулятора.
Згідно з рис. 1.3 для паралельної структури регулятора диференційне рівняння
має вигляд:
для змішаної структури регулятора диференційне рівняння має вигляд:
,
де Кр–коефіцієнт пропорційності, Ті–час інтегрування, Тd–час
диференціювання регулятора.
Тобто при використанні змішаної структури регулятора, порівняно з
паралельною, вплив інтегральної складової Ті збільшується в Кр разів.
При ступінчастій зміні завдання на виході П-регулятора виникає реакція
відповідно до характеристики П-закону, рис.1.4. Параметрами П-регулятора є
коефіцієнт посилення і робоча точка . Робоча точка визначається як значення
вихідного сигналу, при якому неузгодження регульованої величини дорівнює
нулю.
9
Рис. 1.4 Реакція П-регулятора на ступінчасте збурення
Збільшення коефіцієнта посилення збільшує реакцію регулятора на
неузгодження. При зменшенні коефіцієнта посилення регулятор повільно реагує
на неузгодження. Це не дає йому змоги своєчасно відстежувати динаміку процесу.
Щоб компенсувати ці недоліки пропорційного регулювання, вводиться додаткова
інтегральна складова.
Параметром інтегральної складової є час інтегрування. Як видно з
рис.1.5, якщо пропорційна складова закону регулювання не забезпечує зменшення
неузгодження, то інтегральна складова плавно збільшує вихід регулятора на
значення неузгодження Е для паралельної структури регулятора (час
інтегрування) або на значення неузгодження помноженого на коефіцієнт
посилення для змішаної структури регулятора (час ізодрому).
Рис. 1.5 Реакція ПІ-регулятора на ступінчасте збурення
Багато об'єктів автоматизації інерційні і ПІ-закон не забезпечує якісного
регулювання. В таких випадках ефективним є введення випереджуючого сигналу
управління, який забезпечує диференціальна складова. Диференціальна складова
– це похідна в часі від неузгодження, тобто є функцією швидкості зміни
параметра регулювання. У разі, коли неузгодження стає постійною величиною,
диференціальна складова перестає надавати вплив на сигнал управління.
У ПІД-регуляторах пропорційна складова накладається на затухаючу
диференціальну та збільшуючу інтегральну складові, рис1.6.
З введенням диференціальної складової регулятор починає враховувати
інерційність об'єкту і час затримки, заздалегідь змінюючи сигнал управління.
10
Рис. 1.6 Реакція ПІД-регулятора на ступінчасте збурення
Регулятор МТР-8 має можливість підключити і перетворити 8 аналогових
сигналів. Кожний аналоговий сигнал обробляється для представлення в необхідну
користувачеві форму. На рис.1.7 показана схема обробки одного каналу
аналогового входу.
Рис. 1.7 Блок-схема обробки аналогового входу
1- Фільтр для згладжування імпульсних перешкод (вихідний сигнал формується з
урахуванням усереднення вимірювальних значень); 2- модуль нормалізації сигналу, який
нормалізує вхідний аналоговий сигнал; 3- параметри калібрування - визначають точність
каналу; 4- експоненціальний фільтр для згладжування перешкод, а також для згладжування
частих змін в показаннях індикатора, викликаних коливаннями вхідного сигналу; 5- модуль
математичної обробки сигналу, який лінеаризує і масштабує вхідний сигнал згідно заданої
користувачем номінальної статичної характеристики датчика; 6- таблиця координат
лінеаризації сигналу, що визначає координати лінеаризації, параметри якої задаються
користувачем; 7- модуль корекції аналогового входу, в якому сигнал, перетворений в попередніх
блоках, зміщується на задане користувачем значення.
Після обробки вхідного сигналу AIi формується значення вимірюваної
величини PVi в технічних одиницях, яке може відображатися на дисплеї
передньої панелі, подаватися на аналоговий вихід з прямим і зворотним
напрямом, подаватися на компаратор, після чого на дискретний вихід, а також