Размещено на http://www.allbest.ru/

24

Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г. И. Носова

Кафедра электропривода

Курсовая работа

на тему: «Микропроцессорная техника»

Выполнил:

Давлеткиреев А.А.

Магнитогорск

Введение

Приборы, регулирующие программируемые микропроцессорные ПРОТАР 101, ПРОТАР 111, ПРОТАР 102, ПРОТАР 112 (в дальнейшем - приборы), разработанные Московским заводом тепловой автоматики, являются дальнейшим развитием микропроцессорных приборов серии ПРОТАР.

Конструктивное исполнение и принципиальные схемы приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 111 идентичны приборам соответственно ПРОТАР 100, ПРОТАР 110. Программное обеспечение приборов переработано и значительно усовершенствовано. Основные отличия приборов от модификаций ПРОТАР 100, ПРОТАР 110:

Ш Более, чем в 1,5 раза увеличено количество функций, предоставляемых в распоряжение потребителя для программирования структуры (с 38 до 60);

Ш Введенные новые функции позволяют осуществлять реализацию одним шагом программы: второго канала регулирования; корректирующего регулятора, программного задатчика, импульсатора, таймера, регулирования с переводом в режим настройки параметров, многократно используемых функций широтно-импульсивного модулятора и двухпозиционного преобразователя с зоной возврата, условных и безусловных переходов и др.;

Ш Уточнен список переменных, увеличен с 2 до 9 список констант, используемых при программировании;

Ш Повышена точность цепочечных вычислений, в которых операции умножения и деления следуют друг за другом;

Ш Расширен с 102,4 до 655,3 % диапазон изменения переменной под знаком корня для операции извлечения квадратного корня.

Ш Приборы ПРОТАР 102, ПРОТАР 112 имеют программное обеспечение идентичное приборам ПРОТАР 101, ПРОТАР 111, отличаясь от последних внутренним конструктивным исполнением модулей и наличием дополнительного аналогового токового выхода 0 - 5; 0(4) - 20 мА. В остальном технические характеристики приборов ПРОТАР 102, ПРОТАР 112 совпадают с характеристиками приборов соответственно ПРОТАР 101 и ПРОТАР 111.

Приборы являются сложными электронно-вычислительными устройствами, поэтому перед включением приборов в работу следует внимательно ознакомиться с содержанием ТО. Соблюдение приведенных в ТО рекомендаций по эксплуатации и техническому обслуживанию приборов является необходимым условием их надежной работы в течение длительного времени.

В связи с непрерывно проводимыми работами по улучшению качества и технического уровня приборов возможны некоторые отличия их от данных настоящего ТО.

микропроцессорный прибор программа автоматизированный

1. Назначение приборов

Приборы предназначены для применения в автоматизированных системах управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Приборы используются в схемах стабилизации технологических параметров, программного, каскадного, многосвязного регулирования с реализацией сложных алгоритмов обработки информации.

Приборы могут использоваться в режиме свободно программируемого потребителем алгоритма или в режиме жесткой структуры, сформированной изготовителем и пригодной для решения наиболее распространенных задач, выполняемых в настоящее время блоками комплекса «КАСКАД 2» и аналогичных комплексов.

Многофункциональность и свободная программируемость приборов позволяют не только заменить несколько (в среднем 4 -6 в различных сочетаниях) приборов комплекса «КАСКАД 2» на один прибор ПРОТАР, и во многих случаях существенно усовершенствовать алгоритмы управления по сравнению с используемыми сегодня. Приборы имеют высокую точность установки и воспроизводимость параметров настройки.

Приборы ориентированы на работу в комплекте с серийно выпускаемыми датчиками технологических параметров с выходными сигналами постоянного тока или напряжения. Прибор управляет исполнительным устройством, рассчитанным на управление импульсным или налоговым сигналом. Имеется возможность реализации на базе одного прибора двухканального или каскадного регуляторов.

Связь приборов с другими устройствами системы автоматического управления (в том числе УВМ) осуществляется с помощью аналоговых и дискретных (логических сигналов).

Приборы рассчитаны на эксплуатацию в закрытых взрывобезопасных помещениях при следующих условиях:

1) рабочая температура воздуха при

эксплуатации, °С от 5 до 50

2) верхний предел относительной влажности воздуха, % 80 при 35 °С и более низких температурах, без конденсации влаги

3) атмосферное давление, кПа от 86 до 106,7

4) вибрация мест крепления и коммутации:

амплитуда, мм, не более 0,1

частота, Гц, не более 25

5) напряженность внешнего магнитного поля частотой питания, А/м, не более 400

6) амплитуда напряжения продольной помехи (помехи действующей между корпусом прибора и входной цепью) переменного тока частотой питания, В, не более 100

7) действующее значение поперечной помехи (помехи, приложенной ко входу) переменного тока частотой питания в процентах от номинального диапазона изменения входного сигнала, не более 1 8) примеси агрессивных паров и газов в окружающем воздухе должны отсутствовать.

1.1 Перечень функций, выполняемых прибором

Функции, не требующие программирования структуры.

Функции, реализованные аппаратными средствами:

· гальваническое разделение четырех аналоговых входных сигналов (Х_а Х_b Х_c Х_d);

· гальваническое разделение двух дискретных входных сигналов (q+ и q-);

· введение дискретного сигнала запрета q₀ и блокировки от противоречивых команд управления по импульсному выходу Zх, Zт;

· формирование сигнала опорного напряжения для питания потенциометрических датчиков и задатчиков (Uоп);

· формирование импульсных выходных сигналов Zх, Zт и дискретных выходных сигналов Z_B, Z_H, Z_ОТК;

· формирование импульсных сигналов Z_Б1, Zт₁ для каскадной и динамической связи между контурами регулирования;

· формирование дискретного выходного сигнала дистанционного переключателя режима управления Z (ПРОТАР 101, ПРОТАР 102) или дискретных выходных сигналов, встроенных реле Z₁, Z₂ (ПРОТАР 111, ПРОТАР 112);

· светодиодная индикация установленного режима управления, функционирования импульсных выходов Z_Б, Zт и дискретных выходов Z_Б, Zт.

Функции, реализованные аппаратно-программными средствами:

· безударное переключение режимов управления с автоматического на ручное и обратно ручное с помощью пульта оператора;

· безударное переключение режимов управления с автоматического на ручное и обратно ручное с помощью дикретных сигналов, поступающих с верхнего уровня управления;

· цифровая индикация входных и выходных сигналов, параметров настройки и переменных, входящих в структуру прибора, кода отказа;

· введение задания с помощью пульта оператора;

· введение задания с помощью дискретных сигналов дискретных сигналов, поступающих с верхнего уровня управления;

· формирование алгоритма диагностики отказов (выход Z_ОТК и цифровая индикация кода отказа);

· формирование алгоритма жесткой структуры, включающего один из видов регулирования - ПИД, ПИ, ПД, П импульсное или аналоговое, двухпозиционное, трехпозиционное, интегрирование в цепи формирование задания; сигнализацию предельных отклонений верхнего и нижнего уровня; введение статической или динамической балансировки;

· переключение жесткой структуры на свободно программируемую и обратно с помощью дискретного сигнала q₃;

· формирование внутреннего дискретного сигнала установленного режима управления q_р.

Функции, реализуемые путем свободного программирования структуры:

· вычисление сигналов рассогласования, задания, входных сигналов программных блоков по введенным в структуру алгоритмам как функций аналоговых и дискретных входных сигналов;

· селектирование, переключение и отключение сигналов;

· введение в алгоритмы регулирования дополнительных статических и динамических, линейных и нелинейных звеньев;

· автоматическое изменение параметров настройки по введенным в структуру алгоритмам вычислений;

· логическое управление по введенным в структуру алгоритмам;

· двухканальное регулирование;

· каскадное регулирование в одном приборе;

· программное регулирование;

· многосвязное регулирование;

· формирование сигнала аварийной сигнализации отказа системы по введенному в программу алгоритму вычислений;

· автоматическая перестройка вычисляемой структуры.

2. Технические данные

2.1 Модификации приборов, определяемые типом пульта оператора и коды ОКП

Таблица 1

Модификация прибора	Тип пульта оператора	Наличие выносного пульта в комплекте поставки	Код ОКП
ПРОТАР 101	Встроенный		42 1841 8024
ПРОТАР 111	Выносной	имеется	42 1841 8034
		отсутствует	42 1841 8035
ПРОТАР 102	Встроенный		42 1841 8044
ПРОТАР 112	Выносной	имеется	42 1841 8057
		отсутствие	42 1841 8058

Пульт оператора прибора обеспечивает следующие режимы работы цифрового дисплея (приложение 2.1., лист 1,2):

1 - режим гашения с возможностью контроля цифрового дисплея;

2 - режим индикации отклонения и задания с возможностью изменения задания в фиксированном диапазоне;

3 - режим просмотра переменных, выбора переменной для индикации («П») и установки параметров (настраиваемых переменных) («Н»);

4 - режим просмотра сигналов, выбор сигнала для индикации, а также индикации переменной, выбранной в режиме 3;

5 - режимы просмотра структуры («ПС») и набора структуры («НС»).

Примечание. Количество разрядов цифрового дисплея - 8, распределение разрядов для индикации символов и переменных в различных режимах - согласно приложению 2.1

Перечень переменных параметров настройки, констант, их условные обозначения (символы) на цифровом дисплее указаны в п. 3.17.

Количество шагов программы при просмотре и наборе (программировании) структуры составляет 100.

Номинальное значение времени цикла работы программы составляет 0,31 с.

Входные и выходные сигналы.

Таблица 2. Аналоговые входные сигналы постоянного тока.

Обозначение на дисплее	Диапазон изменения	Способ подключения	Входное сопротивление, Ом	Примечания
А В С d	по выбору: 0 - 5 мА 0(4) - 20 мА 0 - 10 В 0 - 2 В	через ВТ05/2 через ВТ20/2 через ВН10/2 непосредствен-но	400 ± 10 100 ± 3 (20 ± 4) * 10 > 100 * 103	1. Сигналы изолированы гальванически друг от друга и от других цепей. 2. Резистивные шунты ВТ и делители ВН прилагаются к прибору (см. раздел II)
Ј	0 - 10 В	Непосредств.	> 100 * 103
h	0 - 1 В	Непосредств.	> 100 * 103

Диапазоны изменения переменных параметров настройки и величины констант соответствуют п.3.17.

Погрешность вычислений при выполнении алгебраических операций умножения. Деления, извлечения квадратного корня не превышает ± 0,1 %.

Погрешности аналого-цифрового преобразования не превышают ± 0,3 %, а цифро-аналогового преобразования ± 0,5 % от номинального диапазона изменения аналогового входного сигнала.

Приборы сохраняют запрограммированную информацию при отключении напряжения питания на время не менее, чем 360 ч.

Резервное питание оперативного запоминающего устройства обеспечивается встроенным источником с двумя независимыми сменными батареями из двух сухих элементов каждая. Тип сухого элемента: СЦ-0, 18-У2 ТУ 16-729. 372-62.

Мощность, потребляемая прибором от сети, не более 10 В. (без учета мощности коммутируемой выходными ключами).

Изоляция электрических цепей питания относительно корпуса прибора при температуре окружающего воздуха плюс (23±5) °С и относительной влажности до 80% выдерживает в течении 1 мин напряжение 1000 В переменного тока практически синусоидальной формы частотой от 45 до 65 Гц.

Электрическое сопротивление изоляции нижеперечисленных цепей в зависимости от условий испытаний соответствует таблице.

Таблица 3

Условие испытания	Максимально допуска-емое сопротивление изоляции, МОм
1	2
Температура окружающего воздуха плюс (23±5) °С, относительная влажность от 30 до 80 %	40
Температура окружающего воздуха плюс (50±3) °С, относительная влажность от 30 до 50 % (верхнее значение температуры рабочих условий)	10
Температура окружающего воздуха плюс (35±3) °С, относительная влажность от 80±3 % (верхнее значение температуры рабочих условий)	2

Габаритные и установочные размеры показаны на рис. 1.5. Приложения к ТО.

Масса прибора не более:

2,6 кг. - для приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102;

3,1 кг. - для приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 (вместе с пультом ПО-01).

Вероятность безотказной работы за время 2000 и не менее 0.96.

3. Устройство и работа приборов

3.1 Конструкция

Пары приборов ПРОТАР 101 и ПРОТАР 111, ПРОТАР 102 и ПРОТАР 112 имеют единую конструктивную базу, отличаясь исполнением передних панелей.

Все элементы прибора конструктивно объединены в блок, заключенный в металлический корпус I. Последний рассчитан на щитовой утопленный монтаж на вертикальной плоскости. Крепление корпуса прибора к щиту осуществляется рамой 2, которая с помощью винтов 3 прижимает обечайку корпуса к наружной стороне щита.

Блок прибора состоит из шасси I, передней панели 2 и задней панели 3. На задней панели размещены штепсельный разъем 4 с пятьюдесятью клеммами, к которым распаиваются внешние соединения прибора; модуль резервного питания 5 типа МРОI с двумя парами сухих элементов СЦ-0,18-У2 и винт 6 для заземления прибора.

На шасси прибора размещены модуль источника питания 4 и три основных функциональных модуля: аналоговый 5, буферный 6, цифровой 7. С боковых сторон модули закрыты защитными крышками, которые пломбируются.

На передней модели приборов ПРОТАР 101 и ПРОТАР 102 размещен модуль дисплейный 8, объединяющий элементы встречного пульта оператора.

На передней панели приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 размещен модуль дисплейный 9, включающий в себя светодиодные индикаторы и розетку штепсельного разъема для подключения выносного пульта оператора типа ПО-01. При отключенном внешне пульте розетка закрывается откидывающейся крышкой. В верхней части передней панели расположен карман с откидывающейся крышкой для хранения информации о записанной программе и установленных параметрах настройки.

В приборах ПРОТАР 102, ПРОТАР 112 модули аналоговый и цифровой подключаются к другим элементам прибора с помощью штепсельных разъемов. В приборах ПРОТАР 101, ПРОТАР 111 соединение указанных модулей с межмодульным жгутом осуществялется с помощью пайки.

В комплект прибора входят устройства для подключения входных сигналов: токовых 0 - 5 мА типа ВТ 05/2 и 0(4) - 20 мА типа ВТ 20/2; напряжение 0 -10 В типа ВН 10/2. Принципиальные электрические схемы этих устройств приведены на рис. 8, 9. Каждое устройство преобразует соответствующий входной сигнал в сигнал 0-2 В (для сигнала 4-20 мА; 0,4-2 В).

В комплект прибора ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 входит выносной пульт оператора типа ПО-01, подключаемый к прибору с помощью гибкого плоского жгута, оканчивающегося вилкой штепсельного разъема.

3.2 Органы настройки и контроля

На передней панели приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102 расположены:

восьмиразрядный цифровой индикатор (цифровой дисплей);

кнопки «П.Н», « », « », « », служащие для переключения режимов работы дисплея, просмотра и настройки поперечных, просмотра и программирования структуры прибора;

кнопки « », « », « », « », служащие для переключения режимовуправлеия и для ручного управления импульсным выходом Z_Б Z_М;

светодиодные индикаторы « », « », « », « » работы дискретных и импульсных выходов Z_В, Z_Н, Z_Б и Z_М соответственно;

светодиодные индикаторы « », « » установленного режима управления соответственно автоматического (q_p = 0), ручного (q_p = 1).

На передней панели приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 расположены:

светодиодные индикаторы « », « », « », « », « », назначение которых совпадает с назначением аналоговых индикаторов приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102;

светодиодные индикаторы « », « » режима управления (индикация q_вн = 0 и q_вн = 1 соответственно);

светодиодный индикатор отказа прибора.

На выносном пульте ПО - 01 расположены:

восьмиразрядный цифровой индикатор (цифровой дисплей);

кнопки «П.Н.», « », « », « », « », « », « », « » и светодидные индикаторы « », « », назначение которых совпадает с назначением аналогичных элементов приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102.

На модуле аналоговом расположены следующие органы подстройки:

«А0», «А100», «b0», «b100», «С0», «С100», «d0», «d100», «h0» - для подстройки верхних (100%) и нижних (0%) пределов изменения соответствующих аналоговых сигналов;

«U_оп» для подстройки величины опорного напряжения.

На модуле цифровом расположены следующие органы подстройки: «0», «100» - для подстройки соответственно нижнего и верхнего пределов изменения аналогового входного сигнала X₂.

Доступ к органам подстройки осуществляется после извлечения блока прибора из корпуса.

3.3 Функциональная схема приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102

Прибор содержит аппаратное устройство ввода информации, аппаратное устройство вывода информации, встроенный пульт оператора, источники основного и резервного питания и программируемое цифровое вычислительное устройство.

Элементы функциональной схемы первых пяти узлов реализованы аппаратно и соответствуют физическим элементам прибора. Элементы функциональной схемы программируемого цифрового вычислительного устройства реализованы программно и не имеют соответствия в физической структуре прибора.

Аппаратное устройство ввода информации содержит средства обработки 6 аналоговых входных сигналов и 11 дискретных (логических) входных сигналов с преобразованием их в цифровую двоичную форму, необходимую для ввода в цифровое вычислительной устройство.

Четыре аналоговых входных сигнала Х_А, Х_b, Х_С,, Х_d,гальванически изолируются друг от друга и от всех остальных цепей. Аналоговые входные сигналы Х_е, Х_h вводятся без гальванического разделения.

Все шесть аналоговых входных сигналов преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Цифровые эквиваленты аналоговых входных сигналов a, b, c, d, e, h вводятся в программируемое цифровое вычислительное устройство. Осуществляется также аналого-цифровое преобразование выходного аналогового сигнала У, что обеспечивает возможность его контроля и индикации на цифровом дисплее.

Дискретные выходные сигналы q_i, соответствующие разомкнутому или замкнутому состоянию контактов или безконтактных ключей, преобразуются в электрический двоичный сигнал (соответственно логический «0» - логическое «I»). Для одной пары дискретных входных сигналов обеспечивается гальваническая изоляция от всех остальных цепей (q+; q-).

Назначение дискретных входных сигналов см. п. 3.6.2.

В приборе формируется также внутренний дискретный сигнал q_p, зависящий от установленного режима управления для функций FO1, FO2, FO3, FO4, F11, F46, F48, F00 (в режиме автоматического управления q_p= 0, в режиме ручного управления q_p=1).

Аппаратное устройство вывода информации содержится в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий цифровой сигнал У в аналоговый выходной сигнал У, поступающий на аппаратные выходы У₁, У₂, источник опорного напряжения U_оп, семь выходных бесконтактных ключей (Z_В, Z_М, Z_Б1 и Z_М1, Z_В, Z_Н, Z_ОТК), встроенный источник напряжения постоянного пульсирующего тока (24 В), аппаратное средство переключения режима управления с автоматического (« ») на ручное (« ») и обратно, дистанционный переключатель режима управления и контактный дискретный выход Z, состояние которого определяется установленным режимом управления.

Приборы всех модификаций содержат аналоговый выход У₁ по напряжению 0 -10 В. Приборы ПРОТАР 102, ПРОТАР 112 дополнительно содержат аналоговый выход У₂ по току (по выбору 0-5 мА, либо 0(4)-20 мА).

Выходные ключи Z_М ; Z_Б и Z_М1 ; Z_Б1 используются для организации двух импульсных выходов по трехпроводной схеме. Первый из них (ключи Z_М, Z_Б) предназначен, в основном, для управления пусковым устройством исполнительного механизма при реализации ПИД-регулирования импульсного. Второй (ключи Z_М1, Z_Б1) управляется в режиме автоматического управления синхронно с первым и предназначен для организации динамической связи между контурами регулирования. В режиме ручного управления указанные ключи разомкнуты и не управляются. Дискретный входной сигнал q₀ осуществляет запрет действия прибора по выходам Z_М… Z_Б1 в режимах как ручного, так и автоматического управления. Аналогичный запрет осуществляется при подаче команды на одновременное замыкание ключей этих выходов.

Выходные ключи Z_Ь, Z_Н, управляемые программными компараторами и Z_ОТК управляемый программным блоком диагностики отказа, используется для организации дискретных выходов.

Встроенный пульт оператора состоит из двух независимых частей. Первая содержит цифровой восьмиразрядный (2 Ч 4) дисплей и 4 кнопочных замыкателя управления режимами работы дисплея, программирования прибора и настройки параметров («П.Н.», « », « », « »). С помощью цифрового дисплея осуществляется программирование, просмотр запрограммированной структуры, контроль и установка параметров настройки, задания, контроль входных аналоговых сигналов выходного аналогового сигнала, переменных, являющихся выходами или входами программных блоков, осуществляется диагностика отказов. Режимы работы цифрового дисплея и действие органов управления им приведены в приложении. Список переменных и параметров прибора приведен в пункте 3.17.

Вторая часть встроенного пульта оператора содержит 4 кнопочных замыкателя служащих для переключения режимов управления (« » - автоматическое; « » - ручное) и для ручного управления (« » - управление выхода Z_В; « » - управление выходом Z_М).

Указанные органы воздействуют непосредственно на устройство вывода информации и их работа не зависит от работы вычислительного устройства. Все они задублированы соответствующими дискретными выходными сигналами (q_ЛУ, q_РУ, q_, q ), что позволяет вести управление как со встроенного пульта оператора, так и с верхнего уровня управления.

На пульте оператора расположены также световые индикаторы прибора: установленного режима управления (« » - автоматическое; « » - ручное), и функционирования 4 выходных ключей « » - Z_М, « » - Z_б - в режиме « »; а также « » - Z_в, « » - Z_н.

Источник питания формирует напряжение постоянного тока для питания всех узлов прибора.

Источник резервного питания содержит две независимых батареи сухих элементов для питания цепей оперативного запоминающегося устройства при отключении основного питания, что обеспечивает сохранение запрограммированной потребителем информации.

Предусмотрена возможность подключения внешнего источника резервного питания.

Программируемое цифровое вычислительное устройство обеспечивает работу прибора в режиме одной из двух структур: жесткой и свободно программируемой. Включение одного из указанных режимов осуществляется дискретным входным сигналом q_s=1 (клеммы входа замкнуты) включается жесткая структура, не требующая программирования (см.п.4.5.). при этом вход в режим программирования не реализуется.

В режиме свободно программируемой структуры используется широкий набор функций Fi (см.п.2.3.2.), среди которых имеются как сложные однократно используемые алгоритмичные блоки (такие, как ПИД-регулирование, кусочно-линейное преобразование и т.д.), так и многократно используемые алгоритмичные блоки, осуществляющие алгебраические, нелинейные, динамические преобразования, логические функции.

Пользуясь указанными функциями, переменными, параметрами настройки и константами (см.п.3.17.), обозначения которых вызываются в процессе программирования на дисплей при данном шаге программы (см. приложение 2.1., режим 5 работы дисплея), потребитель в пределах отведенных на программирование 100 шагов набирает структуру, необходимую для реализации заданного алгоритма управления.

На рис. 10 показаны программные блоки, формируемые функцией F00. поскольку указанная функция является обязательной для любой программы, эти программные блоки являются частью любой запрограммированной структуры. Функционируют он и в составе жесткой структуры. Математическое описание указанных программных блоков см. п. 2.3.2.

Сумматоры дискретных входных сигналов q_б; q_м и q₊ ; q_- формируют сигналы, являющиеся цифровыми эквивалентами средних за период цикла t₀ величин разностей соответственно (q_б - q_м q₊ - q_-). Это дает возможность воспринимать по указанным входам широтно-модулированные дискретные сигналы.

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой интегратор с выходным сигналом У' и последовательно включенный трехпозиционный элемент, охваченные жесткой обратной связью. В режиме автоматического управления (q_р =0). ШИМ преобразует входной сигнал Еґ в последовательность импульсов, управляющих выходными ключами Z_В, Z_М, Z_Б1 и Z_М1. В режиме ручного управления (q_р =1) управление выходными ключами прекращается, а величина У' обнуляется.

ШИМ задействован в функциях F01, F03. Если указанные функции не применены, ШИМ может использоваться в свободно программируемой структуре как самостоятельный элемент.

Компаратор 1(2) сравнивает входной сигнал инвертируемый _-1 (L1) с инвертируемым _-2 (L2) и изменяет состояние своего выхода в зависимости от соотношения этих сигналов. (см. п. 2.3.2.). Если в структуре не задействована функция F05, то компараторы 1 и 2 управляют выходными ключами соответственно Z_B и Z_H. В случае использования F05 выходные ключи Z_B и Z_H от компараторов 1 и 2 отключаются, но компараторы продолжают воздействовать на программные ключи F44, F 45.

Компаратор 1 задействован в функциях F14; F15; F44, компаратор 2 - в функциях F15; F45. Если указанные функции не используются, компараторы могут быть применены как самостоятельные элементы.

Блок диагностики отказов суммируется по схеме «или» с установленным приоритетом сигнала внутренних отказов приборов, ошибок, допущенных при программировании и инициализации (см. п. 7.1.), а также программно формируемые самим потребителем в зависимости от требований системы управления конкретным объектом параметра отказа Г_О и входного сигнала Х₁ в функции F58. при отсутствии отказов прибора, ошибок программы и инициализации, при Г_О > 0, а Х₁> 0 (функция F58) выходной ключ Z_ОТК замкнут, прибор работает нормально. При наличии отказа, ошибки программы или инициализации, а также при Г_О < 0 ключ Z_ОТК размыкается, обнуляются импульсные выходы Z_В, Z_М, Z_Б1 и Z_М1, запоминается и остается неизменным аналоговый сигнал У. На цифровом дисплее периодически индицируется код отказа, содержащий символ Е, и двузначный шифр вида неисправности (см. описание F00 в пункте 2.3.2.). Для кодов Е.04 - Е.02 дополнительно прекращается управление компараторами и обнуляются дискретные выходы Z_В Z_Н. Для кода Е.02 (функция F58, Х₁ < 0) производится только размыкание ключа Z_ОТК и индикация кода.

Снятие отказа производится после устранение его причины кнопками пульта оператора (см. приложение 2.1.). Отказ Е.02 при Х₁> 0 (функция F58) снимается автоматически.

Размыкание ключа Z_ОТК и прекращение управления импульсными и дискретными выходами, аналоговым выходом и компараторами происходит также при переводе дисплея в режим настройки структуры (режим 5 «НС» - см. приложение 2.1.). При выходе из режима 5 «НС» автоматически замыкается ключ Z_ОТК и восстанавливается управление.

3.4 Функциональная схема приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112

Функциональная схема приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 представлена на рисунке 11 приложения 2. Схемы в основном совпадают с функциональной схемой приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102, описанных выше. Ниже приведены отличия указанных схем.

Главное отличие заключается в том, что приборы ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 не содержат встроенного пульта оператора. Вместо него к прибору с помощью штепсельного разъема может быть подключен выносной пульт оператора ПО-01. Органы управления и контроля выносного пульта и их назначение соответствуют органам встроенного пульта приборов ПРОТАР 101, ПРОТАР 102. Светодиодные индикаторы функционирования выходов Z_Б, Z_М, Z_В и Z_М расположены непосредственно на лицевой панели прибора.

Аппаратное устройство ввода информации отличается тем, что вместо входных дискретных сигналов q_PS и q_РУ воспринимается дискретный сигнал q_ВН, несущий информацию о режиме управления для F01 - F04, F11, F46, F48, установленном некоторым внешним переключателем управления. При этом на передней панели прибора имеются светодиодные индикаторы « » (автоматическое управление), « » (внешнее ручное управление, которое для F01, F03 осуществляется сигналами q, q ). При подключении выносного пульта ПО-01 внешнее управление с помощью входных сигналов q_ВН, q, q отключается (за исключением воздействия на индикаторы « », « ») и все функции управления передаются пульту.

Аппаратное устройство вывода информации не содержит дистанционного переключателя и контактного дискретного выхода, связанного с установленным режимом управления. Вместо этих элементов оно дополнительно содержит светодиодный индикатор отказа (установлен на лицевой панели, светится при отказах прибора, а также при переводе дисплея в режим 5(«НС»)), и два реле с одним перекидным контактом каждое. Обмотки реле могут подключаться через внутренний источник 24 В к любому из выходов Z_М, Z_Б, Z_В и Z_Н, Z_Б1, Z_М1 Z_ОТК, а их контакты использоваться как дискретные выходные сигналы Z₁, Z₂.

В остальном функциональная схема приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 и ПРОТАР 101, ПРОТАР 102 идентичны.

3.5 Функциональная схема жесткой структуры

В приборах всех модификаций предусмотрена возможность реализации алгоритма управления жесткой структуры, не требующей применения процедуры программирования. Переключение прибора на работу по алгоритму жестокой структуры осуществляется дискретным входным сигналом q_s. При q_s=0 (клемма 49 прибора соединена с клеммой 21 перемычкой или через замкнутый ключ) реализуется жесткая структура.

Алгоритмы жесткой структуры предусматривает статическую и динамическую обработку 5 аналоговых входных сигналов для формирования эквивалентного регулируемого параметра: введение задания как с пульта оператора, так и с верхнего уровня системы управления с помощью дискретных входных сигналов; реализацию одного из законов регулирования: ПИД, ПИ, ПД, П (как импульсного, так и аналогового), трехпозиционного, двух позиционного; сигнализацию предельных рассогласований верхнего и нижнего уровня; введение статической и динамической балансировки; преобразование диапазона изменения шестого аналогового входного сигнала; формирование по заданному алгоритму сигнала аварийной сигнализации отказа Е.01.

Функциональная схема жесткой структуры приведена на рисунке 12 приложения 2. Входные аналоговые сигналы Хa, Хb, Хc умножаются на масштабные коэффициенты соответственно С1, С2, С3, фильтруются с постоянными времени t1, t2, t3 и помещаются в регистры переменных П16, П17, П18. Сигнал Х_с дополнительно стробируется дискретным входным сигналом q_с (при q_с=1 значение переменной П18 запоминается и не регистрирует на изменение сигнала Х_с).

Входной аналоговый сигнал Х_d дифференцируется с постоянной времени t4, умножается на масштабный коэффициент С4 и помещается в регистр переменной П19.

Сформированные вышеуказанным образом переменные П16…П19 суммируются друг с другом и со входным аналоговым сигналом Х_с, умноженным на масштабный коэффициент с5. полученная сумма помещается в регистр эквивалентного регулируемого параметра Р, который затем фильтруется с постоянной времени t_0.

Узел формирования задания включает оперативное задание, которое может устанавливаться с помощью пульта оператора в пределах от - до +, и исходное задание Р_0, которое может устанавливаться как с помощью пульта оператора, так и помощью дискретных входных сигналов q+; q-, поступающих с верхнего уровня системы управления. Последние воздействуют на интегратор//, включенный как интегратор задания, изменяя его выходной сигнал соответственно в сторону увеличения или уменьшения. Скорость изменения выходного сигнала интегратора задается переменной П07, а пределы изменения - переменными П08, П09. сигнал задания У₀ вычитается из отфильтрованного сигнала эквивалентного параметра Р, образуя сигнал рассогласования.

Сигнал рассогласования Е подается на вход программного блока формирования закона регулирования ЦДД ', включающего узел статической и динамической балансировки. Выход блока ПДД ' поступает через программный блок широтно-импульсного модулятора ШИМ на импульсные выходы Z_М, Z_Б, Z_Б1, Z_М1, а также через интегратор / и цифрово-аналоговый преобразователь - на аналоговый выход У. Таким образом, одновременно реализуется ПИД закон регулирования с импульсным выходом (совместно с интегрирующим исполнительным механизмом) и с аналоговым выходом, давая потребителю возможность использовать по своему усмотрению любой из этих алгоритмов.

В режиме ручного управления вход интегратора / отключается от блока ПДД ' и подключается к дискретным входным сигналам q_б, q_м, под воздействием которых выходной сигнал интегратора может изменяться с постоянной скоростью I % / с в ту или иную сторону, обеспечивая ручное управление по аналоговому выходу.

Помимо этого, рассогласованного Е подается на программные компараторы 1 и 2 с регулируемыми порогами срабатывания, которые управляют дискретными выходами Z_в, Z_н, реализуя сигнализацию предельных рассогласований верхнего и нижнего уровней, либо трехпозиционное (двухпозиционное) регулирование.

Входной аналоговый сигнал Х_h через блок преобразования диапазона подается в регистр переменной U, который может использоваться для цифровой индикации (например, положения регулирующего органа). Нижний и верхний пределы диапазона изменения Х_h помещаются в регистры переменных U₁, U_2.

Блок формирования сигнала аварийной сигнализации отказа Е.01 содержит интегратор с постоянной времени, равной времени цикла t₀, и блок диагностики отказа, управляющий дискретным выходом Z_отк.

В режиме автоматического управления интегратор под воздействием дискретных входных сигналов q_b, q_m линейно изменяет свой выходной сигнал в ту или иную сторону, а при q_b=q_m=0 сбрасывает его до нуля. Выходной сигнал интегратора помещается в регистр переменной П01, модуль которой подается на вход блока диагностики отказа. Переменная П00 подается на второй вход указанного блока, задавая порог сбрасывания аварийной сигнализации. При значении переменной П02=0,320 регистр переменной П01 фиксирует реальное время действия сигнала q_b (q_m) в секундах, а при П02 =0,000 воздействие этих сигналов на П01 отсутствует.

Если выходы q_b, q_m объединить с выходами соответственно Z_Б1, Z_М1, то на выход блока диагностики отказа будет поступать информация о длительности включения импульсного выхода в режиме автоматического управления. Если указанная длительность превысит допустимую для данного контура регулирования величину, то сбрасывается дискретный сигнал на выходе «отказ» (ключ Z_отк размыкается), а на цифровом дисплее прибора периодически высвечивается код программируемого отказа Е.01.

Для отключения блока диагностики отказа следует установить П02 =0,000; П00 = 655,3.

Назначение и диапазоны изменения переменных и параметров настройки в жесткой структуре приведены в п.3.17.

Если какой-либо из входных сигналов Х_а…Х_с должен входить в эквивалентный параметр Р со знаком минус, то соответствующий масштабный коэффициент устанавливается отрицательным.

Для исключения апериодического преобразования (фильтрации) по любому из каналов соответствующая постоянная времени устанавливается равной 0,000. Для исключения дифференцирования по входу Х_d постоянная времени t₄ устанавливается равной 9999. при указанных значениях постоянных времени апериодические и дифференцирующие звенья превращаются в усилительные (безинерционные) звенья.

Для реализации ПИ, ПД, П законов регулирования отключаются соответственно дифференциальная (путем установки С_d =0,000 или t_d = 0,000), интегральная (путем установки t₁ = 9999) или обе указанные составляющие закона регулирования.

Математическое описание алгоритмов, реализуемых в жесткой структуре в п. 2.3.2.: регулирование ПИД импульсное - F01; то же аналоговое - F02; интегратор I - F11; интегратор задания - F10; сигналы q₁ ; q₁₁ - F00.

4. Подготовка к работе, настройка параметров и включение в работу

4.1 Инициализация прибора

Инициализация прибора заключается во введении в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) минимально необходимого для работы процессора количества данных (некоторой программы функционирования и значений некоторых переменных).

Прибор с исправными сухими элементами модуля резервного питания, бывший ранее в работе, как правило, не нуждается в инициализации, так как при наладке или эксплуатации в приборе набирается некоторая программа и устанавливаются значения переменных. Однако, если обе батареи сухих элементов изымались из модуля резервного питания, необходимо произвести инициализацию в порядке, приведенном ниже.

Целесообразно также убедиться в исправности сухих элементов, измерив напряжение батареи. Измерения следует производить вольтметром с внутренним сопротивлением > 10 кОм. Допускается инициализация и дальнейшая эксплуатация прибора с внешним источником резервного питания напряжением (3 - 4,5) В.

Подключить прибор в соответствии с выбранной схемой подключения, за исключением выходных цепей, которые должны быть отключены. Независимо от того, в какой структуре используется прибор (жесткой или программируемой) установить q_s = 0 (то есть перемычка на кл. 49 должна отсутствовать). Включить напряжение питания.

Установка режимов работы цифрового дисплея, вызов переменных для индикации на цифровом дисплее, настройка параметров (настраиваемых переменных), просмотр и набор структуры (программы) производится органами « », «П.Н.», « », « » пульта оператора, встроенного в прибор (ПРОТАР 101, ПРОТАР 102) или выносного (ПРОТАР 111, ПРОТАР112).

Перевести прибор в режим ручного управления. Поскольку регистры ОЗУ инициализированного прибора хранят произвольную информацию, программный блок диагностики отказов может выдать сигнал отказа. Последний заключается в том, что нормальный режим работы дисплея переодически перебивается высвечиванием кода отказа, состоящего из символа Е, и двузначного кода вида неисправности (см. п. 2.3.2., функцию F00). При этом размыкается выходной ключ Z_ОТК, а у приборов ПРОТАР 111, ПРОТАР 112 начинает также высвечиваться индикатор отказа на лицевой панели.

Не обращая внимания на периодическое высвечивание кода отказа, органами управления дисплеем установить режим I (режим гашения), затем режим 5 и набрать программу, состоящую из одного шага: О О FОО

Перевести дисплей в режим 3 и установить для всех перечисленных в п. 3.17, кроме входных и выходных сигналов, любые значения из диапазона их изменения, а для параметра Г_О - обязательно положительное значение (Г_О > 0). Если какие-либо из переменных будут в дальнейшем использоваться в структуре прибора, целесообразно установить их значения, близкие к требуемым.

Если прибор будет использоваться в жесткой структуре, необходимо установить ПО1 = ПО2 = О,ООО.

Вернуть режим I и сбросить сигнализацию отказа (если она функционирует). Для этого одновременно нажать три кнопки: сначала « », « », затем (не отпуская их) - «П.Н.». Подтверждением сброса сигнализации отказа является высвечивание во всех разрядах дисплея при нажатых вышеупомянутых кнопках символа «__», одновременно замыкается ключ Z_ОТК, а у приборов ПРОТАР 110, ПРОТАР 112 также гаснет индикатор отказа на лицевой панели.

4.2 Набор и отладка программы

Если прибор будет использоваться в режиме свободно программируемой структуры, после инициализации следует набрать программу функционирования прибора. Если необходимо установить режим жесткой структуры. То соединяется перемычкой клемма 49 с клеммой 21.

Отладку программы рекомендуется производить по отдельным функциональным блокам, вводя их в прибор поочередно, начиная с первого. После введения очередного блока для его отладки временно записывается последним шагом команда F00. После отладки блока при вводе следующего фрагмента программы эта команда замещается первой командой нового блока и т. д.

После набора программы каждого блока следует проконтролировать набранную программу в режиме 5 («ПС»). Затем устанавливаются нужные значения переменных и проверяется правильность функционирования блока путем подачи входных сигналов и контроля выходных и промежуточных сигналов.

По окончании набора всей программы контролируется правильность функционирования прибора в целом.

4.3 Статическая и динамическая настройка

В зависимости от выбранной структуры основными параметрами статической и динамической настройки могут быть различные переменные и параметры прибора. При применении прибора в качестве регулятора с формированием сигнала рассогласования основными параметрами настройки прибора являются: коэффициент пропорциональности С₁, постоянные времени интегрирования и дифференцирования, коэффициент дифференцирования Сd для формирования ПИ, ПИД законов регулирования, а также масштабные коэффициенты, постоянные времени интегратора, дифференциаторов и апериодических звеньев ti ; другие переменные при формировании сигнала рассогласования, зона нечувствительности. Выбор оптимальных значений этих параметров определяется динамическими характеристиками регулируемого объекта и технологическими требованиями к характеру переходных процессов. Расчет оптимальных настроек производится по одной из общепринятых методик (см., например, В. Н. Ротач «Расчет настройки систем автоматического регулирования», Е. П. Стефани «Основы расчета настройки регуляторов»). Полученные величины оптимальных настроек установить в приборе в режим 3 («Н»). Вечина зоны чувствительности устанавливается, исходя из допустимой величины отклонения регулируемой величины Е_ДОП в установившемся режиме и допустимой частоты срабатываний исполнительного механизма. Обычно выбирают = ¹/₂ Е_ДОП.

В зависимости от уровня пульсаций регулируемых параметров установить необходимую величину постоянной времени фильтра t₀ и, если они запрограммированы в структуре, постоянные времени фильтров t_i в каждом из выходных каналов.

В зависимости от выбранного типа балансировки, а для динамической балансировки и от динамических характеристик регулируемого объекта, установить постоянную компенсацию t_c прибора.

Если по техническим требованиям полный диапазон изменения аналогового выходного сигнала недопустим, установить нужный диапазон соответствующими параметрами (например, У_, У-- для регулятора с аналоговым выходом).

Имеющиеся в программном обеспечении прибора функции

F03, F04 (см.п.2.3.2.) позволяют автоматизировать процесс оптимальной динамической настройки путем возбуждения автоколебаний при подключении в контур регулирования двухпозиционного релейного элемента и фазосдвигающего фильтра в виде апериодического звена. Этот метод настройки подробно описан и обоснован в книге «Автоматизация настройки систем управления», под ред. В.Я. Ротача, Энергоатомиздат, М.,1984 г. ниже кратко изложена практическая процедура автоматизированной настройки параметров при использовании функций F03, F04.

Метод целесообразно использовать в контурах регулирования, не связанных с другими контурами, при относительно низких уровнях шумов. Настройку необходимо производить в линейной области работы дополнительного изменения и регулирующего органа.

Включить прибор в систему регулирования в режиме стабилизации параметра при неизменном задании. Перевести прибор в режим ручного управления и установить: С7<0; Сd=td=d=0. исходя из предварительной информации об объекте регулирования и опыта эксплуатации аналогичных систем, установить ориентировочные исходные значения коэффициента передачи С₁ и постоянной интегрирования Е₁. При отсутствии данных можно рекомендовать значения С₁=1,000, Е₁=84,00с.

установить значение С7 =0,379. величину выходного сигнала релейного элемента U1, определяющую амплитуду автоколебаний в системе, установить, исходя из допустимых значений Е_доп этой амплитуды: U1= Е_доп / (1,5-2) (обычно /// ? (2-5)%).

Перевести прибор в режим автоматического управления. После этого в системе должны установиться автоколебания, которые можно наблюдать по изменению во времени переменной Е (рассогласования) на цифровом дисплее. Если в распоряжении наладчика имеется самописец, его можно подключить к аналоговому выходу У₁ или У₂, выведя на последний рассогласование Е (например, с помощью следующих команд в программе: F40; K; F27; C3; F25; П10; F41; У., где П10 ? 50% - смещение, позволяющее наблюдать двухполярный сигнал Е на однополярном выходе У₁ (У₂); с3 -масштабный коэффициент).

Если автоколебания расходящиеся (амплитуда постепенно увеличивается, превышая уровень 2U), величину С₁ следует уменьшать, а величину t₁ увеличивать. Кратность каждого изменения параметров 1,5-2. если амплитуда автоколебаний меньше, чем величина 1/3 III, то С₁ необходимо соответственно увеличивать, а t₁ уменьшать.

Через 1-2 периода после установления устойчивых автоколебаний Тп в секундах как промежуток времени между двумя соседними моментами перехода параметра Е через нуль при одинаковом направлении изменения Е (например, в обоих случаях из «минуса» в «плюс»).

Проверить выполнение условия:

Тп / _1уст = 3,7 + 0,5

Где _1уст - ранее установленная величина постоянной интегрирования.

Если услови выполняется, установленную величину, t₁ можно считать оптимальной. В противном случае необходимо вычислить и установить в приборе новое значение t₁:

t₁ = Тп / 3,7

после установки нового значения t₁ вновь добиться установления устойчивых автоколебаний и определить амплитуду автоколебаний как среднее арифметическое полуразностей между соседними максимумами и минимумами переменной Е на протяжении двух периодов:

Ак = ј (max Ei - min Ei)

Проверить выполнение условия:

Ак/ш = о,92 + 0,1

Если условие (7.4) выполняется, то установленную величину коэффициента передачи С₁ можно считать оптимальной. В противном случае необходимо вычислить и установить в приборе новое значение С₁:

С₁ = 0,92 * С_1уст * U₁/ Ак,

где С_1уст - ранее установленная величина коэффициента пропорциональности.

Повторить пп.5.3.5.3, 5.3.5.4, проверяя выполнение условий (7.1), (7.4). В случае их выполнения процесс настройки заканчивается. В противном случае вычислить по формулам (7.2), (7.5.) и установить в приборе новые значения t_1, С_1, после чего пп. 5.3.5.3, 5.3.5.4 повторяются вновь с проверкой выполнения условий (7,1), (7,4). В некоторых случаях может понадобиться несколько приближений.

Для ПИ - регулятора полученные значения Е_1, С₁ являются оптимальными.

Для ПИД - регулятора оптимальные значения настроек вычисляются по формулам:

t_1ПИД = t_1ПИ /1,5;

С_1ПИД = 1,5 С_1ПИ

Где t_1ПИ, С_1ПИ - значения настроек, полученные в результате выполнения

Параметры С_d, t_d, определяющие дифференциальную составляющую Пид-алгоритма, рекомендуется определять по формулам:

С_d * t_d =(0,1 -0,25) t₁ ;

С_d = 5-8,

где t₁ - оптимальное значение постоянной интегрирования для ПИД-регулятора, определяемое выражением (7.6)

Конкретное значение коэффициентов в формулах (7.8), (7.9) целесообразно уточнить по виду переходных процессоров в замкнутой системе регулирования, исходя из требуемой степени затухания, времени переходного процесса и перерегулирования. Для некоторых объектов диапазон возможных значений указанных коэффициентов должен быть расширен.

По окончании процедуры настройки необходимо установить С7 < 0 и оптимальную величину зоны нечувствительности согласно п.5.3.1.

При подготовке к включению прибора в работу на действующем оборудовании рекомендуется выполнить ряд подготовительных и контрольных операций в следующей последовательности:

Убедиться, что в приборе записана программа, соответствующая выбранной структуре регулирования, и установлены нужные параметры настройки. Убедиться, что прибор переведен в ручной режим. В случае использования выходов У, Z _в, Z_н, Z,,U_оп, Z_отк с помощью соответствующих органов настройки других блоков иди путем отключения соответствующих цепей исключить влияние этих сигналов на схему регулирования. К приборам ПРОТАР111, ПРОТАР112 подключить выносной пульт оператора.

...