Разработка системы автоматического контроля и регулирования температуры, давления и расхода воды на электрокотельной п. Осиновка

· ручная установка или автоподстройка любых коэффициентов в любых алгоритмах.

· безударное изменение режимов управления и безударное включение, отключение, переключение и реконфигурация контуров регулирования любой степени сложности.

· формирование нескольких (до 47) программ с возможностью оперативного выбора нужной программы и ее однократного, многократного или циклического выполнения.

· оперативное управление контурами регулирования с помощью 12 клавиш, 2 четырехразрядных цифровых индикаторов и набора светодиодов, позволяющих менять режимы, устанавливать задание, управлять исполнительными механизмами, контролировать сигналы, индицировать аварийные ситуации. При программном регулировании средства оперативного управления позволяют выбирать требуемую программу, пускать, останавливать и сбрасывать программу, переходить к следующему участку программы, а также контролировать ход выполнения программы.

· объединение до 15 котроллеров в локальную управляющую сеть “Транзит”, причем в эту сеть могут включаться другие модели котроллеров.

Логическая модель

В логической модели Ремиконта Р-130 предусмотрено:

· до 4 независимых логических программ шагового управления, каждая из которых может быть линейной (выполняющейся последовательно шаг за шагом ) или разветвленной с безусловными или условными переходами.

· до 89 этапов программы с возможностью реализации в каждом этапе до 20 шагов. При этом в каждом шаге задаются условия его выполнения, контрольное время, в течение которого анализируется условия и определяется поведение программы в случае, когда эти условия не выполняются.

· разнообразное (по заказу) сочетание аналоговых и дискретных входов-выходов (всего 30 модификаций).

· 76 зашитых в ПЗУ алгоритмов дискретной и непрерывной обработки информации, включая алгоритмы шагового управления логических, математических, динамических аналого-дискретных и нелинейных преобразователей.

· до 99 алгоритмических блоков (алгоблоков) со свободным их заполнением любыми алгоритмами из библиотеки и свободным конфигурированием между собой и с входными - выходными контроллера.

· ручная установка или автоподстройка любых коэффициентов в любых алгоритмах.

· оперативное управление контурами регулирования с помощью 12 клавиш, 2 четырехразрядных цифровых индикаторов и набора светодиодов, позволяющих менять режимы, устанавливать задание, управлять исполнительными механизмами, контролировать сигналы, индицировать аварийные ситуации. При программном регулировании средства оперативного управления позволяют выбирать требуемую программу, пускать, останавливать и сбрасывать программу, переходить к следующему участку программы, а также контролировать ход выполнения программы.

· объединение до 15 контроллеров в локальную управляющую сеть “Транзит”, причем в эту сеть могут включаться и другие модели котроллеров.

Непрерывно - дискретная модель

В непрерывно-дискретной модели предусмотрено:

· одна логическая программа шагового управления, включающая до 9 шагов. Программа может выполняться последовательно шаг за шагом, разветвляться или выполняться циклически.

· до 4 контуров регулирования с аналоговым выходом или до 8 контуров импульсного или позиционного регулирования.

· разнообразное (по заказу) сочетание аналоговых и дискретных входов-выходов (всего 30 модификаций).

· 76 зашитых в ПЗУ алгоритмов непрерывной и дискретной обработки информации, включая алгоритмы регулирования, шагового управления, логических, математических, динамических, аналогово-дискретных и нелинейных преобразований.

· до 99 алгоритмических блоков (алгоблоков) со свободным их заполнением любыми алгоритмами из библиотеки и свободным их конфигурированием между собой с входами-выходами котроллера.

· ручная установка и автоподстройка любых коэффициентов в любых алгоритмах.

· оперативное управление шаговой программой и контурами регулирования с помощью 12 клавиш, одного 4-х разрядного цифрового индикатора и набора светодиодов, позволяющих управлять состоянием программы, менять режимы контуров регулирования, изменять вручную сигналы задания и входные сигналы управления, а также контролировать большой набор аналоговых и дискретных (импульсных) сигналов.

· объединение до 15 котроллеров в локальную управляющую сеть “Транзит”, причем в эту сеть могут включаться и другие модели котроллеров.

В результате проведенного исследования для решения поставленной задачи контроля технологических параметров решено использовать логическую модели 25-ой модификации, контролирующую по 16 (максимально возможное количество) параметров, что в сумме дает необходимые 32. 25-я модификация логической модели имеет 8 аналоговых входов и 8 аналоговых выходов.

Для решения поставленной задачи регулирования решено использовать регулирующую модель котроллера Ремиконт Р-130 25-ой модификации, имеющую 8 аналоговых и 8 дискретных входов и 12 дискретных выходов.

Основные технические характеристики Ремиконта Р-130.

Входы-выходы
число и номенклатура входов-выходов - см.выше
аналоговые входные сигналы: унифицированные - 0-5 мА термопары по ГОСТ 3044-78 термометры сопротивления ТСП, ТСМ по ГОСТ 6651-78
аналоговые выходные сигналы: унифицированные - 0-5 мА
дискретные входные сигналы: сигнал логического 0 0-7 В сигнал логической 1 18-30 В входной ток (при U=24 В ) 9 мА
дискретные выходные сигналы: транзисторный выход: максимальное напряжение коммутации 40 В максимальный ток нагрузки каждого выхода 0.3 А вид нагрузки активная индуктивная защита от короткого замыкания в цепи нагрузки имеется сильноточный релейный выход: тип реле РПГ-8 действующее значение тока 220 В максимальный ток нагрузки каждого выхода 2 А
2.Общие функциональные параметры
-максимальное число алгоблоков 99
-число алгоритмов в библиотеке 76
-погрешность цифровой обработки информации: суммирование, вычитание 0 % умножение, деление 0,001 % извлечение квадратного корня 0,1 %
-время цикла 0,2-2,0 с
-объем памяти: ПЗУ 32 кбайт ОЗУ 8 кбайт ППЗУ 8 кбайт
3. Технические характеристики
-габаритные размеры блока контроллера 80*160*365 мм
-параметры питания: напряжение 24, 220, 240, В частота 50, 60 Гц потребляемая мощность не более 9 ВТ, 15 ВА
-время сохранения информации при отключении питания > 168 ч

Таким образом, принимая во внимание все выше сказанное, было принято решение использовать два контроллера Ремиконт Р-130 логической модели для организации системы контроля. Каждый контроллер логической модели 25-ой модификации имеет 8 аналоговых выходов, что в сумме позволяет контролировать требуемые 32 параметра технологического процесса.

Для организации системы регулирования решено использовать Ремиконт Р-130 дискретной модели 25-ой модификации, с формированием в нем трех аналогичных, но независимых алгоритмов регулирования для каждого в отдельности регулируемого параметра. Следует отметить, что максимальное число независимых контуров регулирования для данной модели равно четырем.

4.2 Выбор термопреобразователя

Термопреобразователи сопротивления медные.

Измерение температуры с помощью термопреобразователя основано на свойстве меди изменять свое сопротивление с изменением температуры. Измерительным узлом термопреобразователя является помещенный в защитную арматуру чувствительный элемент, представляющий собой бифилярную намотку из медной проволоки. Элемент включен в электрическую цепь преобразователя. Изменение сопротивления медного чувствительного элемента фиксируется вторичным прибором, имеющим шкалу, градуированную в градусах Цельсия.

Требуемым условиям эксплуатации отвечают характеристики медного преобразователя сопротивления типа ТСМ-0193.

Термопреобразователь сопротивления типа ТСМ-0193.

Предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, и имеет технические данные:

· длинна монтажной части 320 мм;

· пределы измерения температуры -50 . . .+ 180С;

· номинальная статическая характеристика 50 м, 100 м;

· показатель тепловой инерции не более 20 с;

· класс допуска В;

· защищенность от действия пыли и воды по ГОСТ 14254-80 IP 55;

· способ крепления штуцер М20*1.5;

· масса 0,5 . . .0,82 кг;

· материал защитной арматуры 12х18Н10Т 08х13.

Вместе с термопреобразователем сопротивления ТСМ - 0193 устанавливаем термометр технический ТТ и манометр показывающий МП 4У, которые предназначены для показания и сигнализации отклонения температур в технологических агрегатах, установленных в обыкновенных помещениях. Электроконтактное устройство приборов состоит из двух передвижных контактов, устанавливаемых на требуемые деления шкалы, и гибко связанного с измерительной системой термометра. Приборы монтируются на панели щита. Показывающие термометры предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -10 до + 60С и относительной влажности до 80 %.

4.3 Выбор преобразователя давления

теплоснабжение давление вода котел

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного, абсолютного, разрежения, разности давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовой выходной сигнал дистанционной передачи. Преобразователи разности давлений могут использованы для преобразования значения уровня жидкости, расхода жидкости или газа, а преобразователи гидростатического давления - для преобразования значений уровня жидкости в унифицированный токовый выходной сигнал.

Принцип действия преобразователя основан на использовании тензоэффекта в полупроводниковом материале. Измеряемый параметр поступает в камеру измерительного блока, где линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Электронное устройство преобразует это изменение сопротивления в выходной сигнал. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезистрами, прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Требуемыми характеристиками, отвечающими условиям эксплуатации, обладает преобразователь давления Сапфир 22М-ДИ (давления избыточного).

Назначение, устройство и работа преобразователя Сапфир 22М-ДИ

Преобразователь измерительный избыточного давления Сапфир 22М-ДИ (в дальнейшем преобразователь) предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значение измеряемого параметра - давления избыточного, абсолютного, гидростатического, разрежения - в унифицированный токовый сигнал дистанционной передачи.

Преобразователи разности давлений могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газа, а преобразователи гидростатического давления - для преобразования значений уровня жидкости в унифицируемый токовый выходной сигнал.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока.

Измеряемый параметр подает в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.

Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый сигнал.

Чувствительным элементом преобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Технические характеристики преобразователя Сапфир 22М-ДИ

· Нижний предел измерений 0 МПа

· Верхний предел измерений 1 МПа

· Предел допускаемой погрешности 0,5 %

Каждый преобразователь имеет регулировку диапазона измерений и может быть настроен на любой верхний предел измерений.

Электрическое питание преобразователь осуществляется от блоков БП- 36 (ТУ 25-02.720462-85). Допускается осуществлять питание преобразователей от источника питания постоянного тока напряжением в диапазоне от 15 до 40В, при этом пределы допускаемого напряжения питания зависят от нагрузочного сопротивления (сопротивление приборов и линии связи) и должны соответствовать границам рабочей зоны.

Источник питания, используемый для питания преобразователя в эксплуатационных условиях, должен удовлетворять следующим требованиям: сопротивление изоляции не менее 40 МОм, выдерживать испытательное напряжение при проверке электрической прочности изоляции 1,5 кВ, пульсация выходного напряжения не должна превышать 0,5 % от номинального значения выходного напряжения.

Изменение значения выходного сигнала преобразователей, вызванноне изменением нагрузочного сопротивления от 100 Ом до 1000 Ом, не превышает 0,25 % диапазона изменения выходного сигнала.

Преобразователи предназначены для измерения давления и перепада давления сред, по отношениям к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.

Наработка на отказ преобразователей не менее 67000ч. Полный срок службы преобразователей - 12 лет, кроме преобразователей эксплуатируемых в химически агрессивных средах.

4.4 Выбор преобразователя расхода воды

В зависимости от принципа действия наиболее часто применяемые в промышленности расходомеры и счетчики жидкости, газа, пара могут быть классифицированы следующим образом:

· Расходомеры переменного перепада давления. Принцип действия этой группы расходомеров основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или элементом трубопровода, от расхода вещества.

· Расходомеры переменного уровня. У этих приборов уровень жидкости в сосуде при свободном истечении ее через отверстие в дне или боковой стенке сосуда зависит от расхода.

· Расходомеры обтекания. У этих приборов перемещение тела, воспринимающего динамического давления обтекающего его потока, зависит от расхода вещества.

· Тахометрические расходомеры, принцип действия основан на зависимости скорости движения тела, установленного в трубопроводе, от расхода вещества.

· Электромагнитные расходомеры (принцип действия основан на зависимости результата взаимодействия движущихся жидкости с магнитным полем от расхода).

· Акустические расходомеры, создающие зависимый от расхода акустический эффект в потоке, к этой группе приборов относятся ультразвуковые расходомеры, использующие звуковые колебания частотой свыше 2*10 Гц.

· Вихревые расходомеры (принцип действия основан на зависимости частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования, от расхода).

Требуемыми характеристиками, отвечающими условиями эксплуатации обладает ультразвуковой расходомер UFM 001.

Назначение, устройство и работа ультразвукового расходомера UFM 001.

Ультразвуковые расходомеры отличаются быстродействием, помехоустойчивостью, высокой точностью, большим диапазоном измерения.

Ультразвуковой расходомер UFM 001 предназначен для измерения расхода воды и объема воды протекающей по напорным трубопроводам. В состав прибора входят: первичный преобразователь расхода (УПР) состоящий из 2-х пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП1, ПЭП2), а также вторичного преобразователя - электронного блока (ЭБ). Пьезоэлектрические преобразователи ПЭП1и ПЭП2 работают попеременно в режиме приемник-излучатель. Скорость распространения ультразвукового сигнала в воде, заполняющей трубопровод, представляет собой сумму скоростей ультразвука в неподвижной воде и скорости потока воды, скорость в проекции на рассматриваемое направление распространение ультразвука. Прибор имеет выходные “частотный” “токовый” сигналы, прибор отображает в цифровом виде на индикаторах:

1. в постоянном режиме - расход воды (м3/ч)

2. по запросу оператора - объем воды, время работы.

Прибор после отключения от сети сохраняет информацию.

Технические характеристики ультразвукового расходомера UFM 001-150.

1. Расход воды 800 м3/час

2. Объем воды 645 м3/час

3.Время работы в режиме непрерывное

4. Диаметр трубы 150 мм

5. Предел измерения от 0,1 до 1,0

Технические характеристики ультразвукового расходомера UFM 001-100.

1. Расход воды 250 м3/час

2. Объем воды 215 м3/час

3.Время работы в режиме непрерывное

4. Диаметр трубы 100 мм

5. Предел измерения от 0,1 до 1,0

4.5 Выбор исполнительного механизма

В качестве исполнительного механизмов для работы в системе автоматического регулирования был выбран электропривод типа А, обладающий требуемыми характеристиками, отвечающий существующими условиям эксплуатации.

Назначение исполнительного механизма электропривода типа А.

Электропривод типа А предназначен для дистанционного и местного управления трубопроводной арматурой (небольшими вентилями и задвижками).

При помощи электропривода производятся:

1. открывание и закрывание управляемой арматуры (нажатием пусковых кнопок или поворотом ключа управления),

2. автоматическая остановка электродвигателя при достижении запорным органом крайних положений “Открыто” или “Закрыто“,

3. автоматическое отключение электродвигателя при превышении крутящего момента,

4. световая сигнализация крайних положений запорного органа арматуры и указания положения запорного органа (с помощью местного указателя),

5. дистанционное указание положения запорного органа арматуры на пульте управления при наличии сельсина,

6. блокировка управления электропривода с электрическим управлением других механизмов и агрегатов,

7. ручное управление (при отсутствии электроэнергии) при помощи маховика.

Технические характеристики электродвигателя типа А

· Для крутящих моментов от 2,5 до 8 кГ м.

· Пределы регулировки числа оборотов приводного вала между крайними положениями от 20 до 40

· Скорость вращения приводного вала 12 оборотов в мин

при эл. управлении.

5. ВЫБРАННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ИХ РОЛЬ В СТРУКТУРЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ.

В результате проведенного анализа и основанного на нем выбора технических средств, необходимых для построения автоматической системы контроля и регулирования подачи тепла, были выбраны:

· микропроцессорный котроллер Ремиконт Р-130 (для реализации необходимы четыре контроллера логической модели и один регулирующей модели);

· термопреобразователи сопротивления типа ТСМ-0193 (необходимое кол - во - 6 шт.);

· преобразователи давления типа Сапфир 22М-ДИ (необходимое количество - 4 шт.);

· преобразователь расхода воды - ультразвуковой расходомер UFM 001 (необходимое количество - 6 шт);

· исполнительный механизм - электропривод типа А (необходимое количество - 4 шт.);

Функциональная схема проектируемой системы автоматического регулирования и контроля приведена в прил. 1. На ней схематично показаны основные информационные и управляющие связи всеми объектами разработанной системы.

5.1 Система контроля

Информация о текущих значениях технологических параметров снимается с контролируемых объектов при помощи термопреобразователей сопротивления типа ТСМ - 0193 и преобразователей давления типа Сапфир 22М-ДИ, а также при помощи ультразвукового расходомера UFM 001. Далее через комплектный к Ремиконту Р-130 блок усиления сигнала БУС информация о значении 16 -ти параметров поступает на выходов первого котроллера Ремиконт Р-130 логической модели 25 - модификации, а информация о значениях вторых -ти - на входов второй логической модели. Контроллеры установлены на щите управления в операторской (диспетчерской). С обоих этих котроллеров информация в цифровом виде может сниматься оператором (диспетчером) при помощи табло цифровой индикации, расположенного на передней панели каждого котроллера. Кроме того, логическая программа (идентична для обоих котроллеров) позволяет по желанию оператора выводить на цифровое табло котроллера значения установки индицируемого параметра и значение его отклонения от этого установленного оптимального значения. В соответствии с полученной таким образом информацией, оператор может изменять значения соответствующего параметра технологического процесса при помощи предусмотренных технологией средств воздействия на объекты производства.

5.2 Система регулирования

Информация о текущем значении трех регулируемых параметров снимается с объектов регулирования при помощи термопреобразователей сопротивления ТСМ- 0193. Через комплектный блок усиления сигнала БУС информация поступает на вход расположенного на щите управления контроллера Ремиконт Р- 130 регулируемой модели 25-ой модификации, который в соответствии с заложенной в него программой осуществляет регулирование параметров технологического процесса по ПИД- закону регулирования путем формирования на своем выходе сигналов управления исполнительным механизмами. Структура программы регулирования разбита на три идентичных алгоритма для каждого контура регулирования соответственно с различными в параметрах настройки отдельных алгоблоков. В программе предусмотрена возможность получения информации о текущем состоянии регулируемого объекта через табло цифровой индикации контроллера. Сигналы управления с Ремиконта Р-130 через блок усилителя мощности БУМ поступают на исполнительные механизмы - электродвигателя типа А, которые осуществляют требуемые воздействия на объекты регулирования. Предусмотрено и ручное управление исполнительным механизмами при помощи кнопочной станции ручного управления, расположенного вместе с контроллерами на щите управления в операторской (диспетчерской). Но система основное время работает без участия оператора. Вмешательство оператора возможно и необходимо лишь при необходимости изменения сигнала задания в системе регулирования и для осуществления процесса периодической автонастройки регулятора, для чего к контроллеру подключается пульт настройки и запускается программа автонастройки параметров регулирования (подробно см. пункт 5.3. “Программирование и настройка Ремиконта Р-130“).

6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Формирование импульсных сигналов на выходе импульсного регулятора выполняется программно и эти сигналы поступают на исполнительные механизмы через дискретные выходы контроллера. Аппаратура ввода преобразуют аналоговые и дискретные сигналы, поступающие на вход контроллера, в цифровую форму. Аппаратура вывода осуществляет обратное преобразование. Внешние цепи подключаются к контроллеру через два независимых канала А и Б. Можно использовать только цепи группы А, только цепи группы Б или цепи обеих групп. При алгоритме обработки сигналы групп А и Б могут замешиваться в один общий массив информации.

Все аналоговые и дискретные входы и выходы контроллера полностью универсальны в том смысле, что в исходном состоянии они не привязаны к каким либо функциям контроллера. Такая привязка осуществляется пользователем и реализуется в процессе программирования.

6.1 Алгоритм регулирования

Схема алгоритма регулирования, реализованная на регулирующей модели контроллера, приведена в приложении 1.

Процедура последовательного конфигурирования алгоблоков представлена в табличном виде на листе

Процедура последовательной настройки констант на отдельных алгоблоков представлена в табличном виде на листе

6.1.1 Описание алгоблоков, входящих в алгоритм регулирования

ЗДН- задание.

Применяется для формирования сигнала ручного задания в контуре регулирования. Используется в сочетании с алгоритмом ОКО. Алгоритм содержит узел ручного задания, узел динамической балансировки, переключатель вида задания и переключатель программ.

С помощью переключателя возможен выбор одного из трех видов задания: ручное, программное и внешнее. Для обеспечения возможности переключения вида задания при помощи клавиш лицевой панели выход Yздн подается на вход Хздн алгоритма ОКО. В режиме ручного задания сигнал задается вручную.

ОКО - оперативный контроль регулирования.

Алгоритм применяется в составе регулирующей модели контроллера. Алгоритм позволяет с помощью клавиш лицевой панели изменять режим управления, режим задания, управлять программным задатчиком, изменять выходной сигнал регулятора (в режиме ручного управления), изменять сигнал задания (в режиме ручного задатчика), а также контролировать сигналы задания и рассогласования, входной и выходной сигналы, параметры программы (при программном регулировании) и т. п.

Если задан обычный регулятор, алгоритм имеет 10 входов, выходов алгоритм не имеет.

Вход Хздн определяет сигнал, который является сигналом текущего задания и выводится на цифровой индикатор “задание”. Обычно этот вход подключается к основному выходу алгоритма ЗДН.

Вход Хвх определяет сигнал, который является входным сигналом (регулируемый параметром) и выводится на цифровой индикатор избирательного контроля в позиции “вх”. Обычно подключается к одному из выходов алгоритма ВАА или ВАБ.

Вход Хруч подключается к основному выходу алгоритма ручного управления РУЧ. Такое соединение обеспечивает изменение режимов управления с лицевой панели, а также ручное изменение выхода.

На вход Хвр (выход регулятора) подается сигнал, характеризующий управляющее воздействие. При наличии датчика положения использованного механизма это может быть сигнал на одном из аналоговых входов, к которому подключен датчик положения. Выходной сигнал контролируется в процентах.

Вход Хе определяет сигнал, который является сигналом рассогласования и выводится на цифровой индикатор избирательного контроля в позиции “ “. Подключается к выходу Y алгоритма регулирования РИМ.

Входы W0 и W100- настроечные. Задают технические единицы, в которых индицируются сигнал задания, входной сигнал и сигнал рассогласования (одни единицы для всех трех параметров). Вход W0 задает, соответствующее 0 % аналогового сигнала, а также W100 - значение, соответствующее 100 % сигнала. Текущее индицируемое значение определяется по формуле Wинд=W0+(W100-W0)/100*X.

Таким образом, с помощью алгоритма ОКО программируются (назначаются) функции и сигналы оперативного управления контуром управления. Алгоритм определяет, какие сигналы будут выведены на индикаторы лицевой панели и в каких технических единицах они будут индуцироваться.

РИМ- регулирование импульсное.

Алгоритм используется при построении ПИД - регулятора, работающего в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости. Применяется в комплекте с алгоритмом ИВА (ИВБ). Помимо формирования закона регулирования в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, этот сигнал фильтруется, вводится зона нечувствительности. Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора.

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев.

Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два входных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования на выходе этого звена (без учета фильтра) равен Х1-Км*Х2, где Км- масштабный коэффициент.

Фильтр нижних частот первого порядка имеет передаточную функцию

W(P)=1/(Тфр+1),

где Тф- постоянная времени фильтра.

Зона нечувствительности не пропускает на свой выход сигналы, значение которых находятся внутри установленного значения зоны.

В сочетании с интегрирующим исполнительным механизмом общая передаточная функция регулятора с алгоритмом РИМ имеет вид:

где Кп, Ти, Кд - соответственно коэффициент пропорциональности, постоянная времени интегрирования и коэффициент дифференцирования, равный Кд=Тд/Ти.

Алгоритм имеет два выхода. Выход Y - основной выход алгоритма, на выходе Yе формируется отфильтрованный сигнал рассогласования.

Алгоритм относится к группе следящих и имеет каскадный выход Y и один каскадный вход Х.

Алгоритм содержит узел настройки, состоящий из переключателя режима “работа - настройка”, нуль - орган и дополнительного фильтра с постоянной времени Тф1.

При дискретном сигнале на входе Снас=1 алгоритм переходит в режим настройки и в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания. Параметры этих автоколебаний (амплитуда и период), которые контролируются на выходе Yе, используются для определения параметров настройки регулятора (подробнее в описании алгоритма АНР).

АНР - автонастройка регулятора.

Алгоритм используется для автоматизации расчета динамической настройки регулятора и применяется с алгоритмом РИМ.

Функциональная схема алгоритма АНР содержит три узла: выделение сигнала рассогласования и текущих параметров настройки Кп и Ти; анализа параметров колебаний; расчета параметров настройки.

Вход Х алгоритма подключается к основному выходу Y алгоритма РИМ. Используя эту конфигурацию алгоритма АНР выделяет сигнал рассогласования и текущие значения параметров настройки Кп и Ти, установленные в алгоритме РИМ.

Выделенный сигнал N алгоритма задает максимальное число периодов колебаний, в течении которых выполняется анализ. Если алгоритм “сумеет” завершить анализ за число периодов, меньшее или равное N, анализ заканчивается и на дискретном выходе Dкон формируется сигнал Dкон=1 (пока анализ не закончен, Dкон=0). В противном случае анализ заканчивается, когда число периодов достигнет N+1. Результаты анализа параметров колебаний вместе с выделенными значениями текущих параметров настройки поступают на вход узла, рассчитывающего параметры настройки. На входе этого узла задаются также два настроечных коэффициента К2 и К3.

На основании этих данных узел расчета вычисляет новые (расчетные) значения Кп.р., Т и. Р. Тот факт, что эти новые значения близки к оптимуму фиксируется на дискретном выходе Dопт.

В состоянии сброса (Спс=0) значения Dопт=0, а также величины Кп., Р и Ти.р., равны значениям, рассчитанным на предыдущем цикле.

При настройке контура регулирования используются следующие предпосылки:

· настройка основана на анализе автоколебаний в контуре регулирования;

· для установки автоколебаний алгоритм РИМ переводится в режим настройки. При этом контур не должен быть отключен (не переведен на ручной режим) и при колебаниях в контуре не должны достигаться пороги ограничений;

· настройка выполняется для ПИ- регулирования, при этом определяются два параметра настройки - коэффициент пропорциональности Кп и постоянная интегрирования Ти. Если предполагается использовать ПИД - закон, то после определения Кп и Ти в алгоритме РИМ устанавливается коэффициент дифференцирования Кд = Тд /Ти у 0,1...0,3 , при этом значении Кп может быть увеличено на 20- 40 %;

· настройка выполняется итеративным способом: анализируются параметры колебаний для текущих параметров настройки, по ним определяются новые параметры, эти параметры устанавливаются в алгоритме РИМ, после чего определяются новые параметры настройки, и так до тех пор, пока новые значения параметров Кп и Ти будут близки к текущим значениям. Обычно требуется не более, чем 3-5 циклов итерации.

При настройке можно использовать одну из трех методик, предполагающих:

1. ручную оценку колебаний,

2. автоматический анализ колебаний,

3. автоматический расчет настроек.

Автоматический расчет настроек.

После пуска алгоритма анализирует амплитуду и период колебаний и, используя эти параметры, рассчитывает новые значения параметров настройки, которые формируются на выходах алгоритма Кп.р. и Ти.р. Эти параметры устанавливаются в алгоритме РИМ, после чего в алгоритме АНР подается новая команда пуска и весь процесс повторяется. Новые значения действительны, когда на выходе Dкон установится сигнал Dкон = 1.

Если новые значения Кп.р. и Т и. Р. Будут мало отличатся от предыдущих значений, на выходе алгоритма Dопт установится сигнал Dопт=1, что свидетельствует о достижении оптимальной настройки. В противном случае Dопт=0.

Выбор настроечных коэффициентов.

При настройке регулятора используются три настроечных коэффициента К1, К2, К3, зависящих от свойств объекта управления и заданной степени затухания переходного процесса. Обычно точное значение параметров объекта неизвестно, однако ориентировочно можно оценить отношение запаздывания к постоянной времени объекта (объект близок к звену 1-го порядка с запаздыванием или 2-го порядка с запаздыванием).

Для выбора настроечных коэффициентов используются специальные графики (“Автоматизация настройки систем управления” под редакцией В.Я.Ротач ).

Последовательность действий при настройке:

1. выбирается один из трех вариантов настройки;

2. если предполагается использовать автоматический расчет коэффициентов К2 и К3, а рассчитанные параметры настройки фиксируются на выходе Кп.р. и Ти.р. алгоритма АНР;

3. если исходные данные об объекте полностью отсутствуют, К1--К3 можно не определять, а пользоваться их исходными значениями, устанавливаемыми в алгоритме РИМ и АНР при первом включении контроллера.

ВАА - ввод аналоговой группы А.

Применяется для связи функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового входа (с АЦП). Для связи с аналоговыми входами групп А и Б используются соответственно алгоритмы ВАА и ВАБ. Каждый алгоритм обслуживает до 8 аналоговых входов. Помимо этого алгоритм позволяет корректировать диапазон входного аналогового сигнала в двух точках, соответствующих 0 и 100 % диапазона.

Алгоритм содержит несколько идентичных независимых каналов, число которых задается модификатором (от 0 до 8) . Каждый канал связан с соответствующим (по номеру) аналоговым входом контроллера. К входному сигналу добавляется сигнал смещения Хсм, полученная сумма умножается на коэффициент Км. Эти операции позволяют компенсировать смещение нуля и диапазона как АЦП, так и датчика, подключенного к контроллеру. Выходной сигнал канала равен Yi= (Xвх, i + X см, i) * Км, i . Если коррекции не требуется, устанавливается Хсм = 0, Км=1 и в этом случае Yi=Хвх, i.

РУЧ -- ручное управление.

Алгоритм предназначен для изменения режимов работы регулятора. С его помощью регулятор переключается в ручной или дистанционный режим работы. В ручном режиме выходной сигнал изменяется в ручную. Используется алгоритм в сочетании с алгоритмом ОКО.

Алгоритм содержит переключатель работы и узел ручного управления.

Если на лицевой панели контроллера нажимается клавиша ручного режима, к выходу алгоритма РУЧ подключается узел ручного управления. Если в алгоритме ОКО, связанном с данным алгоритмом РУЧ, задан импульсный регулятор, то узел ручного управления формирует константу, определяющую среднюю скорость перемещения исполнительного механизма.

Если на лицевой панели контроллера нажимается клавиша автоматического режима управления, узел ручного управления отключается и выход Y алгоритма РУЧ соединяется с его входом Х или входом Хдст. С входом Х выход Y соединяется в локальном или каскадном режиме, с входом Хдст - в дистанционном режиме.

Вход Х в принципе может подключатся к выходу любого алгоблока, но в типовом случае он подключается к алгоритму регулирования. Вход Хдст также может подключаться к выходу любого алгоритма. В частности, если он подключается к алгоритму цифрового ввода, то в дистанционном режиме команда управления исполнительным механизмом поступает через интерфейсный канал.

ИВА - импульсный вывод группы А.

Алгоритм применяется в тех случаях, когда контроллер должен управлять исполнительным механизмом постоянной скорости. Алгоритм преобразует сигнал, сформированный алгоритмом регулирования, в последовательность импульсов переменной скважности. Алгоритм выдает последовательность указанных импульсов на средства дискретного выхода контроллера.

Алгоритм содержит несколько (до 4) каналов связи с выходами контроллера, число которых задается модификатором.

Каждый алгоритм содержит широтно-импульсный модулятор (ШИМ), преобразующий сигнал Х в последовательность импульсов со скважностью Q, пропорционально входному сигналу: Q=[X]/100. При [X] > 100% скважность Q=1. Если Х >0, то - в цепи “меньше”. При Х=0 выходной сигнал равен нулю.

Параметр Т задает минимальную длительность выходных импульсов в диапазоне от 0,12 до 3,84 с.

Параметр N определяется, к какому контуру регулирования относится данный канал регулирования. Задание этого параметра требуется для того, чтобы синхронно с формированием выходных импульсов на лицевой панели контроллера зажигались индикаторы <, > (больше, меньше).

6.2 Описание работы алгоритма регулирования

Сигнал задания с алгоритма ЗДН поступает на вход алгоритма РИМ, на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика через алгоритм ВАА. Выходной сигнал алгоритма РИМ через алгоритм РУЧ поступает на вход алгоритма ИВА, который преобразует его в последовательность импульсов, управляющих исполнительным механизмом.

Алгоритм РИМ формирует ПИ-закон регулирования, который в сочетании с интегрирующими свойствами исполнительного механизма постоянной скорости дает ПИ - закон.

Основные параметры настройки устанавливаются в алгоритме РИМ с помощью алгоритма автонастройки АНР. Процедура автонастройки выполняется с помощью подключенного к контроллеру пульта настройки. Автонастройка заключается в автоматическом определении оптимальных параметров настройки регулятора. Для этого временно (на период автонастройки) алгоритм РИМ переводится в режим настройки (устанавливается коэффициент Снас=1) и к выходу Y алгоритма РИМ подключается алгоритм АНР. Следует лишь добавить, что, ввиду невозможности снять реальную кривую разгона регулируемого объекта, в таблице настройки констант в алгоритме АНР оставлены начальные значения коэффициентов К2=0,92 и К3=3,7, имеющиеся в алгоритме АНР при его первом включении. При реальным объектом коэффициенты К1, К2, К3 следует определять по приведенной методике.

С помощью алгоритма ОКО организуется оперативное управление. Функции, выполняемые при оперативном управлении, задаются путем конфигурирования входов алгоритма ОКО. Сигнал, поступающий на его вход “здн”, выводится на верхний цифровой индикатор “задание” лицевой панели контроллера. Для обеспечения возможности его изменения вручную вход “здн” алгоритма ОКО подключается к выходу алгоритма ЗДН. На нижний цифровой индикатор избирательного контроля в положении “вх”, “e”, “вр” поступают сигналы, поступающие на входы соответственно “вх”, “e”, “вр” алгоритма ОКО. Вход “вх” подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. Вход “е” связан с выходом Ye алгоритма РИМ, на котором формируется сигнал рассогласования. Для обеспечения возможности изменения режима управления и управления исполнительным механизмом вручную с помощью клавиш лицевой панели вход “руч” алгоритма ОКО подключается к выходу алгоритма РУЧ.

На двух настроечных входах W0 и W100 алгоритма ОКО задаются константы, определяющие технические единицы, в которых контролируются сигналы задания, входа и рассогласования. Константа на входе W0 определяет число, соответствующее 0% этих сигналов, а константа W100 - число, соответствующее 100% . Например при настройке термопары сопротивления на диапазон измерения регулируемого параметра от 95С до 115С следует установит W0=95C, W100%=115С.

Пульт настройки

Для технологического программирования, настройки и контроля Ремиконта Р-130 используется пульт настройки ПН-1. Он подключается к блоку котроллера БК-1 через разъем, размещенный на его лицевой панели. Пульт настройки содержит ламповые индикаторы и клавиатуру. Ламповые индикаторы сигнализируют о режиме работы выбранной процедуре ошибки. На цифровые индикаторы выводятся значения параметров. Клавиатура используется для изменения режима, процедур и параметров.

На задней стороне находится тумблер включения пульта. Шесть клавиш применяются для выбора режима, процедур, параметров, для изменения параметров, запуска тестов и т. д. Пульт настройки имеет разъем, к которому подключается напряжение, необходимое для записи программ в ППЗУ.

Технологическое программирование.

В режиме программирования задаются все программируемые параметры котроллера, определяющие его алгоритмическую структуру. Эти параметры в общем случае задаются “трехступенчатым методом “: в начале выбирается та или иная процедура, в ней выбирается нужная операция и в пределах этой операции устанавливаются требуемые параметры. В частном случае в процедуре может быть лишь одна операция, а в операции - один параметр.

В контролере имеется восемь процедур программирования:

· тестирование; выполняется тестирование памяти, интерфейса, сторожа цикла, клавиатуры, индикаторов.

· приборные параметры; производится обнуление, устанавливается комплектность, разрешение или запрет на изменение алгоритмической структуры, временной диапазон, время цикла; контролируемый ресурс ОЗУ и номер библиотеки алгоритмов, зашитых в ПЗУ.

· системные параметры; устанавливается логический номер контроллера в локальной сети и режим работы интерфейса.

· алгоритмы; алгоблоков заполняются алгоритмами с указанием модификаторов и масштаба времени.

· конфигурация; для входов алгоблоков - приемников определяются источники сигналов.

· параметры настройки; устанавливаются значения параметров настройки.

· начальные условия; устанавливаются начальные значения сигналов на выходах алгоблоков.

· работа с ППЗУ; выполняется запись в ППЗУ, восстановление информации из ППЗУ в ОЗУ, регенерация ППЗУ и ПЗУ.

Конфигурирование.

В процедуре конфигурирования определяются состояние каждого входа алгоблоков. Каждый вход любого алгоблока может находиться в одном из двух состояний: связанном и свободном.

Вход считается связанным, если он подключен к одному из выходов какого-либо алгоблока. В противном случае вход считается свободным.

На связанный вход сигнал поступает с того алгоблока, с которым данный вход связан, на свободном входе сигнал может устанавливаться оператором вручную, и в этом смысле сигнал на свободном входе выполняет роль параметра настройки. Все параметры настройки делятся на две группы: константы и коэффициенты.

Константы устанавливаются оператором только в режиме программирования и не могут изменяться (но могут контролироваться) в режиме работы. Коэффициенты могут устанавливаться как в режиме программирования, так и в режиме работы.

При конфигурировании определяется только состояние входов алгоблока - приемника, а для связанных входов задается также номер алгоблока - источника и номер его выхода. Конкретные значения параметров настройки на свободных входах устанавливаются в процедуре настройки. В исходном состоянии все входы алгоблоков являются свободными и на них заданы константы, начальные значения которых зависят от вида алгоритма.

При конфигурации связанных входов также определяются, поступает ли сигнал на данный вход прямо или инверсно, для непрерывных сигналов (аналоговых, числовых) инверсия означает изменение знака; инверсия дискретных сигналов означает замену состояния сигнала на противоположное (нуля на единицу и наоборот). Инвертирование свободных входов не изменяет на противоположное знак или состояние соответствующих параметров настройки.

Таким образом, в процедуре конфигурации устанавливаются следующие параметры:

· определяется состояние входов (связанное или свободное),

· для связанных входов назначается номер алгоблока- источника и номер его выхода, с которым должен быть связан данный вход,

· для свободных входов определяется, задается ли на них константа или коэффициент,

· для всех связанных входов определяется, поступает ли на них сигнал прямо или инверсно.

Настройка

В процедуре настройки устанавливаются значения параметров настройки - как констант, так и коэффициентов. Эта процедура выполняется лишь для тех входов алгоблока, которые в процедуре конфигурирования были определены как свободные.

Значение константы сохраняется при переходе в режим работы и в этом режиме изменено быть не может. Значение коэффициента тоже сохраняется при переходе в режим работы, но затем в этом режиме его можно изменять. Если параметры настройки не задаются, они принимают начальные значения, зависящие от вида алгоритма.

...