Разрешающая способность этого датчика равна 6 страница
• логический контроллер для замены релейно-контактной логики при управлении дискретными процессами;
• регулирующий контроллер для управления непрерывнымипроцессами;
• универсальныйконтроллер, выполняющий функции управляющего устройства как для дискретных, так и непрерывных процессов.
Первые два типа со временем объединились в третий, имеющийкак логические, так и аналоговые входы и выходы для управления дискретными и непрерывными процессами.
В общем случае современный программируемый (промышленный) контроллер (рис. 5.1) содержит модули ввода МВ и вывода МВыв сигналов, центральный процессор ЦП, оперативное ОЗУ и постоянное ПЗУ запоминающие устройства, а так же интерфейсные модули ИМ, позволяющие использовать контроллер для работы в сетевых управляющих структурах.
Рис. 5.1. Обобщенная структура программируемого контроллера
Работа внутренних устройств синхронизируется тактовым генератором. Программу управления записывают в ПЗУ с помощью программатора,в качестве которого можно применять либо персональныйкомпьютер со специальным программным обеспечением, либо специализированное устройство с дисплеем.
Программа сообщает процессору, какие операции, когда и с какими сигналами он должен выполнять. Команда управления процессором содержит код операции и адрес операнда. Код операции указывает, что надо делать. Адрес операнда показывает, с чем надо выполнить операцию. Например, логическая функция
реализуетсяв виде программы из четырех команд (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Команды программируемого контроллера
| Адрес | Команда | Комментарий | |
| код операции | адрес операнда | ||
| Загрузить | U2 | Переслать содержимое ячейки памяти с адресом U2 в аккумулятор А | |
| И | U3 | Выполнить операцию И с содержимым ячейки U3 и аккумулятора А; результат поместить в А | |
| ИЛИ | U1 | Выполнить операцию ИЛИ с содержимым ячейки U1 и А; результат поместить в А | |
| Поместить | У | Переслать содержимое А в ячейку с адресом У, где в итоге должно быть У |
В отличие от аппаратных устройств с параллельной обработкой входной информации контроллер опрашивает входы последовательно, а затем формирует на выходе команды управления объектом. Однако цикл последовательного опроса осуществляется во много раз быстрее изменений в объекте управления. Около половины стоимости контроллера приходится на устройства ввода и вывода. Один и тот же контроллер может применяться для тысяч разновидностей датчиков и исполнительных устройств. Для их подключения к контроллеру присоединяют разнообразные модули преобразования разных сигналов во внутренние сигналы контроллера.
В большинстве приложений число сигналов о состоянии объекта намного превышает число физических входов контроллера. Поэтому прибегают к поочередному подключению сигналов к одному входу контроллера с помощью мультиплексора.
Для увеличения числа команд на исполнительные устройства при ограниченном числе физических выходов контроллера прибегают к демультиплексированию – подключению разных исполнительных устройств к одному выходу контроллера.
По мере развития контроллеров их связывают высокоскоростными информационными линиями и объединяют в распределённую по объекту сеть управления. Особенностью такой сети является открытость – возможность подключения персональных компьютеров ПК, устройств распределенного ввода-вывода УВВ и программируемых контроллеров ПЛК в любом месте сети (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Открытая сеть программируемых контроллеров
Ввод алгоритма управления в выбранный контроллер сети осуществляют с помощью специального программного комплекса, позволяющего дистанционно выбирать и перепрограммировать контроллеры с персонального компьютера или программатора. С его помощью пользователь может создавать и согласовывать программы работы контроллеров, интегрировать распределенные устройства в сеть автоматизации, вести учет работы и диагностику оборудования.
При переходе от аппаратных к программным устройствам управления потребовалось описание алгоритмов управления объектами на языке, понятном как технологу, так и специалисту по автоматике. Стали создавать универсальные языки программирования, пригодные для описания, как для непрерывных, так и дискретных процессов. Появились компиляторы, переводящие программу с универсального языка на язык программируемого контроллера. В универсальный язык вводились «входы» и «выходы» контроллера и подпрограммы с типовыми алгоритмами управления. Однако само программирование оставалось сложным для технолога, знающего все особенности управления процессом, но не владеющего языками программирования.
В 1998 году Международная электротехническая комиссия МЭК ввела стандарт программирования управляющих систем IEC 61131-3, включающий пять языков: два вербальных, два графических и один комбинированный (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Языки программирования Международного
стандарта IЕС 61131-3
При программировании контроллера технолог выбирает удобный для себя язык стандарта IEC 61131-3 и записывает на нем алгоритм управления объектом автоматизации. Работа ускоряется, если использовать специальное программное обеспечение, например Concept 2.0.После выбора языка технолог строит и редактирует желаемый алгоритм управления, выбирая из библиотеки элементы и соединяя их линиями на экране. Он может вводить комментарии к работе алгоритма. Логические противоречия и другие ошибки выявляются встроенным редактором. Записанный алгоритм с помощью транслятора переводят наязык применяемого контроллера. В Concept 2.0 встроены имитаторы программируемых логических контроллеров, на которых могут отрабатываться алгоритмы управления. После отладки алгоритма на имитаторе программу записывают в реальный контроллер.
Соединение контроллеров в распределенную сеть управления, к которой присоединен персональный компьютер, позволяет реализовать дистанционное программирование любого удаленного контроллера.
Процесс дистанционного программирования на языке FBD состоит из этапов:
• Выбор функциональных блоков из встроенной библиотеки и их размещение на экране;
• Соединение входов и выходов блоков;
• конфигурация входов и выходов контроллера по условиям технологического процесса;
• Проверка программы на встроенном имитаторе контроллера;
• Корректировка алгоритма;
• Пересылка программы к выбранному контроллеру.
Распространенный инструментальный пакет UltraLogic предназначен для программирования логических контроллеров, обеспечивающих сбор данных и управление технологическими процессами. В нем используется стандартный язык функциональных блочных диаграмм (FBD). Пакет состоит из системы программирования на персональном компьютере и системы исполнения на программируемых контроллерах.
В UltraLogic входят: библиотека модулей ввода/вывода контроллеров, библиотека алгоритмов сбора данных и управления, средства выхода в сети Archnet, Ethernet, RS-485, отладчик-осциллограф. UltraLogic использует взаимодействие ведущих и ведомых устройств управления через сеть с протоколом RS-485 с числом узлов до 255 (рис. 5.4).
Устройства визуализации отображают управление исполнительными устройствами, осуществляемое с помощью контроллеров. Они присоединены к сети через преобразователь протоколов RS-485/232 и могут отображать текущие данные с любых устройств.
Создание программы осуществляется в семь этапов.
1. Заполнение таблиц переменных величин
Переменные делят на 4 вида:
• константа – устанавливается один раз;
• входная – привязана к входу контроллера;
• выходная – привязана к выходу контроллера;
• сетевая – передаётся другим контроллерам или на верхний уровень.
Рис. 5.4. Структура сетевого взаимодействия контроллеров
и средств визуализации данных
Через эти переменные выполняются команды: включить/выключить, принять сигнал датчика, передать информацию на верхний уровень и т.п.
2. Конфигурирование контроллера
Осуществляется подобно заполнению анкеты. В появляющихся окнах пользователь отмечает то, что ему требуется от контроллера: тип модуля, наличие локальной сети и сторожевого таймера, номенклатуру модулей ввода/вывода.
3. Привязка переменных к входам и выходам контроллера
Проектировщик присваивает имена переменных входам и выходам контроллера.
4. Разработка алгоритмов управления
С помощью графического редактора пользователь вызывает из библиотеки и соединяет между собой функциональные блоки на языкеFBD из IEC 61131-3. Предусмотрено отображение последовательности работы функциональных блоков в виде иерархического дерева.
5. Компиляция проекта
Кнопкой на панели инструментов запускают компилятор, который преобразует соединение функциональных блоков в объектный файл. Одновременно компилятор проверяет наличие ошибок в написанной программе.
6. Отладка программы
Система имитирует работу контроллера в пошаговом и непрерывном режимах. Режим используется для первоначальной отладки алгоритма или обучения без реального объекта. Объект заменяется его моделью в виде программы. Модель принимает сигналы управления и имитирует поведение объекта.
7. Загрузка программы в контроллер
Если контроллеры соединены в сеть, подключенную к компьютеру, то включается режим удалённой загрузки программ.
Далее рассматриваются устройство и принципы работы наиболее распространенных на российском рынке автоматизации микропроцессорных контроллеров.
5.2. Регулирующий микропроцессорный контроллер
Ремиконт Р-130
Контроллер предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логико-программное управление, автоматическое управление структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий. Контроллеры Р-130 могут быть объединены в кольцевую сеть «Транзит» на основе интерфейса ИРПС, а также могут работать с резервированием.
Контроллер Р-130 является проектно компонуемым изделием малой канальности (до 4 каналов) с базовым и переменным составом аппаратуры. Физическая структура Р-130 представлена на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Физическая структура контроллера Р-130
В состав контроллера входят конструктивно законченные следующие элементы:
∙Блок контроллера БК-1;
∙ Пульт настройки ПН-1;
∙Блок питания БП-1;
∙ Клеммно-блочные соединители КБС-0/1/2/3;
∙ Средства связи с объектом ССО, в состав которых входят блоки: БУТ-10 усилителей сигналов низкого уровня (термопар), БУС-10 усилителей сигналов резистивных датчиков (термосопротивлений), БУМ-10 усилителей мощности (4 сильноточных реле), БПР-10 (8 слаботочных реле) для управления резервом, защиты, сигнализации и т.п.
В базовую часть БК-1 входят модуль МКП оперативного контроля процесса и программирования, модуль процессора ПРЦ-10 и модуль МСН стабилизированного питания блока БК-1 и пульта ПН-1.
Переменная часть БК-1 имеет два посадочных места УСО-А и УСО-Б, в каждом из которых могут быть установлены по одному следующие модули ввода/вывода:
МАС-модуль аналоговых сигналов (на входе до 8 сигналов 0–2В, а на выходе до 2 сигналов 0–5 (20) мА);
МДА-модуль аналоговых и дискретных сигналов (на входе до 8 аналоговых сигналов 0–2В, на выходе до 4 дискретных или импульсных сигналов, представленных состоянием транзисторных ключей);
МСД-модули дискретных сигналов (5 модификаций МСД-1/2/3/4/5) с числом входов/выходов соответственно: 0/16, 4/12, 8/8, 12/4,16/0).
Изготовитель по заказу может поставить две модели контроллера БК-01 и/или БК-02: первая модель – регулирующая для решения в основном задач регулирования, вторая – логическая модель для решения задач логического управления. Каждая из моделей имеет 30 модификаций, отличающихся числом и типом модулей ввода/вывода.
Контроллер получает от датчиков Д входные и выдает исполнительным устройствам ИУ выходные сигналы различного типа и диапазона.
Входные сигналы:
∙Сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;
∙Сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;
∙Унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0–5, 0–20 мА; 0–10 В.
Дискретные сигналы:
∙логическая «1» напряжением от18 до 30 В;
∙логический «0» напряжением от 0 до 7 В.
Выходные сигналы:
∙Унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0–5, 0–20, 4–20 мА;
∙Дискретные сигналы
а) транзисторный выход:
- максимальное напряжение коммутации 40 В;
- максимальный ток нагрузки 0,3 А
б) сильноточный релейный выход:
- максимальное напряжение коммутации 220 В;
- максимальный ток нагрузки 2 А.
Технические характеристики контроллера:
∙Объем памяти: ПЗУ – 32 кбайт, ОЗУ – 8 кбайт, ППЗУ – 8 кбайт.
∙Текущее время (таймеры, программные задатчики и т.д.), постоянные времени и интервалы времени от 0 до 819 с/мин/ч.
∙ Время цикла – от 0,2 до 2 с;
∙Количество алгоблоков – 99;
∙ Количество алгоритмов в библиотеке – 76;
∙Время сохранения информации при отключении питания –10 лет.
По интерфейсному входу/выходу контроллеры Р-130 могут объединяться в локальную управляющую сеть «Транзит», которая с помощью блока ШЛЮЗА БШ-1 может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, с ЭВМ).
Параметры интерфейса (локальной сети «Транзит»):
∙ Топология сети – кольцо;
∙ Максимальное число контроллеров в сети – 15;
∙ Максимальное расстояние между соседними контроллерами сети и между ШЛЮЗОМ и ЭВМ–500м;
∙ Вид кабеля связи – витая пара;
∙ Вид интерфейса – ИРПС/RS232C;
∙ Скорость обмена 1,2; 2,4; 4,8; 9,6 кбит/с.
Виртуальная структура контроллера как управляющего устройства автоматической системы представлена на рис. 5.6.
Виртуальная структура содержит как элементы, выполненные аппаратным способом (модули ввода/вывода АЦП, ЦАП, аппаратура ИК и АОУН), так и элементы, реализуемые программно (библиотека алгоритмов, размещенных в ПЗУ контроллера, и алгоблоки, образующие область управления контроллера при его программировании).
Рис. 5.6. Виртуальная структура контроллера Р-130
Модули ввода/вывода обеспечивают прием и выдачу двух видов сигналов – аналоговых и дискретных. Выходные импульсные сигналы для управления исполнительными механизмами (ИМ) постоянной скорости формируются программно и поступают каждый из них на ИМ через два дискретных выхода.
Аппаратура АОУН включает в свой состав лицевую панель контроллера (блока БК-1) и пульт ПН-1, имеющие каждый набор клавиш, световые и цифровые индикаторы, с помощью которых оператор управляет технологическим процессом («ведет» процесс), осуществляет программирование и настройку контроллера.
Интерфейсный канал имеет приемопередатчики, преобразующие последовательный код в параллельный и обратно. Все сигналы передаются через интерфейс последовательно.
Алгоблоки в исходном состоянии отсутствуют, и никакие функции по обработке сигналов контроллером не выполняются. Алгоблок появляется в процессе программирования, когда в него помещается тот или иной алгоритм из библиотеки алгоритмов. В общем случае каждый алгоритм имеет входы, выходы и функциональное ядро. Входы алгоритма делятся на две группы (рис. 5.7): сигнальные и настроечные. На первые входы поступают сигналы для обработки, на вторые – сигналы для установки параметров настройки алгоритма. Так сигнал х, поступающий на сигнальный вход алгоритма интегрирования (см. рис. 5.7), интегрируется, а сигнал Т, поступающий на его настроечный вход с пульта ПН-1, определяет постоянную времени интегрирования.
Настроечные сигналы обозначают символом настраиваемого параметра.
Дискретные входные сигналы обозначают символом С, а дискретные выходные сигналы – символом D.
Все входы алгоритма, как сигнальные так и настроечные, имеют сквозную нумерацию (коды) от 01 до 99, а его выходы нумеруются от 01 до 25.
Рис. 5.7. Входы/выходы интегратора
В общем случае библиотечный алгоритм имеет три реквизита: а) библиотечный номер (от 01 до 99); б) модификатор m, определяющий дополнительные свойства алгоритма (например, число участков в программном задатчике, число однотипных операций, которые может выполнить данный алгоритм и т.п.); в) масштаб времени МВ для алгоритмов, работающих в реальном времени (при настройке контроллера на младший диапазон времени МВ индивидуально в каждом алгоблоке задает «секунды» (код 00) или «минуты» (код 01). Для старшего диапазона времени МВ задает «минуты» (код 00) или «часы» (код 01)).
В алгоблоки алгоритмы помещают согласно следующим правилам:
· Любой алгоритм можно поместить в любой алгоблок, кроме алгоритмов оперативного контроля ОКО, ОКЛ, которые размещаются в первые 01, 02, 03, 04 алгоблоки;
· Один и тот же алгоритм можно многократно использовать (помещать в разные алгоблоки), кроме алгоритмов ввода/вывода информации, которые используются только один раз для программного соединения модулей ввода/вывода с процессором контроллера (с функциональными алгоритмами).
Библиотека алгоритмов включает в себя 76 алгоритмов (функций), которые делятся на следующие группы:
0 – алгоритмы лицевой панели для организации оперативного контроля и управления процессом;
1 – алгоритмы ввода/ вывода для организации программируемых связей для входов/выходов контроллера;
2 – алгоритмы регулирования для формирования сигналов аналогового и/или импульсного регулирования;
3 – алгоритмы динамического преобразования сигналов (интегрирование, фильтрация и т.п.);
4 – алгоритмы статического преобразования сигналов (суммирование, масштабирование, извлечение корня квадратного и т.п.);
5 – алгоритмы аналого-дискретного преобразования сигналов (пороговый контроль, нуль-орган и т.п.);
6 – алгоритмы логических операций (и, или и др.);
7 – алгоритмы дискретного управления;
8 – алгоритмы группового непрерывно-дискретного управления;
9 – стандартные конфигурации (готовые структуры автоматических регуляторов аналогового и импульсного).
В качестве примера построения алгоритмов контроллера Р-130 рассмотрим структуру и свойства алгоритма РАН.20 аналогового регулирования (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Функциональная схема алгоритма РАН.20
Входы/выходы алгоритма имеют следующее назначение (табл. 5.2):
Таблица 5.2