книги / Технические средства автоматизации химических производств

Рис. 6.2. Виртуальная структура ремиконта Р-100

Рис. 6.3. Функциональная схема алгоблока ремиконта Р-100

Таблица 6.1. Библиотека алгоритмов ремиконта Р-100

Назначение входов определено алгоритмом, который помещен в алгоблок; при этом часть входов может быть аналоговыми, а частьдискретными. Назначение выходов также определено алгоритмом, реализуемым ремиконтом.

Алгоритмическая часть ремиконта Р-100 образована библиотекой алгоритмов, набором связей (конфигурацией) и набором коэффици­ ентов.

Библиотека алгоритмов представляет собой набор из 25 програм­ мных модулей (табл. 6 .1), предназначенных для решения наиболее часто встречающихся задач автоматического регулирования ТОУ.

Система связей алгоблоков между собой и входами-выходами ремиконта образует конфигурацию контроллера. При конфигурирова­ нии контроллера для конкретной АСР оператор соединяет входы алгоблока с любыми нужными входами или выходами других алго­ ритмических блоков, а выходы данного алгоблока коммутирует с выходами или задатчиками других блоков. Таким образом, в процессе конфигурирования оператор объединяет алгоблоки во взаимосвя­ занные группы, образующие нужные законы регулирования. Конфи­ гурационные возможности ремиконта Р-100 позволяют создавать каналы регулирования, состоящие из разного числа алгоблоков,

142

включенных параллельно, последовательно или с применением смешанного соединения. Например, каждый канал регулирования может состоять из одного алгоблока, в который помещен ПИД-алго- ритм; один канал может состоять из 64 алгоблоков. Однако более типично использование в контроллере 8-16 каналов, каждый из которых содержит от 1 до 4 алгоблоков.

По дискретным командам указанные каналы можно безударно включать и отключать, переходить с одного из них на другой, запре­ щать изменение значений выходных сигналов в том или ином направ­ лении, изменять режимы их работы.

Для настройки алгоблоков и контроля за их работой используют панель оператора ПНО, которую подключают к контроллеру через разъем. При конфигурировании оператор устанавливает на ПНО номер алгоблока; выбирает из библиотеки требуемый алгоритм регулиро­ вания; устанавливает нужную конфигурацию, определяющую связи входов и выходов алгоблока, коэффициенты и значение сигнала задания ПНО; выбирает режим работы.

Вобщем случае каждый алгоблок может работать в одном из семи режимов: автоматическом (АВТ), каскадном (КАСК), супервизорном (УВМ), ручном (РУЧН), дистанционном (ДИСТ), запрета (ЗАПР), слеже­ ния (СЛЕЖ). В режимах АВТ, КАСК, УВМ (см. рис. 6.3) алгоритм вклю­ чен в действие и выполняет предписанную ему функцию, формируя аналоговый или дискретный сигнал на выходе алгоблока. При этом ключ Кпр коммутирует соответственно один из каналов АВТ, КАСК, УВМ, а ключ Кв отсоединяет орган ручного управления РУЧ. В осталь­ ных режимах алгоблок отключен, и связь между аналоговыми выхо­ дами алгоритма и алгоблока отсутствует.

Врежиме АВТ программный задатчик ЗДН подключен к ПНО, с

клавиатуры которой оператор изменяет сигнал значения. В режиме КАСК задатчик ЗДН отключен от ПНО и соединен с выходом другого ведущего алгоблока ВДЩ, если такая связь задана в процессе конфи­ гурирования контроллера. В режиме УВМ к задатчику подключен выходной сигнал УВМ, который изменяет величину задания.

В режиме РУЧН, устанавливаемом оператором с помощью клавиа­ туры ПНО, к аналоговому выходу алгоблока Кв подсоединяется программный узел РУЧ; при этом ключ К ^ коммутирует канал АВТ. Сигнал ручного управления задает оператор посредством клавиату­ ры ПНО.

Режим ДИСТ (рис. 6 .4 , о) устанавливают с помощью дискретной команды хд, подаваемой на один из входов алгоблока А. В этом режиме аналоговый выход у алгоблока подключен ко входу алгоблока.

Режим ЗАПР (рис. 6.4, б) также устанавливают дискретным сигналом х3, подаваемым на вход алгоблока А. В этом режиме выходной сигнал у фиксируют на некотором уровне или обращают в нуль, в зависимос­ ти от вида запрета.

Режим СЛЕЖ (рис. 6.4, в) предусмотрен только в алгоблоках, рабо-

143

Рис. 6.4. Схемы включения алгоблока в различных режимах управления: а — дистанционном; б —запрета; в — слежения

тающих в качестве ведущих в каскадных схемах. Ведущий алгоблок ВДЩ переходит в режим СЛЕЖ в том случае, когда ведомый алгоблок ВДМ выходит из режима КАСК. В режиме СЛЕЖ реализуют „обратный счет”: выходной сигнал ведущего алгоблока отслеживает сигнал задания ведомого алгоблока.

К числу распространенных алгоритмов относят алгоритм РАС (01)- регулирование аналоговое стандартное по ПИД-закону. Структурная схема алгоритма РАС (01) показана на рис. 6.5.

В алгоритме РАС (01) входные сигналы х \-х $ суммируются с неко­ торыми весами кх~ /с3 на сумматоре 2 ^, проходят через экспоненциаль­ ный фильтр с постоянной времени 7^ и объединяются на сумматоре 2 3 с переменной &4Х4 + &5Х5, получаемой на элементе К сумматору 23 подведено задание *здн« Получаемое в 23 рассогласование е вводят в

усилитель с зоной нечувствительности А, инвертированный выход которого используют для вычисления регулирующего воздействия у в соответствии с передаточной функцией ПИД-закона:

Ь'пидМ =М1 + 1/(7*5) + Тд5/(0,125.Тд5 + 1)].

На выходе ПИД-звена предусмотрен программный ограничитель с предельными значениями Н1 и Н2. При достижении сигналом уо гра­ ничного значения интегрирование в ПИД-звене прекращается, и выходной сигнал интегратора фиксируется на данном уровне.

Алгоритм РАС (01) содержит программный нуль-орган с границей НЗ и гистерезисом Н4, контролирующий сигнал рассогласования. Выход нуль-органа соединен с дискретными выходами алгоритма 2* и ^ . При

В отключенном состоянии, т. е. в любом из режимов ДИСТ, РУЧН* СЛЕЖ, с целью обеспечения безударности перехода с автоматического

144

Рис. 6.5. Функциональная схема алгоритма регулирования аналогового стандартного

режима управления на ручной и обратно вводится процедура, полу­ чившая название „балансировка алгоритма”, которая заключается в компенсации сигнала рассогласования. Предусмотрены два вида балансировкидинамическая и статическая.

Придинамической балансировке сигнал разбаланса компенсируют с помощью апериодического звена, имеющего постоянную времени Тк. В тех случаях, когда алгоритм отключен, на входе этого звена форми­ руется сигнал *9 = - е, который добавляют к е с помощью сумматора 1 4 . После включения алгоритма сигнал компенсации уменьшают до нуля с постоянной настраиваемой скоростью V ■ 100/Тк.

При статической балансировке разбаланс между сигналами дистанционного входа х$ и выхода у компенсируют с помощью задат­ чика алгоблока с постоянной времени Гм и выходом хю. В отключен­ ном состоянии алгоритма выход сумматора 2 5 автоматически отсле­ живает сумму входных сигналов х\ - х§, при этом рассогласование становится равным нулю. После включения алгоритма текущее зна­ чение сигнала на выходе сумматора 2 5 запоминается.

Настраиваемыми параметрами алгоритма РАС являются: масштабные коэффициенты &2 “ ^5 по входам Х2 - х$; уровни Н1, Н2 ограничения выходного сигнала по минимуму и по максимуму; порог срабатывания нуль-органа НЗ и зона гистерезиса Н4; коэффициент пропорциональ­ ности кп; постоянные времени интегрирования Ги, дифференцирова­ ния Гд и фильтрации Тф'>постоянные времени звеньев динамической балансировки алгоритма ТК и узла дистанционного управления Тм.

К о н с т р у к т и в н о е исп олнение р е м и к о н т а - 1 0 0 - при­ борное и шкафное. В приборном исполнении каждый ремиконт Р-100 является законченным изделием и представляет собой навесной блок габаритами 800x880x445 мм. В нем расположены блочный каркас с 23

145

посадочными местами для установки модулей, панель ]клеммных колодок, блок питания, блок вентиляторов, батарея сухих элементов и другие устройства. При шкафном исполнении конструктивно закон­ ченным изделием является шкаф габаритами 800x1954x72 мм, в котором размещают до четырех ремиконтов Р-100.

Ремиконты Р-110, 112, 120, 122. Эти контроллеры являются разви­ тием ремиконта Р-100 и идентичны ему по архитектуре, методам программирования и конструктивному оформлению [27, 28]. Однако они имеют ряд особенностей: возможность построения высоконадеж­ ных (отказоустойчивых) комплексов; дублирование ОЗУ, благодаря которому отпадает необходимость заново программировать контрол­ лер после замены отказавшего устройства памяти; наличие каналов цифровой последовательной связи со средствами верхнего уровня уп­ равления (интерфейс ИРПС). Кроме того, в этих контроллерах улучшен ряд технических характеристик: число алгоритмов в библиотеке увеличено до 45; увеличена нагрузочная способность ключей для дис­ кретных выходов; уменьшена потребляемая мощность и т.д.

Ремиконт Р-110 - одиночный контроллер, рассчитанный на большое (до 40 - 200) число входов-выходов. Контроллер расположен в одном блочном каркасе, содержащем 16 мест для установки проектно-ком- понуемых модулей.

Ремиконт Р-11 2 - дублированный контроллер, рассчитанный на большое (до 40 - 200) число входов-выходов. Он состоит по существу из двух связанных между собой контроллеров Р-110, один из которых находится в работе, а другой - в „горячем” резерве.

Ремикон Р-120 - одиночный контроллер на 15 - 90 входов-выходов. Он занимает половину блочного каркаса, в котором 6 мест отведено для проектно-компонуемых модулей. Вторую половину блочного каркаса занимает второй независимый контроллер Р-120.

Ремиконт Р-122 - дублированный контроллер на 15-90 входоввыходов. Он состоит из двух расположенных в одном каркасе конт­ роллеров Р-120, один из которых находится в работе, а второй - в „горячем” резерве.

Состав и число модулей, входящих в базовые и проектно-компонуе- мые комплектьг контроллеров, представлены в табл. 6 .2 .

Модуль управления и сигнализации МУС2 выполняет функции связи с оператором. Он содержит светодиоды, сигнализирующие о неисправности блока стабилизированного питания, об ошибках, связанных с выполнением программы или о неисправности резервной батареи. МУС2 имеет также два дискретных выхода „отказ” и „ошиб­ ка”, на которых формируется обобщенная информация о неисправнос­ тях аппаратуры или сбоях в программном обеспечении. Кроме того, МУС2 содержит один канал ИРПС, через который в дублированных комплектах Р-112 и Р-122 осуществляется переключение с основного комплекта на резервный.

Модуль интерфейсной связи МИС2 используют для обмена информа­ цией с верхним уровнем управления. Один МИС2 содержит 3 дейст­ вующих канала ИРПС.

146

Остальные модули, приведенные в табл. 6.2, имеют такое же функ­ циональное назначение, как соответствующие модули контроллера Р-100. Модуль гальванических разделителей РГ12 имеет 8 входных каналов.

Библиотека алгоритмов контроллеров Р-110, 112, 120, 122 включает те же разделы, что и библиотека Р-100, но каждый из них дополнен рядом новых алгоритмов. Например, в раздел „Алгоритмы аналого­ вого регулирования” включены алгоритмы ПИ-регулирования, в раздел „Логические алгоритмы” - алгоритмы „булева логика”, „два из трех”, „среднее из трех” и т. д.

Ремиконты Р-110, 112, 120, 122 имеют три конструктивных исполне­ ния - шкафное, приборное и каркасное. Шкафное и приборное испол­ нения аналогичны соответствующим исполнениям Р-100. При каркас­ ном исполнении ремиконт представляет собой блочный каркас, встра­ иваемый в шкаф потребителя.

Ремиконт Р-130. Этот контроллер относят к классу малоканальных средств . автоматизации широкого профиля [29]. Основу Р-130 состав­ ляют компактные микропроцессорные контроллеры, рассчитанные на щитовой и навесной монтаж. Контроллеры имеют до 28 аналоговых и дискретных входов-выходов и оснащены интерфейсным каналом цифровой последовательной связи. На лицевой панели контроллеров раположены органы оперативного управления, с помощью которых реализуют большое число оперативных команд по изменению режи­ мов, запуску программ, контролю сигналов и т. п.

Ремиконт-130 реализует функции одноконтурного, каскадного, программного, супервизорного и многосвязного регулирования, а

1 4 7

также логико-программного управления с последовательным дейст­ вием команд и с использованием функций булевой алгебры, таймеров, счетчиков и т. п.

Ремиконты Р-130 применяют в распределенных АСУТП, использую­ щих локальные кольцевые сети с интерфейсом ИРПС. Подсоединение к кольцевой магистрали контроллеров других типов и микроЭВМ осуществляют с помощью специализированных шлюзов.

Серийно выпускают три модели контроллеров Р-130: регулирующую, логическую и непрерывно-дискретную, причем каждая из них имеет до 30 модификаций, отличающихся различными сочетаниями аналого­ вых и дискретных входоввыходов.

Регулирующая модель к о н т р о л л е р а Р-130 позволяет реализовать до четырех схем регулирования, каждая из которых может быть одноконтурной или каскадной с ручным, программным или внешним заданием, с аналоговыми или импульсными выходами. Модель содержит 99 алгоблоков с возможностью свободного их запол­ нения любыми алгоритмами и конфигурирования алгоблоков между собой и с входамивыходами контроллера.

Библиотека Р-130 содержит 74 „зашитых” в ПЗУ алгоритма, выпол­ няющих функции непрерывной и дискретной обработки сигналов, включая ПИД-регулирование, логические преобразования, коммута­ цию сигналов, счет времени и т. п. Кроме того, регулирующая модель Р-130 реализует следующие функции:

ручную установку или автоматическую коррекцию параметров настройки в алгоритмах;

безударное изменение режимов управления, а также безударное включение, отключение, переключение и конфигурирование контуров регулирования любой степени сложности;

избирательное оперативное управление и контроль за контурами регулирования с помощью 12 клавишей, 2 четырехраэрядных цифровых индикаторов, шкального индикатора и набора светодиодов, позво­ ляющих варьировать режим работы и задания, дистанционно управ­ лять исполнительными механизмами, контролировать технологичес­ кие координаты и выполнение программ регулирования, представлять информацию в физических единицах, индицировать аварийные си­ туации;

запись информации в перепрограммируемое ПЗУ с ультрафилетовым стиранием;

самодиагностику, сигнализацию и идентификацию неисправностей, в том числе выявление отказов аппаратуры, выходов сигналов за допустимые границы, коротких замыканий по нагрузке, нарушений обмена информацией по локальной сети и т. п.

Л о г и ч е с к а я и н е п р е р ы в н о - д и с к р е т н а я м о д е л и Р-130 содержат в предпрограммируемых ПЗУ до 75 алгоритмов. Логическая модель реализует 4 независимо работающие программы управления, а непрерывно-дискретная - 4 контура ПИД-регулирования и одну программу логического управления меньшей сложности, чем в логи­ ческой модели.

148

Габаритные размеры контроллера Р-130 (в приборном исполнении) 80x74x340 мм.

Ломиконты. Контроллеры этого типа выполняют широкий спектр алгоритмических задач, которые традиционно решают с помощью релейной аппаратуры и аналоговых устройств автоматического управ­ ления и регулирования. Кроме того, ломиконт, имея дискретные, аналоговые и импульсные входы и выходы, программные таймеры, счетчики и библиотеку алгоритмов, реализует сложные функции управления и регулирования, формирует сигналы, изменяющиеся по заданной программе в зависимости от времени, значений параметров и логических условий, выводит информацию на дисплей и печатающее устройство, обменивается данными с УВМ [29].

Технические структуры ломиконтов. Аналогично ремиконтам разработаны четыре модели ломиконта: Л-110, Л-112, Л-120, Л-122.

Ломиконт Л-110 - одиночный контроллер, рассчитанный на большое (до 900) число каналов ввода-вывода. Аппаратуру ломиконта Л-110 располагают в одном, двух или трех каркасах. Базовый комплект размещен в первом каркасе; во втором и третьем (и частично в первом) каркасах смонтированы модули УСО.

Ломиконт Л-112- дублированный контроллер, состоящий по су­ ществу из двух связанных между собой контроллеров Л-110, один из которых находится в работе, а второй - в „горячем” резерве.

Ломиконт Л-120- одиночный контроллер на 15-90 входов-выхо­ дов. Он занимает половину блочного каркаса, в котором 6 мест отве­ дено для проектно-компонуемых модулей. Вторую половину каркаса занимает второй независимый контроллер Л-120.

Ломиконт Л-122-дублированный контроллер на 15-90 входоввыходов. Он состоит из двух расположенных в одном каркасе и соединенных между собой контроллеров Л-120, один из которых находится в работе, а второй - в „горячем” резерве.

Состав и число модулей, входящих в базовые и проектно-компо- нуемые комплекты ломиконтов, приведены в табл. 6.3. Как видно из таблицы, в ломиконтах в основном используют те же типы модулей, что и в ремиконтах (см. табл. 6.2).

Модули МСК-1 и МСК-2 предназначены для связи основного и дополнительных каркасов в моделях Л-110 и Л-112.

Модуль памяти МПП содержит микромодуль перепрограммируемого ПЗУ (ППЗУ) с ультрафиолетовым стиранием емкостью 16 Кбайт, в который обычно переписывают программы пользователя после их отладки. МПП содержит средства чтения и записи в ППЗУ. Информа­ ция, записанная в ППЗУ, защищена от случайных сбоев и сохраняется при отсутствии питания. МПП позволяет до 90 раз записывать и стирать информацию.

Модуль импульсно-цифрового преобразования ИЦП служит для приема импульсных сигналов и подсчета числа импульсов. Модуль обслуживает два входных канала.

Программно-алгоритмическое обеспечение Ломиконтов. Программу контроля и управления, являющуюся программой пользователя (ПрП),

1 4 9

Таблица 6.3, Состав базовых и проектно-компонуемых комплектов контроллеров Л-110,112,120,122

записывают на языке технологического программирования ломиконта МИКРОЛ. Процесс написания этой программы несложен ввиду просто­ ты конструкции языка МИКРОЛ и наличия в программном обеспечении ломиконта библиотеки алгоритмов, аналогичной библиотеке алго­ ритмов ремикодтов.

В МИКРОЛЕ для удобства организации гибкой логики программы пользователя (ПрП) предусмотрена двухуровневая струкутура: ПрП со­ стоит из 8 блоков, каждый из которых содержит 32 секции. Таким образом, общее число секций в ПрП составляет 256. Непосредственно программу логического управления записывают по отдельным сек­ циям. В МШСРОЛЕ предусмотрены средства для управления работой блоков и секций.

В процессе исполнения ПрП производит различные действия с константами, переменными и арифметическими выражениями. При этом используют константы трех типов: целочисленные (аналоговые), дискретные и временные. Целочисленная константа - четырехзначное число со знаком в диапазоне от - 1000 до +1000. Дискретная константа имеет одно из двух значений: ВКЛ или ОТКЛ. Временная константа имеет один из двух форматов, называемых секундным и 100-милли- секундным.

150