Министерствообразования и науки Украины
Донбасскаягосударственная машиностроительная академия
Кафедра «Автоматизацияпроизводственных процессов»
Практическаяработа по ОКИУ
«Модель системы управления на базе приборов комплекса КОНТАР(КМ800)»
Цель работы: изучить приборы комплекса КОНТАР:контроллеры МС8, МС5, модули релейные MR8.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Модель системы управления предназначена для обучения персонала,занимающегося проектированием и эксплуатацией систем автоматическогорегулирования и управления на базе приборов комплекса КОНТАР (КМ800).
Модель системы позволяет подключить входящие в ее состав приборы,объединенные в сеть по интерфейсу RS485, к последовательному порту персональногокомпьютера с помощью интерфейса RS232C.
Имеется возможность подключать сеть входящих в состав моделиприборов с помощью встроенного миниатюрного Web-сервера к локальной сетиEthernet или к Internet.
С помощью компьютерной программы Console реализуются следующиевозможности:
— загрузка во все приборы bin-файлов проекта системы управления,разработанного с помощью инструментальной системы программирования КОНГРАФ;
— контроль входных и выходных сигналов, используемых в системе, атакже параметров функциональных узлов, используемых в системе;
— оптимальную настройку замкнутых контуров регулирования,реализованных в проекте;
— переключение режимов управления «автомат-ручное» и «ручное»управление выходами;
— программирование действий системы с помощью планировщика, еслиэто предусмотрено проектом;
— контроль возникновения отказов сиcтемы и действие таймеров,если это предусмотрено проектом.
С помощью встроенного Web-сервера работа модели может быть представлена в локальнойсети или в Internet в виде Web-проекта, позволяющего осуществлять мониторингсистемы.
Аппаратный состав модели системы управления
Схема подключения оборудования, входящего в состав модели,показана на рис. 1.
Модель включает в себя следующие приборы и узлы: контроллерМС8.2022112 (питание ~24В, симисторные выходы, интерфейсные субмодули RS232C, Ethernet, часы-календарь,процессор C8051F125); контроллер МС5.100(без пульта, без интерфейсного субмодуля); модуль релейный MR8.1232 или MR8.1222 (с пультом, 2симисторных + 2 релейных выхода (или 4 релейных выхода), процессор C8051F311 (MR8-C); термисторТМ1 типа 10кОм-2;датчик ACI/RH, включающий термистор ТМ2 типа 10кОм-2 и датчик влажности свыходом 0-10В; тумблеры S1, S2; исполнительный механизм Belimo LM24SM (питание ~24В,управление 2-10В, датчик положения 2-10В); индикаторные лампы HL1, HL2, HL3, HL4 (~24В); лампанакаливания HL5 (-220В, 60Вт); автомат питания QF1 (6, ЗА).
Приборы МС8, МС5, MR8-C объединены в сеть по интерфейсу RS485 (клеммы А, В, SG). MC8 выполняет роль master-контроллера, МС5, MR8-C являются slave-контроллерами.
Master-контроллер МС8 подключается по интерфейсу RS232C к последовательному портукомпьютера для работы с программой Console, a также может подключаться к локальной сети Ethernet с возможным выходом в Internet.
В приборе МС8 задействованы следующие аппаратные входы-выходы:
- к дискретным входам DM, DI.2 подключены тумблеры S1, S2 (имитаторы датчиковотказа);
- к аналоговому входу AI.1 подключен датчикположения Belimo (регулируемый параметр);
- к аналоговому входу AI.2 подключен термистор ТМ1,измеряющий температуру поверхности лампы накаливания HL5 (регулируемаятемпература терморегулятора);
- к аналоговому входу AI.3 подключен термисторТМ2 датчика ACI/RH (контроль температуры в помещении);
- к аналоговому входу AI.4 подключен датчиквлажности ACI/RH (контроль влажности в помещении);
- к аналоговому входу АО.4 подключенацепь управления Belimo (регулирующее воздействие);
- дискретный выход DO.1 задействован длясигнализации отказа (внешние цепи не подключены; при необходимости может бытьподключен индикатор на 24В постоянного тока).
В приборе МС5:
- к дискретным выходам DO.3, DO.4 подключены индикаторы HL1, HL2 для сигнализации предельныхотклонений при регулировании положения выходного органа Belimo;
- дискретные выходы DO.1, DO.2, DO.5 доступны для ручногоуправления с Console (внешние цепи не подключены).
В приборе MR8-C:
- к дискретному выходу DO.1 подключена лампанакаливания HL5, входящая в состав терморегулятора;
- к дискретным выходам DO.3, DO.4 подключены индикаторы HL3, HL4, сигнализирующие работуимпульсатора;
- дискретный выход DO.2 доступен для ручногоуправления с Console (внешние цепи не подключены).
Функциональная схема системы управления для реализации на модели
Пример функциональной схемы системы управления для возможнойреализации на модели показан на рис. 2.
В схеме реализованы 2 замкнутых контура регулирования:
- регулятор положениявыходного органа Belimo с сигнализацией предельных отклонений;
- регулятор температурыповерхности лампы HL5 (терморегулятор).Дополнительно реализован контроль температуры ивлажности в помещении.
Кроме того, в приборе MR8-C реализован импульсатор, управляющийиндикаторами HL3, HL4. Состояние индикаторов передается по интерфейсу RS485 в МС8 для контроля.
Регулятор положения. Выходной сигнал датчика Belimo (ДП) поступает в МС8,где сравнивается с заданием, формируя отклонение. Сигнал отклонения фильтруетсяфильтром, постоянная времени которого является параметром настройки. Учитывая,что Belimo обладает собственной постоянной времени ИООсек, получаем объект регулированиявторого порядка, одну из постоянных которого можно произвольно задавать.Отфильтрованное отклонение Еф отрабатывается аналоговым ПИД-регулятором (ПИД-А),выходной сигнал которого управляет Belimo, обеспечивая соответствие положения выходногооргана заданию.
Имеется возможность производить оптимальную настройкуПИД-регулятора для объектов с различными постоянными времени фильтра. Длясигнализации предельных отклонений сигнал отклонения из МС8 передается поинтерфейсу RS485 в МС5, где сравнивается с уставками компараторов верхнего инижнего уровней. Компараторы управляют индикаторами HL1, HL2. Состояние индикаторовпередается обратно в МС8 для контроля.
Терморегулятор.Температураповерхности лампы HL5 измеряется термистором ТМ1, сигнал которого поступает в МС8, гдепосле нормализации сравнивается с уставкой компаратора нижнего уровня.Еслитемпература лампы HL5 («температура 1») ниже уставки, компаратор включен,его сигнал по интерфейсу RS485 передается в MR8-C и управляет симисторным(релейным) выходом D0.1 последнего. Этот выход включает питание лампы (-220В),обеспечивая ее нагрев. При достижении заданного уровня температуры выходкомпаратора, а значит и выход DO.1 MR8-C отключаются, снимая питание с лампы. Таким образом, осуществляетсядвухпозиционное регулирование температуры. Параметром настройки регулятора являетсязона возврата компаратора.
Проект системы управления для реализации на модели
Пример проекта системы управления, разработанный с помощьюинструментальной системы программирования КОНГРАФ в соответствии с описанной вп. 3 функциональной схемой, показан на рис. 3-6.
Главный проект «Model_System» показан на рис. 3. На поле главногопроекта размещены блоки всех приборов, входящих в сеть (МС8, МС5, MR8-C). С учетом типапроцессора нужно выбрать блок МС8-125.В блоке каждого прибора предусмотрено необходимоеколичество аппаратных дискретных и аналоговых входов-выходов для подключениявнешних соединений (в проекте отмечены квадратиками) и виртуальных дискретных ианалоговых входов-выходов для передачи информации по интерфейсу RS485. Общее количество входов-выходовкаждого блока, задается при его проектировании на КОНГРАФе в закладке «Arrays» пункта «Properties» (см. описаниесистемы КОНГРАФ). Связь необходимого количества входов-выходов с аппаратнымиресурсами блока задается в пункте «I/O Connections». Виртуальные выходыисточников информации соединяются при разработке главного проекта линиями с виртуальнымивходами приемников информации в соответствии с функциональной схемой.
Проект «MC8_Model».
Проект master-контроллера «MC8_Model» показан на рис. 4. Регулятор положения построенследующим образом. Сигнал датчика (2-10В) регулируемого параметра (ДП Belimo) с аппаратного входа А1[1]поступает на функциональный блок (ФБ) нормализатора «Voltage», преобразуется в процентыФБ «Phisical» и вычитается с помощью ФБ «Diff» из сигналазадатчика «Set A». Полученный параметр «Отклонение» подключен квиртуальному аналоговому выходу АО[2] передачи по сети в МС5 и ко входу ФБ «Filter». Отфильтрованныйсигнал Еср подан на вход аналогового ПИД-регулятора (ФБ «PID АО»), который черезаппаратный выход АО[1] управляет Belimo. Для организации ручного управления выбран типФБ «PID АО with override mode» (с дополнительным воздействием).
Терморегулятор воспринимает сигнал термистора, измеряющего температурулампы, с аппаратного входа А1[2], который через нормализатор (ФБ «Therm 10K») управляеткомпаратором (ФБ «LowCmp»), выход которого подключен к виртуальномувыходу DO[1]. Последний через сеть и прибор MR8-C управляет нагревомлампы.
Измерение параметров воздуха в помещении организовано следующимобразом. Температура измеряется термистором, подключенным к аппаратному входу Al[3] и нормализуется ФБ «Therm 10K». Сигнал датчикавлажности, подключенного к аппаратному входу Al[4], преобразуется впроценты путем деления на коэффициент К=0,1 с помощью ФБ «Div».
Индикация работы дискретных выходов МС5 и MR8-C осуществляется путем передачиих по сети на виртуальные дискретные входы МС8 Dl[1]-Dl[4], после чего с помощьюФБ «Set В» каждый из них выводится на индикацию.
Сигнализация отказов реализована следующим образом. Дискретныевиртуальные входы Dl[5], Dl[6] подключены к аппаратным дискретным входам соответственно DM, DI.2 (см. рис. 3), накоторые подаются сигналы от имитаторов отказов. Далее они суммируются по схеме «И»(ФБ «And») и подаются на фильтр отказов (ФБ «Alarm»). Фильтр «Alarm» отсеиваетслучайные кратковременные отказы.
Если оба имитатора замкнуты достаточно долгое время (несколькосекунд), фильтр срабатывает и включает виртуальный выход DO[2], подключенный каппаратному дискретному выходу DO.1. Списки параметров. В проекте предусмотрены следующиесписки параметров для индикации на Console:
Список «МС8» — для индикации параметров объекта и параметровнастройки ПИД-регулятора положения, для переключения в режим «ручное»и ручного управления выходом, предусмотрена возможность «заморозить»выход ПИД-регулятора.
Список «МС5» — индицирует состояние индикаторов предельныхотклонений, поступающее из МС5.
Список «МС8» — индицирует состояние выходов импульсатора,поступающее из MR8-C.
Список «Измерения» — индицирует температуру лампы терморегулятора,температуру и влажность воздуха в помещении.
Список «Терморегулятор» — индицирует температуру лампытерморегулятора, состояние выхода «Нагрев», позволяет устанавливатьзадание и зону возврата.
Список «Отказы» — индицирует срабатывает каждого из имитаторовотказов, возникновение общего отказа/дает возможность сбросить отказ.
Проект «MC5_Model».
Проект slave-контроллера «MC5_Model» показан на рис. 5.На виртуальныйаналоговый вход А1[1] по сети подается сигнал отклонения из регулятораположения из МС8. Далее он подается на компараторы верхнего и нижнего уровней (ФБ«UpCmp», «LowCmp»), которые управляют аппаратными выходами DO[3], DO[4] и соединенными с нимивиртуальными выходами DO[6] и DO[7] соответственно. Аппаратные выходы управляют индикаторамиHL1, HL2 (рис. 2), а виртуальные- передают информацию в МС8.
В проекте предусмотрен список «Выходы», в котором индицируетсясостояние сигнализаторов предельных отклонений и устанавливаются величиныуставок их срабатывания (Енижн>0, Еверх
Проект «MR8_Model».
Проект slave-прибора «MR8_Model» показан на рис. 6. На виртуальный вход Dl[1] по сети поступает сигналс выхода терморегулятора МС8, который далее через ФБ «Set В» управляетаппаратным дискретным выходом DO[1], к которому подключена лампа HL5 регулятора температуры(рис. 2).
В проекте предусмотрен импульсатор для управления индикаторами HL3. HL4 (рис. 2). Импульсатор включаетФБ «Pulses», вырабатывающий импульсы с заданным периодом и скважностью.В проекте предусмотрена скважность 50%, период Юсек. Таким образом, импульс ипауза равны беек. Пуск импульстора производится с помощью ФБ «Set В». Блок «Pulses» через ФБ задержки«Delay_L»управляет аппаратным дискретным выходом DO[03] и соединенным с нимвиртуальным выходом DO[05]. Одновременно блок «Pulses» через логическоезвено «Not» и второй блок задержки «Delay_L» управляетаппаратным дискретным выходом DO[4] и соединенными с ним виртуальным выходом DO[6]. Таким образом,аппаратные выходы DO[3], DO[4] включают/выключают в противофазе (с задержкой Исек) индикатораHL3, HL4 (рис. 2), а виртуальныевыходы DO[5], DO[6] передают информацию в МС8. В проекте предусмотрен список«Выходы», в котором индицируется состояние выходов импульсатора, состояниевыхода «Нагрев» терморегулятора, а также производится пуск илиостанов импульсатора.