Современная электроника №9/2020

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 29 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2020 Рис. 2. Структурная схема локальной АСУ ТП с реализацией одноканального двухпозиционного регулирования гонезависимое запоминающее устройство, в котором сохраняются параметры регулятора при отклю- чённом питании); ● устройство формирования выход- ных сигналов; ● пульт управления с индикаторами ре- жимов работы регуляторов и состоя- ния выходных сигналов; ● встроенный модуль сетевых интер- фейсов (RS-485, САN, PROFIBUS и пр.); ● встроенный блок питания. В состав каждого канала измерения и регулирования терморегулятора, как правило, входят следующие функцио- нальные узлы: универсальный вход, блок обработки данных, выходное устройство. Под универсальным вхо- дом понимается устройство, к которо- му подключаются первичные датчики (термопары, термопреобразователи сопротивления, датчики с унифициро- ванными выходными сигналами). Если, например, к входу подключается термо- преобразователь сопротивления (ТПС), то его сопротивление преобразуется в соответствии с его номинальной стати- ческой характеристикой (НСХ) в зна- чение измеренной температуры. Изме- ряемое сопротивление обрабатывается аналого-цифровым преобразователем в виде цифрового кода, поступающе- го в микроконтроллер блока обработ- ки данных. В блоке обработки данных цифровое значение измеряемой вели- чины может быть подвергнуто филь- трации (для уменьшения влияния случайных помех), коррекции, масшта- бированию. Микроконтроллер блока обработки данных, работая по задан- ной программе, управляет состоянием выходных устройств, обменом инфор- мацией по интерфейсу и т.д. Полученное значение отобража- ется на измерительном индикаторе терморегулятора. Тип применяемого первичного датчика и диапазон изме- рения устанавливаются отдельно для каждого канала при конфигурирова- нии (начальной установке). Каждый ПИД-регулятор выполняет сравне- ние измеренного значения канала с заданными величинами (уставками). ПИД-регулятор обрабатывает сигнал рассогласования между измеренным сигналом и уставкой и выдаёт сиг- нал управления на широтно-импульс- ные модуляторы. Параметры работы и функции ПИД-регуляторов задают- ся независимо для каждого канала. Выходные сигналы терморегулято- ров с выходных устройств управляют внешними исполнительными устрой- ствами. Выходное устройство может быть ключевым или аналоговым. В качестве ключа может применяться транзистор с открытым коллектором, транзисторная оптопара, симисторная оптопара, электромагнитное реле. Ана- логовое выходное устройство, как пра- вило, это аналоговый выход по току или напряжению. Выходные устройства терморегуляторов гальванически раз- вязаны от остальной схемы терморе- гулятора. Компараторы (выходы H и L) предназначены для сигнализации выхода измеряемого технологическо- го параметра за допустимые пределы. На рисунке 2 приведена структурная схема локальной АСУ ТП с реализаци- ей одноканального двухпозиционного регулирования. В данном случае термо- регулятор управляет тепловой пушкой, в состав которой входит нагреватель и вентилятор. Аналогичная схема может применяться для многоканальных тер- морегуляторов, каждый канал которых может управлять независимым нагре- вателем (холодильником) и контроли- ровать соответствующие температуры нагрева. Периферией для терморегуля- тора служат различные коммутацион- ные устройства: мощные силовые и управляющие. Мощные силовые пери- ферийные устройства предназначе- ны для включения нагрузок (нагрева- телей, вентиляторов, холодильников). К управляющей коммутационной пери- ферии относятся реле времени, блоки реле, а также кнопки, индикаторы, сред- ства световой и звуковой сигнализации, которые позволяют реализовать необ- ходимый алгоритм контроля и управ- ления процессом при двух- и трёхпо- зиционном регулировании. Существует большое количество задач, в которых заданная температу- ра должна поддерживаться в течение определённого интервала времени. Для решения таких задач есть программные регуляторы, например «Метакон-613» и «Метакон-614» [5]. Однако в ряде случа- ев более целесообразным и дешёвым может оказаться применение обычного регулятора и реле времени. Например, имеется электрическая печь для закал- ки деталей. Все операции по закладке деталей в печь, выемки из печи совер- шаются термистом вручную. Выдержка деталей при температуре (Т± Δ Т) произ- водится в течение t часов. Отсчёт време- ни должен начинаться с момента дости- жения температурой уставки (то есть Т), так как при помещении детали в печь последняя успевает остыть ниже допу- стимого уровня. Через t часов необхо- димо оповестить термиста включени- ем световой и звуковой сигнализации. На рисунке 3 приведена структурная схема локальной АСУ ТП с реализаци- ей ПИД-регулирования для электро- приводной арматуры. При применении многоканальных терморегуляторов каждый канал обеспечивает управле- ние своим клапаном с приводом от однофазного электродвигателя и сиг- нализацией по двум независимым уров- ням. Применение реверсивного блока коммутации (БКР) позволяет управлять как электродвигателем привода клапа- на, так и электромагнитным тормозом исполнительного механизма. Для реализации различных алгорит- мов работы локальных АСУ ТП вместе с терморегулятором вполне обоснован- но применение плат контроллеров (на базе микроконтроллеров семейств PIC, МСS-51, AVR и пр.), которые позволяют реализовать более сложные програм- мы работы АСУ ТП с меньшими затра- тами по сравнению с релейной автома- тикой. Приведём конкретный пример применения двухканального терморе- гулятора ТРМ202 с платой контроллера на базе контроллера АТ89С4051-24PU. Функцию поддержания заданных тем- ператур в системе выполняет терморе- гулятор ТРМ202 производства компа-