книги / Системы управления электромеханическими исполнительными механизмами

7.3. Параметры ПДД-регулятора.

Регулятор обрабатывает сигнал рассогласования U = Х – Р, где Х – измеренный сигнал, Р – уставка. Сигнал U на выходе ПДД-регулятора определяется следующим выражением:

U = –100 % / Pb ( d(ɛ)/dt + (1 / ti) ɛ + td · d2(ɛ)/dt2),

где Pb – зона пропорциональности (задается при конфигурировании); ti – постоянная времени интегрирования (задается при конфигурировании); td – постоянная времени дифференцирования (задается при конфигурировании).

Численные значения параметров регуляторов класса «вход – выход» рассчитываются по методикам, приведенным в [9–13].

На выходе ПДД-регулятора формируется ограничение его сигнала (рис. 2.6) на относительном уровне E (%), код параметра – PP.

Рис. 2.6. Иллюстрация принципа ограничения выходного сигнала регулятора

Сигнал управления E с выхода ПДД-регулятора представляет собой приращение воздействия во времени на объект регулирования, необходимоедляуправленияинтегрирующиммеханизмом.

Параметры EL и EH задаются при КОНФИГУРИРОВАНИИ с целью ограничения скорости изменения воздействия на объект регулирования во времени. Коды параметров: EL и EH.

7.4. Параметры ШИМ-регулирования. Принцип ШИМ иллюстрируется рис. 2.7.

31

Рис. 2.7. Иллюстрация принципа работы ШИМ-модулятора

Модуляторы преобразуют сигнал управления в последовательность импульсов с периодом РР (код параметра PP). Длительность импульсов tимп пропорциональна величине сигнала управления (время включения ИМ).

Рис. 2.8. Управление мощностью при ПИД- и ПДД-регулировании

32

Вместе с тем реализация ПИД-закона (в контроллерах МЕТАКОН 5X3) и ПДД-закона (в контроллерах МЕТАКОН 5X4) предполагает регулирование мощности, но в первом случае воздействие на ИМ МЭО осуществляется через относительную длительность только включения ВПЕРЕД, т.е. на время открытия по отношению к периоду, во втором – формируется две последовательности импульсов – на включение ВПЕРЕД, т.е. открытие, и включение НАЗАД, т.е. закрытие заслонки (рис. 2.8).

Положительные значения сигнала E преобразуются модулятором ШИМ ▲, отрицательные – модулятором ШИМ ▼.

Для того чтобы исключить кратковременные срабатывания исполнительных механизмов в приборе, предусмотрено ограничение минимальной длительности импульса/паузы. Минимально допустимая длительность импульсов/пауз устанавливается кодом параметра: tP (см. табл. 2.1).

7.5. Параметры компараторов Н и L.

Компараторы Н и L предназначены для аварийной сигнализации выхода измеряемого технологического параметра за допустимые пределы.

Уровни срабатывания для компараторов Н и L (уставки) задаются независимо в режиме РАБОТА (рис. 2.9). Коды параметров: H и L. Зоны возврата для компараторов Н и L задаются независимо врежимеКОНФИГУРИРОВАНИЕ. Кодыпараметров: uH иuL.

Рис. 2.9. Функции компараторов H и L

33

8. В режиме РАБОТА (это основной рабочий режим) оператор контролирует технологический параметр (в данном случае температуру), работу компараторов, значения сигналов управления, устанавливает значения уставок ПДД-регулятора и аварийных компараторов, имеет возможность временно снять и вновь установить защиту от несанкционированного доступа. В режиме РАБОТА наладчик имеет возможность войти в меню ПАРАМЕТРЫ РЕГУЛЯТОРА. Режим РАБОТА устанавливается автоматически при включении питания.

Основные параметры меню для этого режима приведены в разделе 7 инструкции по эксплуатации [6]. В этом режиме при необходимости оператор может перевести канал регулирования кнопками на встроенном пульте управления на работу СУИМ либо в «Автоматическом», либо в «Ручном» управлении. Кроме того, следуя позициям раздела 7.5 [6], можно реализовать режим tESt – «Автонастройка», при котором параметры регулятора (Pb, ti, td) будут близки к оптимальным для данного объекта регулирования. Автонастройка включается при задании значения tESt параметра Cn (см. п. 7.3 [6]).

8.1.Поместить термопару ET1 в установленный на стенде сосуд с жидкостью с начальнойкомнатной температурой и змеевиком, имитирующим в лабораторных условиях поверхностный водоподогреватель. Cнять начальные показания температуры жидкости в сосуде с помощью установленного термометра. Убедиться, что индикация измеренного значения температуры на 4-разрядном цифровом дисплее контроллера МЕТАКОН 514-Т соответствует показаниямтермометра.

8.2.Установить заданное преподавателем новое установив-

(параметр L), контроль задания вести по цифровому дисплею контроллера МЕТАКОН 514-Т. При необходимости изменения иных параметров в режиме РАБОТА руководствоваться инструкцией по эксплуатации измерительного контроллера [6].

34

8.3.Включить открытием крана горячего водоснабжения подачу горячей воды в трубопровод с заслонкой и проконтролировать постепенный нагрев холодной воды в сосуде с помощью термометра и цифрового дисплея контроллера МЕТАКОН 514-Т.

8.4.По изменениям показаний дисплея контроллера и термометра убедиться, что температура в сосуде нарастает до заданного значения (с учетом допустимой погрешности измерения). Зафиксировать с шагом 60 секунд значения температуры в процессе отработки заданной уставки температуры. Построить график переходного процесса. При использовании интерфейса RS-485 с OPC сервером передать измеренные значения температуры, а также значения параметров, характеризующих работу прибора, на внешние устройства управления и/или сбора данных.

9. При неудовлетворительном качестве регулирования температуры проверить расчет параметров контроллера-измерителя и повторить п.п. 7.1…7.5 или скорректировать иные параметры конфигурированияконтроллеравсоответствиисрекомендациями[6].

Содержание отчета

1.Титульный лист, отвечающий требованиям к оформлению лабораторных работ.

2.Принципиальная электрическая схема СУИМ.

3.Структурная схема СУИМ, включающая объект регулирования (поверхностный водонагреватель) и устройство регулирования (ПДД-регулятор, звено ограничения, ШИМ, ЭИМ).

4.Расчет параметров объекта управления (постоянных времени инерции для разомкнутого контура регулирования по заданной кривой нагрева жидкости в сосуде и постоянной времени интегрирования применяемого ЭИМ типа МЭО).

5.Расчет параметров конфигурирования контроллера, включая параметрыПДД-регулятораипараметрыШИМ.

6.График переходного процесса в замкнутой СУИМ.

7.Выводы по результатам исследований.

35

Контрольные вопросы

1.Привести обобщенную функциональную схему СУИМ постоянной скорости и дать краткую характеристику ее основным блокам.

2.Привести принципиальные схемы бесконтактных реверсоров для одно- и трехфазных электроприводов СУИМ постоянной скорости. Пояснить принцип управления симисторами при пуске, торможении и реверсе электродвигателей СУИМ.

3.Привести функциональную схему формирующего преобразователя контроллера МЕТАКОН 514-Т (регулятора, ограничителя выходного сигнала регулятора, ШИМ и компараторов).

4.Привести аналитические выражения, описывающие взаимосвязь измеренных значений датчиков контролируемых параметров в единицы технологического параметра. Привести пример расчета для выходного сигнала датчика температуры 4…20 мА.

5.Привести аналитическое выражение, описывающее работу ПДД-регулятора в СУИМ интегрирующего типа.

6.Пояснить принцип широтно-импульсной модуляции, чем определяется и как рассчитывается скважность ШИМ.

7.Привести порядок конфигурирования и работы контроллера МЕТАКОН 514-Т.

8.Привести результаты экспериментальных исследований СУИМ постоянной скорости методом дросселирования горячей воды

вповерхностном лабораторном водоподогревателе на основе данных лабораторной работы. Сделать выводы о показателях качества регулированиятемпературыводыиобэнергоэффективностиСУИМ.

Лабораторная работа № 3.

СУИМ постоянной скорости с интеллектуальным блоком управления электроприводом МСТ-351А серии «МикроСТАРТ-А»

Цель работы – ознакомление студентов с устройством, характеристиками, принципом действия интеллектуального блока управления электроприводом МСТ-351А серии «МикроСТАРТ-А»

36

и формирование умений и навыков работы с современными интеллектуальными программно-аппаратными средствами СУИМ постоянной скорости.

Краткие теоретические сведения и описание работы

Многофункциональные интеллектуальные блоки МСТ-351А [7] предназначены для управления механизмами различного назначения: запорно-регулирующей арматурой, подъемно-транс- портным оборудованием, станочным оборудованием, конвейерами и другими механизмами. Обеспечивают интеллектуальное сетевое или дискретное управление электроприводами мощностью от 0,04 до 1,5 кВт (до 11 кВт с внешним реверсором) с контролем всех сигналов электропривода (ЭП). Может использоваться в качестве альтернативы зарубежным интеллектуальным блокам управления электроприводами (Aumatic, Rotork IQ, Siemens Simocode Pro V и др.) [3, 7].

Основные функции, включая интеллектуальные:

–управление электроприводами с 3-фазными или 1-фазными электродвигателями (ЭД);

–бесконтактное реверсивное управление с внутренним си-

мисторным реверсором в моделях МСТ-350А, МСТ-351А (ток ЭД до 9А);

–работа с внешним реверсивным пускателем в модели МСТ-959А (ток ЭД до 25А);

–контроль сигналов всех датчиков СУИМ: концевых и моментных выключателей, датчика положения (0/4…20 мА), термодатчика (PTC или термоконтакта);

–диагностика и управление по двум независимым сетевым портам RS-485 (протоколы Modbus RTU или Modbus CDE), ско-

рость обмена до 460,8 кбит/с, частота опроса до 1200 транзакций в секунду;

–работа с высокоскоростными шинами Modbus TCP, Profibus DP, Profinet с использованием сетевого концентратора МСТ-К485, который в качестве автономного мастера выполняет

37

циклический опрос группы блоков по протоколу Modbus CDE и в качестве высокоскоростного Modbus RTU Slave-устройства одним пакетом передает информацию на верхний уровень через шлюз (Modbus TCP-Modbus RTU, Profibus DP – Modbus RTU или Profinet – Modbus RTU);

–четыре варианта сетевого управления: дискретное (Закрыть/ Открыть), управление положением (позиционер), управление скоростью (ШИМ), управление импульсом перемещения (пошаговое управлениеположением);

–функции защиты привода (отключение от сети): контроль фаз, токовые защиты, термодатчик, защиты по датчику положения – отсутствие хода, направление хода, несрабатывание конечных выключателей (КВ);

–функции предупреждений: превышение тока, превышение нагрузки (активный ток), превышение продолжительности включения (%), превышение числа пусков в час, превышение времени хода между КВ, превышение времени схода с КВ;

–функции измерения наработки: число запусков, общее время работы блока, общее время работы электропривода;

–функции безударного, плавного пуска и динамического торможения (алгоритм фазового управления тиристорами позволяет использовать функции плавного пуска и DC-торможения с ограничением тока);

–использование встроенного microUSB-порта для подключения к ПК или Windows-планшету с программой MST Loader, настройки и диагностики блока с помощью программного обес-

печения (ПО) MST Loader;

–возможностьнастройкиобесточенногоблока(питаниеотUSB);

–для диагностики доступно до 70 информационных регистров Modbus, причем за одну транзакцию можно прочитать все необходимые данные;

–возможность обновления пользователем программного обеспечения через USB-порт с помощью ПО MST Boot.

Нарис. 2.10 приведенафункциональнаясхемаблокауправления.

38

Рис. 2.10. Функциональная схемаМСТ-351А-С2: МСУ – микропроцессорная схема управления; DC/DC – многоканальный преобразователь постоянного напряжения; U – узел контроля напряжения; I – узел контроля тока;

t – датчик температуры блока; М1, М2 – многофункциональные дискретные входы (Uвх = 18–36 VAC/VDC); K1 – многофункциональное реле

(Umax = 36 VAC/VDC)

На рис. 2.11 приведена схема подключения блока к трехфазному короткозамкнутому ЭД, работающему в составе ИМ ЗРА или ИМ иного назначения.

Благодаря интеллектуальным функциям управления, защиты и диагностики (отключение по концевым и моментным выключателям, дожим задвижек, позиционирование, контроль времени хода и др.) упрощается программная часть контроллера верхнего уровня. Для надежности цифрового управления реализовано два канала интерфейса RS-485 с высокоскоростным протоколомModbus RTU. Кроме дублированного управления по двум цифровым шинам также доступно стандартное управление по дискретным входам. Дискретные входы Зкр, Отк, М1, М2 являются двунаправленными, поэтому могут управляться как положительным, так и отрицательнымнапряжениемотносительно среднейточки«Ср».

39

Рис. 2.11. Схема подключения блока МСТ-351А к электроприводу: ВИП – внешний источник питания; ДП – датчик положения; КВЗ, КВО – конечные выключатели закрытого и открытого состояния ЗРА; МВ – вход обобщенного сигнала моментных выключателей (+24 В при замыкании любого из контактов МВЗ или МВО); AIN – вход датчика положения 0–20 мА; A0 – ноль датчика

положения; ДТ – вход PTC термодатчика

Для работы с другими высокоскоростными шинами (Profibus DP, Profinet, Modbus TCP и др.) могут быть использованы существующиесетевыепреобразователи, такиекакAnybus, Advantech идр.

Порядок выполнения работы

иметодические указания

1.Ознакомиться с принципами работы СУИМ постоянной скорости с применением бесконтактных реверсоров [4–7, 9], составом и принципами работы интеллектуального блока управления электроприводом (см. рис. 2.10).

2.Изучить техническое описание и инструкцию по эксплуатации блока управления электроприводом МСТ-351А серии «МикроСТАРТ-А» [7].

40