ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО

“ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ”

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

И СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ “ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ”

Методические указания к лабораторной работе по курсам “Основы цифрового управления”, “Моделирование систем”

Для студентов, обучающихся по направлениям

220300  “Автоматизированные технологии

и производства” специальности 220301  “Автоматизация технологических процессов и производств (в пищевой и химической промышленности)”; 220200  “Автоматизация и управление” специальности 220201  “Управление

и информация в технических системах”,

дневной и заочной форм обучения

ВОРОНЕЖ

2008

УДК 681.518 (076)

Изучение комплекса технических средств и структуры программного обеспечения лабораторной установки “Цифровая система управления” [Текст]: метод. указания к лабораторной работе по курсам “Основы цифрового управления”, “Моделирование систем” / Воронеж. гос. технол. акад.; сост.: В. С. Кудряшов, М. В. Алексеев, С. В. Рязанцев, А. В. Иванов, И. А. Александров. Воронеж, 2008. 28 с.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ООП подготовки инженеров по направлениям 220300  “Автоматизированные технологии и производства” специальности 220301  “Автоматизация технологических процессов и производств”; 220200  “Автоматизация и управление” специальности 220201  “Управление и информация в технических системах”. В методических указаниях приводится описание учебно-исследовательской установки, включающей технологический объект, датчики, исполнительные устройства, устройства связи с объектом, микропроцессорные контроллеры ТРМ151, рабочую станцию (ПЭВМ) и аналоговый вычислительный комплекс СУЛ-3. Приводятся технические характеристики приборов и средств автоматизации, а также их назначение в системе. Кроме того, описана структура программного обеспечения цифровой системы управления (ЦСУ). В работе ставятся задачи анализа объекта управления и изучения элементов ЦСУ, функционирующих как единое целое.

Ил. 17. Библиогр.: 12 назв.

Составители: профессор В.С. КУДРЯШОВ,

доценты М.В. АЛЕКСЕЕВ, С.В. РЯЗАНЦЕВ,

ассистент А.В. ИВАНОВ, аспирант И.А. АЛЕКСАНДРОВ

Научный редактор профессор В.К. БИТЮКОВ

Рецензент профессор С.Л. ПОДВАЛЬНЫЙ

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

© Кудряшов В.С., Алексеев М.В.,

Рязанцев С.В., Иванов А.В.,

Александров И.А., 2008

© ГОУВПО “Воронеж.

гос. технол. а

кад.”, 2008

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

Цель работы: изучение современных технических и программных средств автоматизации учебно-исследовательской установки “Цифровая система управления”.

Введение

Учебно-исследовательская установка “Цифровая система управления” предназначена для обучения студентов практическим навыкам проектирования, реализации, настройки и исследования системы автоматизации технологического процесса с использованием пакетов прикладных программ на базе микропроцессорных контроллеров ТРМ151 и рабочей станции.

На установке возможно решение следующих задач:

- измерение технологических параметров с помощью датчиков;

- представление и регистрация информации на рабочей станции (ПЭВМ);

- экспериментальное получение динамических характеристик объекта по различным каналам;

- структурная и параметрическая идентификация дискретных динамических моделей объекта [1, 2];

- синтез цифровых регуляторов и компенсаторов в типовых и многосвязных системах регулирования [1, 3];

- синтез адаптивных систем управления (с использованием методов текущей идентификации и адаптации управляющих алгоритмов) [1];

- реализация и исследование цифровых систем в замкнутом контуре [4];

- отработка навыков программирования на микропроцессорных контроллерах (цифровых регуляторах ТРМ151) [5] и рабочей станции с применением программного обеспечения НПО “ОВЕН” (конфигураторы приборов, технологическая SCADA “Owen Process Manager”) [6-10] и SCADA-системы Trace Mode [12].

1. Описание комплекса технических средств установки

Схема установки “Цифровая система управления” представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема установки:

Е – емкость; Т – ТЭН; Н – центробежный насос; TT, PT, FT, LT – датчики температуры, давления, расхода и уровня; – регулирующие клапаны; – вентили; TY – твердотельное реле; М - электродвигатель; МВА8 – модуль ввода аналоговый; МВУ8 – модуль вывода управляющий; МР1 – модуль расширения; ТРМ151 – микропроцессорный контроллер; RS-485, RS-232 – типы сети обмена данными; АС3 – адаптер сети; - рабочая станция; - принтер

В качестве объекта управления (рис. 1) используется вертикально установленная цилиндрическая емкость (Е) со встроенным водонагревательным ТЭНом (Т). В емкость подается вода из водопроводной сети и после нагрева происходит ее слив на технологические нужды. При этом часть нагретой воды с помощью центробежного насоса (Н) возвращается в емкость.

Измеряемые и регулируемые технологические параметры: температура, давление и расход воды на входе в емкость; температура и уровень подогреваемой воды в емкости; расход воды из емкости; температура и расход рециклового потока.

Для измерения технологических параметров предусмотрены: термопреобразователи сопротивления дТС035 (TT); малогабаритный датчик избыточного давления Метран-55-ДИ (PT); вихреакустические преобразователи объемного расхода Метран-300ПР (FT) и датчик гидростатического давления Метран-43-ДГ (LT) [10, 11].

Для поддержания регулируемых параметров используются исполнительные устройства: регулирующие клапаны Belimo (входной сигнал 010 В) на потоках воды в емкость и на сливе; центробежный насос с частотным приводом (выходной сигнал 0,5120 Гц) на рецикловом потоке и твердотельное реле (TY) серии SSR-LA (входной сигнал 420 мА; выходной сигнал 90250 В) для управления ТЭНом для нагревания воды в емкости.

В состав установки кроме датчиков и исполнительных устройств входят два модуля ввода аналоговых сигналов МВА8 (АЦП), модуль вывода управляющий МВУ8 (ЦАП), модуль расширения МР1 (расширение количества выходных элементов МВУ8), два микропроцессорных контроллера ТРМ151 (функции контроля и управления), 3 многоканальных блока питания БП14 (питание активных датчиков), монитор напряжения сети МНС1 (защитное отключение электрооборудования) и адаптер сети АС3 (автоматическое преобразование интерфейсов RS-232/RS-485) [5-8, 10].

Обмен данными внутри сети модулей и ТРМ151 осуществляется по интерфейсу RS-485. Передача информации от модулей на рабочую станцию и обратно проводится по интерфейсу RS-232.

Внешний вид установки показан на рис. 2.

Рис. 2. Фотография установки

Для опроса технологических датчиков, обработки и передачи информации в управляющие устройства (контроллеры ТРМ151 и/или рабочую станцию), а также формирования управляющих воздействий на исполнительные устройства используются устройства связи с объектом (УСО). К ним относятся модули МВА8, МВУ8 и МР1, которые смонтированы в шкафу управления (рис. 2).

Модуль ввода аналоговый ОВЕН МВА8 (рис. 3) имеет восемь универсальных входов для подключения сигналов от широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и других физических величин [6, 10].

Рис. 3. Модуль ввода аналоговых сигналов МВА8

МВА8 обеспечивает цифровую фильтрацию и коррекцию входных сигналов, масштабирование показаний датчиков с унифицированным выходным сигналом (активных датчиков). Передача измеренных значений осуществляется по интерфейсу RS-485.

Модуль вывода управляющий ОВЕН МВУ8 (рис. 4) имеет 8 каналов управления различными исполнительными механизмами (ИМ): 2-х позиционными (ТЭНы, двигатели, клапаны); 3-х позиционными (задвижки, краны) как с датчиком положения, так и без него; ИМ с аналоговым управлением [7, 10].

Рис. 4. Модуль вывода управляющий МВУ8

МВУ8 обеспечивает непосредственное управление ИМ по сигналам, полученным по сети RS-485 от контроллеров ТРМ151 и/или SCADA-системы рабочей станции.

Модуль расширения ОВЕН МР1 (рис. 5) имеет 8 выходных элементов для управления твердотельными реле и другими позиционными ИМ.

Модуль МР1 предназначен для увеличения количества выходных элементов МВУ8 [8, 10].

Рис. 5. Модуль расширения МР1

Для сбора, обработки информации и локального управления технологическим объектом (два режима управления – отдельная работа прибора и в сети модулей УСО) используются универсальные микропроцессорные контроллеры ТРМ151 (рис. 6) [5, 10].

Рис. 6. Универсальный микропроцессорный контроллер ТРМ151

ТРМ151 позволяет программно управлять различными ИМ и обладает широкими возможностями конфигурирования с передней панели прибора или с ПЭВМ. Контроллер имеет два встроенных универсальных входа и выхода.

ТРМ151 могут подключаться в сеть с модулями МВА8, МВУ8 и МР1 для обмена данными по интерфейсу RS-485.

Верхний уровень управления реализован на базе рабочей станции (ПЭВМ).