Выбор типа и расчет настроечных характеристик регулятора

Выбрав соответствующий тип регулятора, который обеспечивает его успешную работу в системе автоматического регулирования, приступают к определению оптимальных значений параметров настройки регулятора согласно таблице.

Закон регулирования непрерывных регуляторов зависит от свойств объектов регулирования (емкости, запаздывания, самовыравнивания), характера возмущений и показателей качества переходного процесса:

· пропорциональный, П – закон – для одноемкостных объектов и при медленных возмущениях;

· интегральный, И – закон – для объектов с большим самовыравниванием, с малым запаздыванием, при медленных возмущения;

· пропорционально-интегральный, ПИ – закон – для объектов с любыми запаздываниями, емкостями, самовыравниваниями, при медленных возмущениях;

· пропорционально-дифференциальный, ПД – закон – для объектов с большими запаздываниями, при быстрых, но малых возмущениях;

· пропорционально-интегрально-дифференциальный, ПИД – закон – универсальный, для любых объектов и при любых возмущениях.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) - законченное изделие, имеющее физические входы, выходы, интерфейсы и человеко-машинный интерфейс предназначенное для управления технологическими процессами. Различают контроллеры (адаптеры) для управления электронными узлами информационных сетей, различных вычислителей, радио- и теле аппаратуры, мультимедийных средств и т.д. Здесь речь идет лишь о ПЛК для создания систем автоматического управления технологическими процессами.

Классификация современных контроллеров. Развитие электронной элементной базы, разработка новых средств информационного обмена, развитие алгоритмов управления способствует тому, что линейка ПЛК непрерывно расширяется. Многообразие ПЛК с различными функциональными и техническими, конструктивными характеристиками настолько велико, что разработчики систем автоматизации зачастую оказываются перед нелегким выбором: какой контроллер наилучшим образом подойдет для решения той или иной задачи.

ПЛК классифицируются по ряду признаков, которые наиболее важны для потребителя. Определение для каждого контроллера его классификационных особенностей, его места среди прочих контроллеров позволит с большей точностью выбрать ПЛК для решения конкретной задачи.

Область применения. Область применения – один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Специализированный контроллер со встроенными функциями. Обычно им является минимальный по мощности контроллер, программа действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Часто такие контроллеры реализуют различные варианты функций регулирования. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

Так, например, управление нагревом муфельной печи имеет смысл осуществить при помощи отдельного температурного контроллера. Во-первых, контроллер можно будет расположить возле самой печи, что избавит от необходимости далеко вести провода от датчиков, а во-вторых, температурные контроллеры, как правило, имеют органы индикации, которые позволят видеть текущее значение температуры.

Контроллер для реализации логических зависимостей (коммандоаппарат). Главные сферы применения такого контроллера: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных механизмов. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такого контроллера рассчитан, в основном, на разнообразные дискретные каналы. Наиболее простыми представителями данного класса контроллеров являются интеллектуальные реле.

Контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции. Наиболее распространённый универсальный контроллер, не имеющий ограничений по области применения. Центральный процессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. Иногда, для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором (во многих современных процессорах математический сопроцессор интегрирован в сам кристалл). Инструментальные средства для программирования таких контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таких как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Как правило, также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на всевозможные виды и характеристики каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т.д.).

Контроллер противоаварийной защиты. Он должен отличаться от контроллеров других классов:

· особенно высокой надежностью, достигаемой различными вариантами диагностики и резервирования (например, диагностикой работы отдельных компонентов контроллера в режиме реального времени, наличием основного и резервного контроллеров с одинаковым аппаратным и программным обеспечениями и с модулем синхронизации работы контроллеров, резервированием блоков питания и коммуникационных шин);

· высокой готовностью, т. е. высокой вероятностью того, что объект находится в рабочем режиме (например, не только идентификацией, но и компенсацией неисправных элементов; не просто резервированием, но и восстановлением ошибок программы без прерывания работы контроллеров);

· отказоустойчивостью, когда при любом отказе автоматизируемый процесс переводится в безопасный режим функционирования.

· Контроллер цепи противоаварийной защиты должен иметь сертификат, подтверждающий безопасность его работы в цепях противоаварийной защиты.

Контроллер телемеханических систем автоматизации. Данный класс универсальных контроллеров удобен для создания систем диспетчерского контроля и управления распределёнными на местности объектами. В контроллерах данного класса повышенное внимание уделяется программным и техническим компонентам передачи информации на большие расстояния беспроводными линиями связи. В качестве таких линий часто используются УКВ-радиоканалы с обычными или транковыми радиостанциями. При этом возможна передача информации от каждого контроллера в диспетчерский центр, а также эстафетная передача информации по цепи от одного контроллера к другому до достижения диспетчерского центра.

В настоящее время, в связи с большим скачком в развитии сотовой связи, всё большее распространение получает передача информации через сети GSM. По сравнению с транковыми сетями сети GSM имеют ряд достоинств и недостатков, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи. Тем не менее отметим, что всё большее количество производителей контроллеров для телемеханических систем автоматизации предлагают коммуникационные модули со встроенными GSM -модемами.

Конструктивное исполнение. По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

· встраиваемые;

· размещаемые в общий конструктив;

· модульного типа;

Встраиваемые контроллеры. Как правило, не имеют корпуса, часто конструкция просто крепится на раме. Требований к защитным оболочкам таких контроллеров не предъявляются, поскольку контроллеры встраиваются в общий корпус оборудования и являются неотъемлемой частью этого оборудования.

Контроллеры, размещаемые в общий конструктив. Такие контроллеры характеризуются тем, что все модули – процессорный, коммуникационные, модули ввода-вывода – размещаются в одном конструктиве. В таких контроллерах, как правило, предусматривается некая «материнская» плата с разъёмами, в которые вставляются все модули контроллера.

Конструктивы таких контроллеров бывают как оригинальными, разрабатываемыми производителями, так и стандартизированными. Одним из примеров стандартизированных конструктивов является конструктив Евромеханика (DIN 41494/ IEC 297-1). Стандарт Евромеханика регламентирует ширину, высоту и глубину рамы контроллера.

Контроллеры модульного типа. Контроллеры модульного типа не используют общего конструктива. Каждый модуль таких контроллеров, будь то процессорный модуль или модуль ввода-вывода, имеет собственный корпус. Так как защитную оболочку для каждого модуля сделать проще, чем для всего контроллера, то именно этот тип контроллеров чаще всего выпускают для жёстких условий эксплуатации в исполнениях IP 67 и выше.

Контроллеры модульного типа очень часто выпускают в корпусе для монтажа на рейку DIN NS 35/7,5. Можно выделить две разновидности контроллеров: с внутренней межмодульной шиной и с внешней шиной.

Модули контроллеров с внутренней межмодульной шиной на боковых поверхностях имеют контакты для подключения соседних модулей. А модули контроллеров с внешней шиной, как правило, используют для связи между модулями какую-нибудь скоростную полевую шину, например CAN.

Вопросы для самопроверки

1. Чем отличается контроллер от измерителя регулятора?

2. Дайте классификацию ПЛК по различным признакам.

3. Поясните преимущества и недостатки различных типов контроллеров.

4. Какие Вы знаете контроллеры по областям применения?

5. Поясните классификацию ПЛК по конструктивному исполнению.

Должен знать: назначение, классификацию, принцип действия и состав устройств ввода-вывода, классификацию ПЛК по различным признакам.

Должен уметь: различать устройства ввода-вывода по различным признакам, различать контроллеры по группам.