УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР
Полезная модель относится к области автоматизации процессов управления, в частности к системам, обеспечивающим управление исполнительными механизмами в режиме удаленного доступа с мониторингом на дисплее ЭВМ.
Известен многоканальный регулятор, содержащий источники сигналов в виде датчиков, устройства управления, связываемые с исполнительными механизмами, связанный с дистанционно расположенным компьютерным постом выполненный в корпусе микропроцессорный блок, выполненный с энергонезависимым запоминающим устройством и соответствующим программным обеспечением для сравнения в каждом канале полученного от подключенного к этому каналу датчика сигналов с установленным заданным значением и выдачи управляющего сигнала на устройство управления для изменения физического состояния исполнительного механизма (US, патент № 5128855, G06F 15/16, опубл. 07.07.1992).
Недостатком данного регулятора является то, что он может быть настроен по пороговым значениям контролируемых параметров только с компьютерного поста, с которого также осуществляется мониторинг. В то же время существует необходимость регулирования установленных параметров не только с удаленно расположенного поста мониторинга, но и непосредственно по месту расположения регулятора, особенно при осуществлении технологических, настроечных и ремонтных операций.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по обеспечению возможности ввода установочных параметров с лицевой панели регулятора и расширении возможностей управления и регулирования исполнительными механизмами.
Достигаемый при этом технический результат заключается расширении эксплуатационных характеристик за счет обеспечения возможности ввода установочных данных как с дистанционно расположенного компьютерного поста, так и с кнопочного устройства самого регулятора.
Указанный технический результат достигается тем, что в универсальном многоканальном регуляторе, содержащем источники сигналов в виде датчиков, устройства управления, связываемые с исполнительными механизмами, связанный с дистанционно расположенным компьютерным постом выполненный в корпусе микропроцессорный блок, выполненный с энергонезависимым запоминающим устройством и соответствующим программным обеспечением для сравнения в каждом канале полученного от подключенного к этому каналу датчика сигналов с установленным
G06F 15/16
заданным значением и выдачи управляющего сигнала на устройство управления для изменения физического состояния исполнительного механизма, на корпусе микропроцессорного блока смонтированы дисплей для отображения величин параметров и устройство ввода кнопочного типа для ввода в микропроцессорный блок устанавливаемых значений параметров регулирования для каждого канала и хранения их в энергонезависимом запоминающем устройстве, в каждом канале микропроцессорный блок связан на выходе с двумя независимыми устройствами управления на транзисторных ключах для одного исполнительного механизма, каждый из которых предназначен для изменения положения управляющего элемента исполнительного механизма в противоположных друг другу направлениях, микропроцессорный блок включает в себя связанный с выходами датчиков аналого-цифровой преобразователь, встроенный в однокристальный микроконтроллер для цифровой фильтрации, обработки полученных цифровых сигналов, опроса кнопок, формирования сигналов для индикации и управления и сигналов обмена данными с дистанционно расположенным компьютерным постом, при этом микропроцессорный блок выполнен с функцией автоматического перезапуска управляющей программы при нарущении функционирования программного обеспечения.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель иллюстрируется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг. 1 - блок-схема регулятора;
фиг. 2 - внешний вид корпуса со стороны лицевой панели;
фиг. 3 - диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления в режиме «двухпозиционный нагреватель ;
фиг. 4 - диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления в режиме двухпозиционный «холодильник ;
фиг. 5 - диаграмма состояния выхода первого устройства управления канала в режиме двухпозиционный «ограничитель ;
фиг. 6 - диаграмма состояния выхода второго устройства управления канала в режиме двухпозиционный «ограничитель ;
фиг. 8 - диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления в режиме двухпозиционный «U-образный.
Согласно настоящей полезной модели универсальный многоканальный регулятор содержит источники сигналов в виде датчиков 1. Выполненные в отдельном корпусе 2 устройства управления 3, связываемые с исполнительными механизмами (не показаны), связанный с дистанционно расположенным компьютерным постом микропроцессорный блок 4, выполненный с энергонезависимым запоминающим устройством и соответствующим программным обеспечением для сравнения в каждом канале полученного от подключенного к этому каналу датчика сигналов с установленным заданным значением и выдачи управляющего сигнала на устройство управления для изменения физического состояния исполнительного механизма.
На корпусе 2 микропроцессорного блока смонтированы дисплей 5 для отображения величин параметров и устройство ввода 6 кнопочного типа для ввода в микропроцессорный блок устанавливаемых значений параметров регулирования для каждого канала и хранения их в энергонезависимом запоминающем устройстве.
В каждом канале микропроцессорный блок связан на выходе с двумя независимыми устройствами управления на транзисторных ключах для одного исполнительного механизма, каждый из которых предназначен для изменения положения управляющего элемента исполнительного механизма в противоположных друг другу направлениях.
Микропроцессорный блок включает в себя связанный с выходами датчиков аналого-цифровой преобразователь, встроенный в однокристальный микроконтроллер для цифровой фильтрации, обработки полученных цифровых сигналов, опроса кнопок, формирования сигналов для индикации и управления и сигналов обмена данными с дистанционно расположенным компьютерным постом, при этом микропроцессорный блок выполнен с функцией автоматического перезапуска управляющей программы при нарушении функционирования программного обеспечения.
Ниже приводится пример конкретного исполнения многоканального регулятора.
Регулятор (фиг.. 1) предназначен для контроля и поддержания температуры либо другого физического параметра, измеряемого регулятором с высокой точностью по 8 входным каналам, одновременного управления несколькими (до 8-ми) исполнительными механизмами, а также для регистрации значений параметров на ЭВМ и удаленного управления прибором.
прибора подается унифицированный сигнал тока или напряжения 4..20 мА, 20..4 мА, 0..5 мА, 0..10 мА, 0..10 В и т.д. Это позволяет использовать регулятор для контроля давления, расхода, влажности и других физических величин, если для этого используются датчики с унифицированным выходным сигналом тока. Сигналы с входов прибора поступают на логическое устройство блока обработки данных.
Регулятор имеет 16 выходов типа «транзисторный ключ (по 2 выхода на каждый канал). Выходы служат для передачи на исполнительные механизмы управляющих импульсов. Длительность импульсов определяется расчетами, проводимыми блоком обработки данных. Этот блок предназначен для обработки входного сигнала, его масштабирования, фильтрации, индикации измеренной величины и формирования сигналов управления. Каждый из 8 каналов управления может работать в режиме ПИДрегулятора (обнулением соответствующих коэффициентов достигается работа по ПД, ПИ, П-алгоритмам), или в режиме двухпозиционного регулятора («нагреватель - прямой гистерезис, «холодильник - обратный гистерезис, П-образная и U-образная). Режим работы (и все параметры выбранного алгоритма регулирования) выбирается программно для каждого канала. Выходные воздействия формируются парами ШИМ-сигналов для каждого канала («больше и «меньше).
Прибор используется для управления исполнительных устройствами, соответствующих входным каналам, и использующими принцип ШИМ-управления. На каждое исполнительное устройство выделяется по два канала управления («больще и «меньше), на которые в зависимости от измеренного значения соответствующего канала, заданной уставки и параметров ПИД-алгоритма подаются прибором импульсы определенной длительности, позволяющие с учетом инерционности объекта управления привести значение измеряемого параметра к уставке. В случае отклонений значения параметра от уставки, вызванного внешними воздействиями, прибор осуществляет регулирование и возвращает значение параметра в максимально близкие границы от уставки (зависят от объекта управления и правильности выбора параметров ПИДалгоритма). Ниже приводится логика управления транзисторными ключами:
-Режим П, ПД, ПИ - регулирование: по принципу работы полностью аналогичны ПИД-регулированию, но один или два параметра ПИД-алгоритма задаются равными нулю (например, при равной нулю интегральной постоянной Ти осуществляется ПДрегулирование).
канала. Второе устройство при этом является обратным к первому. Диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления приведена на фиг. 3.
-Режим двухпозиционный «холодильник : для управления исполнительным устройством используется одпо устройство управления для каждого регулируемого канала. Второе устройство при этом является обратным к первому. Диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления приведена на фиг. 4.
-Режим двухпозиционный «ограничитель : используется для ограничения положения исполнительного устройства при ПИД, ПИ, ПД и П - регулировании. Канал, регулируемый «ограничителем, электрически связывается (вне прибора) с каналом, подлежащим ограничению, и удерживает при помощи двух своих управляющих выходов значение положения исполнительного устройства в заданных пользователем границах: от (Уставка-Дельта) до (Уставка+Дельта). Это значит, что «ограничитель не дает ПИДалгоритму на втором, связанном с ограничивающим, канале, вывести своими импульсами положение исполнительного устройства за эти границы. Диаграмма состояний выходов устройств управления приведена на фиг. 5, 6.
-Режим двухпозиционный «П-образный : для управления исполнительным устройством используется одно устройство управления для каждого регулируемого канала. Второе устройство при этом является обратным к первому. Диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления приведена на фиг. 7.
-Режим двухпозиционный «U-образный : для управления исполнительным устройством используется одно устройство управления для каждого регулируемого канала. Второе устройство при этом является обратным к первому. Диаграмма состояний выхода «прямого устройства управления приведена на фиг. 8.
Прибор имеет встроенный адаптер промыщленной сети RS-422 (RS-485). Для повышения скорости и надежности обмена применена четырехпроводная (дуплексная) линия связи, позволяющая вести двухсторонний обмен со скоростью 115200 бит/с на расстоянии между абонентами до 1200 м. Попарным замыканием контактов сеть RS-422 может быть превращена в полудуплексную двухпроводную сеть RS-485. Программный протокол обмена с прибором позволяет вести как считывание значений входных каналов прибора, так и удаленное управление им со стороны ЭВМ. Протокол является открытым, подробно описан и позволяет сопрягать прибор с любыми программными и аппаратными средствами ЭВМ.
Программирование прибора осуществляется кнопками, расположенными на передней панели. Для выбора и редактирования параметров используется экранное меню на русском языке, позволяющее стандартным образом быстро просмотреть или изменить значение любого параметра закона регулирования или режима работы прибора. Все настройки прибора могут быть защищены паролем для предотвращения несанкционированного доступа.
Конструктивно прибор выполнен в пластмассовом корпусе для щитового крепления. Обеспечение питания и внешних связей прибора производится подключением соответствующих линий к клеммникам, расположенным на задней стенке прибора. На лицевой панели прибора расположены: жидкокристаллический дисплей, восемь светодиодных индикаторов и шесть клавиш управления. Принцип работы прибора состоит в высокоточном и высокоскоростном измерении напряжения, пропорционального измеряемому параметру. Напряжение поступает на входы многоканального аналоговоцифрового преобразователя, встроенного в однокристальный микроконтроллер для дальнейшей цифровой фильтрации и обработки (расчетов по выбранному алгоритму управления). Кроме того, микроконтроллер обеспечивает опрос кнопок, формирование сигналов для индикации и управления, а также обмен информацией с ЭВМ. Все введенные параметры регулирования и рабочих режимов заносятся в энергонезависимое запоминающее устройство, что обеспечивает их сохранность и неизменность при отключении питания прибора на любой срок.
Возможность «зависания прибора исключена благодаря наличию встроенного аппаратного сторожевого таймера, осуществляющего автоматический перезапуск управляющей программы в случае каких-либо сбоев или аварийной остановки программы.
Регулятор эксплуатируется следующим образом.
Подается на прибор напряжение питания. При исправности источника сигнала и линии на дисплее отобразится номер канала, по которому производится измерение, величина измеренного значения, размерность (если она выбрана в настройках) и значение уставки для данного параметра (если в настройках не выбран режим «Измеритель). Если вместо значения высвечивается мигающее слово «Обрыв или «КЗ, то проверяется правильность подключения датчика, его исправность, исправность соединительной линии и качество соединений.
Для перехода в циклический режим отображения каналов необходимо нажать клавишу «Вверх. После этого прибор будет циклически менять номера отображаемых каналов каждые 5 секунд до нажатия любой клавиши.
Для просмотра значений настроек прибора его переводят из режима «РАБОТА в режим «ПАРОЛЬ нажатием клавиши «Ввод, вводят правильный пароль и повторным нажатием клавиши «Ввод переходят в режим «ПРОСМОТР. Для изменения значения выбранного параметра настройки нажимают клавишу «Ввод и переходят в режим «ПРОГРАММИРОВАНИЕ. При этом на дисплее появится мигающий курсор в изменяемом разряде. Изменив нужным образом значение, нажимают клавишу «Ввод для сохранения его в энергонезависимой памяти, а затем клавишу «Возврат для возврата в режим «ПРОСМОТР. Если перед возвратом не нажата клавиша «Ввод, то значение редактируемого параметра возвращается к тому, которое было до входа в режим «ПРОГРАММИРОВАНИЕ. Из режим «ПРОСМОТР вернуться в режим «РАБОТА можно также нажатием клавиши «Возврат. Также возврат из режимов «ПРОСМОТР и «ПАРОЛБ в режим «РАБОТА (а из режима «ПРОГРАММИРОВАНИЕ в режим «ПРОСМОТР) происходит автоматически через 30 с, если за это время не нажата ни одна клавиша.
В режимах «РАБОТА и «ПРОСМОТР используют клавиши «Вверх и «Вниз для изменения номера текущего канала, а в режимах «ПАРОЛЬ и «ПРОГРАММИРОВАНИЕ для изменения разряда, выделенного мигающим курсором. Прибор контролирует  правильность ввода и не допустит установки некорректных значений, выходящих за допустимые для конкретного параметра пределы. В режиме «РАБОТА используют одновременное нажатие клавиш «Возврат и «Ввод (сначала нажмите «Возврат и не отпуская ее -«Ввод) для сброса всех параметров настройки на первоначальные («заводские) значения.