1. PRZEZNACZENIE

1
1. PRZEZNACZENIE
Regulator RF-537 jest uniwersalnym regulatorem PID o różnorodnych funkcjach, przeznaczonym do automatyzacji procesów technologicznych w energetyce, ciepłownictwie, hutnictwie, przemyśle maszynowym, chemicznym, materiałów budowlanych i innych. Realizuje
wszystkie typowe struktury regulacyjne, tj. regulację stałowartościową, stosunku, kaskadową,
sterowanie nadrzędne itd. Sygnał sterujący może być ciągły, 3-pozycyjny ze sprzężeniem lub
bez sprzężenia od położenia siłownika oraz 2-pozycyjny typu załącz/wyłącz, jakiego wymaga
m.in. grzejnictwo elektryczne. Wartości wszystkich wejść analogowych są prezentowane w
jednostkach fizycznych, a więc RF-537 pracuje jednocześnie jako regulator i stacja pomiarowa (4-sygnałowa).
Dzięki wielofunkcyjnym wejściom i wyjściom binarnym RF-537 może współpracować ze stacyjką wielkości zadanej, stacyjką sterowania ręcznego lub sterownikiem PLC. Regulator kontroluje pracę siłownika 3pozycyjnego - reakcję na sterowanie, wyłączniki krańcowe, przeciążenie. Jest przystosowany do pracy w
układach redundancyjnych zarówno jako regulator podstawowy jak i rezerwowy, np. w układzie stabilizacji
poziomu wody walczaka kotła energetycznego.
RF-537 jest przeznaczony do pracy w rozproszonym
systemie automatyki komunikując się z komputerem
nadrzędnym w standardzie RS-485 lub RS-232C według protokołu TRANS, podobnie jak sterownik PSW i
stacja pomiarowa WWT.
Rys.1.1 Regulator RF-537
Wersja rozszerzona. Cechy wymienione wyżej dotyczą wersji podstawowej. W wersji z rozszerzoną pamięcią regulator zawiera dodatkowo: 1) programator zegarowy, 2) algorytmy samonastrajania i adaptacji, 3) programową zmianę nastaw, 4) konfigurowane bloki funkcyjne, 5) alternatywne protokoły komunikacyjne - MO-
DBUS lub PROFIBUS.
Programator zegarowy umożliwia sterowanie procesów okresowych, np. pieców komorowych
i suszarń. Regulator posiada również zegar czasu rzeczywistego pozwalający uzależnić sterowanie od pory dnia, czego wymagają np. węzły cieplne.
RF-537 jest regulatorem samonastrajalnym i adaptacyjnym. Na polecenie operatora potrafi
sam się „nastawić”, odpowiednio do zadanego stopnia tłumienia zakłóceń i przeregulowania
(lub bez przeregulowania) minimalizując jednocześnie czas regulacji. Jeżeli po pewnym czasie na skutek niestacjonarności procesu lub innych przyczyn przebiegi dynamiczne ulegają
zmianie, RF-537 od czasu do czasu samoczynnie adaptuje nastawy doprowadzając przebiegi
do pierwotnego kształtu.
Nastawy można uzależnić od punktu pracy, co jest potrzebne dla sterowania procesami nieliniowymi, jak np. stabilizacja pH w instalacjach chemicznych i ochronie środowiska.
Regulator RF-537 zawiera 16 bloków funkcyjnych w celu konfiguracji specjalnych struktur
określania wielkości zadanej lub przetwarzania zmiennych procesowych. Występują wśród
nich bloki arytmetyczne, komparatory, blok określania przepływu, bloki logiczne i czasowe.
Bloki funkcyjne zwiększają elastyczność czyniąc RF-537 bliskim sterownikom programowalnym.
2
2. CECHY FUNKCJONALNE
Podstawowe cechy regulatora RF-537 są następujące (por. rys.2.1):
• 13 skonfigurowanych typowych struktur regulacyjnych, w tym 8 jednopętlowych, 4 kaskadowe i 1 struktura wskaźnika procesowego (z ustawianiem wyjścia)
• 5 wariantów wielkości zadanej: (1) ustawiana z panelu czołowego, (2) określana na podstawie
sygnału wejściowego, (3) transmitowana przez komputer nadrzędny, (4) ustawiana zdalnie ze
stacyjki SWZ lub sterownika PLC, (5) generowana przez programator zegarowy lub bloki
funkcyjne (wersja rozszerzona)
• 3 rodzaje sygnału sterującego: ciągły, 3-pozycyjny ze sprzężeniem lub bez sprzężenia od
położenia siłownika, 2-pozycyjny z modulacją szerokości impulsów (PWM)
• 4 wejścia analogowe 0/4...20mA z filtracją, skalowaniem, pierwiastkowaniem oraz 10odcinkową linearyzacją charakterystyki przetwornika, sterowanie ręczne w razie uszkodzenia
wejścia
• 8 wejść binarnych 24VDC/10mA różnorodnego przeznaczenia, w tym sygnalizacja gotowości, śledzenie, zdalne sterowanie ze stacyjki SSR lub sterownika PLC, kontrola siłownika,
ustawianie wyjścia bezpiecznego, blokada konfiguracji itp.
• 2 wyjścia analogowe 0/4...20mA do ciągłego sterowania napędami falownikowymi, serwozaworami z własnymi pozycjonerami itp. lub przekazywania dalej wybranego sygnału
• 6 wyjść binarnych, w tym 2 przekaźnikowe 30VDC/1A do sterowania 2- i 3-pozycyjnego
oraz 4 napięciowe 24VDC/0.4A obsługujące współpracę ze stacyjką lub PLC, sygnalizujące
przekroczenia poziomów alarmowych, stany pracy regulatora itp.
• Panel czołowy do obsługi procesu i konfiguracji regulatora, zawierający wskaźnik 4-cyfrowy,
1-znakowy identyfikator wskazywanego sygnału, 5 przycisków, linijkę LED-ową oraz 11
LED-ów pojedynczych
• Sygnalizacja przekroczeń poziomów alarmowych - wysokiego i niskiego, jednej lub dwóch
zmiennych. Alarmowanie przy przeciążeniu siłownika i niewłaściwej reakcji na sterowanie
• Algorytm PID z filtrem wartości zadanej umożliwiający jednoczesne uzyskanie oscylacyjnych przebiegów zakłóceniowych i gładkich przebiegów przy zmianach wielkości zadanej
• Wskazywanie wejść analogowych w jednostkach fizycznych umożliwiające zastosowanie
RF-537 jednocześnie jako regulatora i 4-sygnałowej stacji pomiarowej
• Komunikacja z komputerem nadrzędnym w standardzie RS-485 lub RS-232C według protokołu TRANS (wersja podstawowa), albo MODBUS lub PROFIBUS (wersja rozszerzona)
• Wyjście watch-doga 24VDC do sygnalizacji uszkodzenia regulatora i połączenia z regulatorem redundancyjnym (watch-dog zeruje wyjścia)
• 20-odcinkowy programator wielkości zadanej dla procesów okresowych oraz zegar czasu
rzeczywistego uzależniający sterowanie od pory dnia lub tygodnia (wersja rozszerzona)
• Samonastrajanie - inicjowane przez operatora samoczynne określenie nastaw PID w wyniku
niewielkich zmian sygnału sterującego (10%), zapewniające wymagany kształt przebiegów
przy minimalnym czasie regulacji (wersja rozszerzona)
3
Rys.2.1. Schemat funkcjonalny regulatora RF-537 wraz z połączeniami zewnętrznymi
• Adaptacja - automatyczna korekta nastaw, jeżeli kształt przebiegu dynamicznego po zmianie
wielkości zadanej lub silnym zakłóceniu odbiega od zadanego (wersja rozszerzona)
• Programowa zmiana nastaw PID wraz z punktem pracy wyznaczonym przez odpowiedni
sygnał celem uzyskania jednakowej jakości regulacji obiektu nieliniowego, generowany przez
3-krotne samonastrajanie (wersja rozszerzona)
• 16 bloków funkcyjnych - arytmetycznych, wybieraków max/min, komparatorów, określania
przepływu itd., w celu konfiguracji specjalnych struktur określania wielkości zadanej lub
przetwarzania sygnałów wejściowych (wersja rozszerzona)
• Inne: (1) zasilanie przetworników i inicjatorów obiektowych - 24VDC/350mA, (2) kontrola
wyjść analogowych przez wejścia, (3) kontrola przeciążenia wyjść binarnych i zasilania,
(4) samoczynne przejście na sterowanie ręczne przy określonych niesprawnościach (z alar-
4
mowaniem), (5) płynny restart po zaniku i wznowieniu zasilania, (6) symulator obiektowy,
(7) konfigurator graficzny.
Instrukcja rozszerzona. Niniejsza instrukcja dotyczy standardowych zastosowań regulatora
RF-537, tzn. gdy nie współpracuje on ze stacyjkami SWZ, SSR itp., prowadzi regulację stałowartościową lub zwykłą nadążną, nie potrzeba programowej zmiany nastaw. Sprawy te
omówiono w „Rozszerzonej instrukcji obsługi. Część I - Wersja podstawowa”, nazywanej
tutaj krótko „Instrukcją podstawową”. Rozdziały 3, 4, 5 i praktycznie 6 są w obydwu instrukcjach takie same. Dotyczy to również list przełączników konfiguracyjnych i parametrów (Dodatki A, B, C). W części II instrukcji rozszerzonej („Wersja rozszerzona”) przedstawiono
programator zegarowy, samonastrajanie, adaptację, programową zmianę nastaw, bloki funkcyjne, komunikację oraz symulator obiektowy. Scharakteryzowano tam również drivery komunikacyjne przeznaczone do połączeń RF-537 z komputerem, w którym zainstalowano pakiet wizualizacji i sterowania nadrzędnego WIZCON, FIX, WSSN lub ORSA.
Symulator. Regulator RF-537 jest dostarczany wraz z dyskietką zawierającą program symulatora oraz program komunikacji z komputerem PC (RS-232C). Pierwszy symuluje zarówno
regulator jak i obiekt, przy czym rodzaj obiektu i jego własności można zmieniać w szerokich
granicach. Na ekranie jest widoczny panel czołowy i tabele wartości symulowanych sygnałów. Klawisze numeryczne w górnym rzędzie klawiatury odpowiadają przyciskom regulatora.
Symulator służy do nauki obsługi i konfiguracji RF-537, testowania skonfigurowanych struktur, analizy sterowania adaptacyjnego itp. Sam regulator jest również wyposażony w nieco
prostszy symulator obiektowy, którym „steruje” przy odpowiednim ustawieniu jednego z
przełączników konfiguracyjnych (sprzętowych). Z symulatora korzysta się często bezpośrednio przed uruchomieniem RF-537 na odpowiedzialnym obiekcie. Program komunikacyjny
znajdujący się na dyskietce stanowi uzupełnienie symulatora umożliwiając obserwację pracy i
zdalną obsługę regulatora, łącznie z transmisją danych konfiguracyjnych i parametrów ustawionych w PC. Symulator przedstawiono w „Instrukcji podstawowej”.
Konfigurator graficzny. Jest to pakiet oprogramowania komputera PC przedstawiające na
ekranie schematy blokowe podawane w następnych rozdziałach, tzn. obwody wejść analogowych i binarnych, układy generacji wielkości zadanej, algorytm PID, obwody wyjściowe, na
których znajdują się przełączniki konfiguracyjne. Za pomocą „myszy” lub klawiszy można
zmieniać położenie przełączników, co naturalnie widać na ekranie. Widok skonfigurowanego
schematu ułatwia zrozumienie funkcjonowania regulatora uniezależniając jednocześnie od
instrukcji. Można ponadto ustawiać parametry, które pojawiają się w oknie dialogowym po
„kliknięciu” na wybranym bloku. Dane konfiguracyjne i parametry ustawione przez konfigurator mogą być wykorzystane przez symulator lub przesłane do RF-537. Konfigurator stanowi
opcjonalne wyposażenie regulatora.
5
3. BUDOWA
Regulator RF-537 składa się z trzech płyt podstawowych - mikrokomputera, wejść i wyjść
analogowych, wejść i wyjść binarnych oraz mniejszej płytki panelu czołowego. Na tylnej
ściance znajdują się złącza sygnałów obiektowych i złącze komunikacyjne. Ogólną strukturę
sprzętową pokazano na rys.3.1.
Mikrokomputer. Jednostką centralną
regulatora jest wielofunkcyjny mikrokontroler SAB 80C537 Siemensa (mikrokomputer jednoukładowy), który
realizuje program sterujący oraz obsługuje układy współpracujące. Pamięć
EPROM wersji podstawowej zawiera
64kB, a wersji rozszerzonej 128kB
(bankowanie). Pamięć danych konfiguracyjnych i parametrów EEPROM ma
2/4kB, a pamięć robocza RAM 8/32kB. Zawartość RAM jest podtrzymywana bateryjnie.
Wejścia i wyjścia analogowe. Obwód
każdego wejścia zawiera wzmacniacz
Rys.3.1. Struktura sprzętowa regulatora RF-537
separujący i filtr szumów pomiarowych. Przetworniki A/C i multiplekser wchodzą w skład mikrokontrolera 80C537. Dokładność przetwarzania wynosi 10 bitów, ale dzięki automatycznemu doborowi poziomu odniesienia, wielokrotnemu odczytywaniu i uśrednianiu wzrasta do 12...13 bitów (0.02%). Mikrokontroler generuje również sygnały PWM1) o modulowanej szerokości impulsów, które po
filtracji i przetworzeniu na prąd stanowią wyjścia analogowe. Są one kontrolowane wewnętrznie przez specjalne wejścia.
Wejścia binarne. Tor wejścia binarnego zawiera filtr, transoptor i bramkę separującą. Na
wyjściach napięciowych zainstalowano układy TDE 1798 Siemensa zabezpieczające przed
zwarciem i sygnalizujące przeciążenie. Wyjścia przekaźnikowe mają zestyki normalnie
otwarte lub zamknięte.
Panel czołowy. Wskaźnik 4-cyfrowy, identyfikator sygnału, przyciski, linijka LED-owa i
LED-y pojedyncze są obsługiwane przez układ 82C79 Intela oraz wtórniki tranzystorowe.
Nazwa pętli regulacyjnej i opis skali linijki znajdują się na wymiennych wkładkach pod folią
osłaniającą.
Komunikacja. RF-537 prowadzi ją w standardzie RS-485 lub RS-232 za pomocą portu szeregowego mikrokontrolera. Sterownikiem linii RS-485 jest układ SN75176B, a linii RS232C - MAX232. Nadajnik RS-485 jest kontrolowany przez własny odbiornik. Wyboru kanału podstawowego lub redundancyjnego dokonuje komputer. Przerwę w komunikacji sygnalizuje LED R .
Zegar RTC. Regulator jest wyposażony w układ RTC 62421 zegara czasu rzeczywistego z
własną baterią. Ustawianie daty i czasu przebiega w zwykły sposób. Zegar RTC może zmieniać wielkość zadaną w 5 wybranych momentach czasowych doby lub tygodnia.
1)
Pulse width modulation
6
Watch-dog. Ciągłość pracy procesora kontroluje układ MAX 695 o czasie reakcji około
1 sekundy. Awaryjne wyłączenie regulatora jest sygnalizowane przez wyjście watch-doga
(rys.2.1) oraz LED WD. Wyjście służy do alarmowania, „zatrzaśnięcia” ostatniej wartości
sterowania ciągłego w stacyjce SSR lub włączenia regulatora rezerwowego. Podczas normalnej pracy LED WD świeci na zielono, a podczas awarii na czerwono.
Inne. RF-537 jest zasilany napięciem 24 VDC. Regulator może sam zasilać przetworniki i
inicjatory obiektowe (rys.2.1). Czujnik zaniku zasilania wraz z odpowiednim programem zabezpieczającym umożliwiają płynny restart. Przerwa w zasilaniu powoduje alarm. Na płycie
mikrokomputera znajdują się przełączniki konfiguracyjne służące m.in. do blokady danych
konfiguracyjnych i parametrów.