SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

МЕТАКОН-1725/1745 – новое семейство многоканальных контроллеров технологических процессов

Функциональные возможности многоканальных контроллеров технологических процессов МЕТАКОН-1725/1745 фирмы «КонтрАвт» поистине впечатляют. Данная статья помогает разработчикам разобраться во всем многообразии их функций и сделать правильный выбор.

НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород


Журнал «ИСУП» в своих публикациях уже знакомил читателей с контроллерами технологических процессов МЕТАКОН новой серии 1000, выпускаемыми НПФ «КонтрАвт»

В частности, во втором номере за 2011 год, в статье, посвященной многофункциональному контроллеру технологических процессов МЕТАКОН-1205, отмечалось, что современные приборы настолько функционально насыщенны, что перед разработчиками систем встает непростая задача выбора подходящего контроллера. Описанию трех более простых вариантов прибора МЕТАКОН-1205 – измерителя МЕТАКОН-1005, нормирующего преобразователя МЕТАКОН-1015 и простейшего позиционного регулятора МЕТАКОН-1105 – был посвящен материал в 6-м номере журнала «ИСУП» за 2012 год.

Сейчас мы хотим рассказать о новых многоканальных конт­роллерах технологических процессов МЕТАКОН-1725 и МЕТАКОН-1745, причем, как и в предыдущих статьях, основное внимание мы уделим тем возможностям, которые предоставляют контроллеры пользователям, а также задачам, которые способны решать эти приборы.

Приборы МЕТАКОН-1725 и МЕТАКОН-1745 имеют схожие функциональные возможности и структуры, основное отличие в том, что МЕТАКОН-1725 обрабатывает два входных аналоговых сигнала, а МЕТАКОН-1745 – четыре. Поэтому речь пойдет в основном о контроллере МЕТАКОН-1725, а там, где это необходимо, мы будем давать соответствующие пояснения относительно устройства МЕТАКОН-1745.

Внешний вид прибора МЕТАКОН-1725, его передней панели, расположение органов индикации и управления можно рассмотреть на рис. 1. Конструктивно контроллеры МЕТАКОН-1725/1745 предназначены для щитового монтажа, передняя панель имеет размеры 48 × 96 мм, монтажная глубина составляет 120 мм. Внешние подключения осуществляются с помощью разъемных клеммных соединителей. Это облегчает монтаж, обслуживание и замену приборов.

рис.1.png

Рис. 1. Внешний вид контроллера МЕТАКОН-1725

Функциональные структуры трех модификаций двухканального контроллера МЕТАКОН-1725 представлены на рис. 5–7.


Измерение сигналов

Приборы имеют универсальные входы (МЕТАКОН-1725 – 2 входа и МЕТАКОН-1745 – 4 входа), которые позволяют подключать температурные датчики (12 типов термопар и 5 типов термометров сопротивления), также с их помощью контроллеры воспринимают унифицированные сигналы тока и напряжения. Это позволяет измерять как температуру, так и другие технологические параметры, если датчики имеют унифицированные выходные сигналы. Естественно, в приборах осуществляется линеаризация номинальных статических характеристик термопреобразователей, возможно масштабирование линейных унифицированных сигналов. В числе датчиков, с которыми могут работать приборы, назовем пирометры с характеристиками РК-15 и РС-20, вакуумные манометрические преобразователи ПМТ-2 и ПМТ-4, а также потенциометры с сопротивлением до 500 Ом.

Контроллеры являются прецизионными средствами измерения с классом точности 0,1. Высокая точность измерения – важнейшая отличительная характеристика приборов, поскольку они могут использоваться как нормирующие преобразователи сигналов в унифицированные токовые сигналы, а также как устройства сбора и передачи данных по сети RS-485.


Преобразование измеренных сигналов

Измеренные сигналы поступают на блок преобразования F, в котором осуществляется совместное преобразование обоих сигналов. В таблице 1 приведены возможные способы преобразования одноименного сигнала Х1 и парного сигнала Х2 в значение измеренного сигнала Y1, аналогичные преобразования можно задать и для выхода Y2.

Таблица 1. Способы обработки сигналов в блоке преобразования F

Таб..png

Во многих случаях преобразование не требуется и входные сигналы просто транслируются (функция 1). Стоит обратить внимание на вариант преобразования, когда один сигнал поступает на два выхода (например, Y1 = X1 (функция 1) и Y1 = X2 (функция 2)), то есть происходит размножение сигналов. Ниже будут описаны варианты применения контроллеров, когда размножение сигналов используется для разветвления (размножения) унифицированных токовых сигналов, а также для увеличения числа независимых уровней сигнализации по одному измеренному сигналу.

Именно сигналы с выхода блока преобразования поступают на компараторы и нормирующие преобразователи.


Отображение измеренных сигналов

Измеренные сигналы, а также другие параметры контроллеров отображаются на двухстрочном цифровом дисплее (рис. 1). В обычном режиме работы на верхнем дисплее фиксируется измеренное значение Y, а вот параметр, который отражается на нижнем дисплее, пользователь может выбрать самостоятельно. Это могут быть сигналы до преобразования X, сигналы парного канала до (Х) и после (Y) преобразования, уставки, значения выходного токового сигнала в процентах или в мА. Выбранный параметр воспроизводится постоянно, а остальные можно просмотреть в оперативном режиме.


Функции компараторов

Компаратор способен выполнять 8 разновидностей функций (рис. 2), которые отличаются видом зависимости выходного сигнала от уровня входного, а также способом задания уровней срабатывания компараторов.

Рис.2.png

Рис. 2. Функции компараторов

В контроллере можно задать так называемый режим отложенной сигнализации, когда отменяется первое включение компаратора, даже если условия для этого возникли. На рис. 3 показан пример, в котором режим отложенной сигнализации используется в момент разогрева печи до рабочего уровня, когда сигнализация «Выход за допустимый интервал» (функции 7, 8) не должна срабатывать.

Рис.3.png

Рис. 3. Работа компаратора в режиме отложенной сигнализации

Также для компаратора можно установить задержку срабатывания D. Компаратор изменит свое состояние только в том случае, если условия срабатывания без перерыва выполняются дольше, чем задержка срабатывания D.

Выходами компаратора могут быть электромагнитные реле (250 В, 3 А) (тип Р), n-p-n оптотранзистор с открытым коллектором (60 В, 150 мА) (тип Т), драйвер силового симистора (800 В, 1 А имп.) (тип С).


Нормирующие преобразователи

Некоторые модификации контроллера содержат нормирующие преобразователи, которые осуществляют преобразование входного измеренного сигнала (или сигнала с блока преобразования F) в унифицированный сигнал 4…20 мА (рис. 4). Возможно преобразование как полного диапазона измеренного сигнала, так и его части, выбранной пользователем. Наклон функции преобразования (прямой или обратный) также указывается пользователем.

Рис.4.png

Рис. 4. Прямое и обратное преобразование измеренного сигнала в токовый сигнал


Применения позиционного регулятора/сигнализатора

Области применения позиционного регулятора/сигнализатора модификации МЕТАКОН-1725-2DO/2DO (где DO – дискретные выходы типа Р, Т или С) (рис. 5) достаточно традиционны. Это все задачи, в которых требуется измерение и отображение технологических параметров, сбор данных и передача данных по сети в системы верхнего уровня, сигнализация, позиционное регулирование. При решении этих вполне традиционных задач контроллеры МЕТАКОН-1725 дают пользователям много полезных возможностей. В частности, по выбору пользователя на двухстрочном цифровом дисплее могут одновременно отображаться два измеренных сигнала или измеренное значение и уставка. Поскольку в структуре контроллера имеется два компаратора для каждого входа, то для каждого входного сигнала можно организовать: а) позиционное регулирование и сигнализацию, б) сигнализацию по двум независимым уровням, в) трехпозиционное регулирование. Более того, с учетом уже упоминавшейся выше возможности размножения входного сигнала, с помощью контроллера можно решать задачи, в которых требуется применение четырех компараторов, например, задачу сигнализации по четырем независимым уровням (или трехпозиционного регулирования с двумя сигнализациями). Однако при этом следует иметь в виду, что второй входной сигнал только измеряется и отображается, но никак не обрабатывается компараторами.

Рис.5.png

Рис. 5. Функциональная структура 
позиционного регулятора/сигнализатора МЕТАКОН-1725-2DO/2DO

Восемь различных функций компаратора, возможность задать гистерезис, режим отложенной сигнализации и режим задержки срабатывания позволяют грамотно организовать надежную сигнализацию по уровню измеренного сигнала даже в условиях сильных помех.


Применение позиционного регулятора/сигнализатора и нормирующего преобразователя

В функциональной структуре контроллера модификации МЕТАКОН-1725 -2АТ/2Р (где АТ обозначает токовый выход 4…20 мА) (рис. 6), если сравнить его с предыдущим случаем, один компаратор заменен нормирующим преобразователем. Это позволяет, решая задачу позиционного регулирования или сигнализации с применением только одного компаратора, параллельно транслировать измеренный сигнал в нормированном виде в смежные системы – на контроллеры и регистраторы. При этом можно транслировать как полный диапазон входного сигнала, так и выбранную пользователем отдельную часть диапазона. При использовании нормирующего преобразователя не следует забывать, что можно передавать не только сам сигнал, но и сигнал, обработанный в блоке преобразования F, например разность сигналов, скорость изменения и т. д.

Рис.6.png

Рис. 6. Функциональная структура позиционного регулятора/сигнализатора
 и нормирующего преобразователя МЕТАКОН-1725-2АТ/2Р

Как и в предыдущем случае, размножение входного сигнала открывает новые возможности. В частности, контроллер можно применять в качестве нормирующего преобразователя с разветвлением сигналов «один в два», при этом создается возможность реализовать двух-, трехпозиционное регулирование и/или сигнализацию на двух компараторах. Конечно, и в этом случае второй сигнал только измеряется.

Пользователь может настроить режим отображения таким образом, что на верхнем индикаторе будет показан измеренный сигнал, а на нижнем – унифицированный токовый сигнал. В качестве единиц выходного сигнала можно выбрать или мА (для тока), или % (если отображен уровень).


Применение нормирующего преобразователя-разветвителя 

В данной модификации контроллера МЕТАКОН-1725-2АТ/2АТ все компараторы заменены нормирующими преобразователями (рис. 7). Главным образом подобное устройство применяется для разветвления (размножения) сигналов «один в два». Обычно один сигнал поступает на управляющий прибор (регулятор, контроллер), а второй – на регистратор. При этом для каждого выхода можно транслировать как полный диапазон входного сигнала, так и выбранную пользователем отдельную часть диапазона. По-прежнему можно транслировать и делить не только сам сигнал, но и сигнал, обработанный в блоке преобразования F, например, разность сигналов, скорость изменения и т. д.

Рис.7.png

Рис. 7. Функциональная структура 
нормирующего преобразователя-разветвителя МЕТАКОН-1725-2АТ/2АТ

Размножение входного сигнала возможно и здесь. В этом случае контроллер превращается в нормирующий преобразователь с разветвлением (размножением) сигнала «один в четыре».


Обмен данными по сети RS-485

Наличие интерфейса RS-485 позволяет использовать контроллер для передачи измеренных сигналов и в аналоговом, и в цифровом виде. Конечно же, в аналоговом виде передается лишь измеренный (или преобразованный) сигнал, в то время как по интерфейсу RS-485 доступна полная информация о приборе.

В сети RS-485 выполняет роль ведомого устройства (SLAVE). Набор параметров, которые доступны для чтения и записи по сети RS-485, составляет так называемую регистровую модель контроллера. В нее входят, например, измеренные значения, значения уставок, функции компараторов, состояние выхода компаратора и многие другие параметры.

Параметры регистровой модели можно не только считывать, но и устанавливать. Это значит, что по сети можно как собирать данные о процессе и работе контроллера, так и управлять его работой.


Функциональная сигнализация

Кроме контроля над технологическим процессом, который осуществляется в контроллере параметрической сигнализацией с помощью компараторов, важно иметь возможность контролировать работу самого контроллера, а также его связь с ближайшими элементами системы. Для этого применяется функциональная сигнализация. Она обнаруживает и при необходимости формирует выходной сигнал в следующих аварийных ситуациях:
- обрыв линий связи входных аналоговых сигналов;
- выход входных аналоговых сигналов за допустимые пределы;
- неисправность датчика «холодных» спаев термопар;
- сбой в работе и данных в памяти контроллера.

Поведение контроллера в таких ситуациях можно задать: установить уровни выходных аналоговых и дискретных сигналов, логику работы дискретного выхода, время подтверждения аварийных ситуаций.


Встроенный источник 24 В

В контроллере имеется встроенный изолированный источник стабилизированного напряжения 24 В, 200 мА, который можно использовать для питания выходных токовых сигналов контроллера, датчиков, реле, индикаторов. Наличие такого источника упрощает систему и снижает ее стоимость, особенно когда она небольшая.


Заключение

Подводя итоги, еще раз перечислим основные возможности контроллеров МЕТАКОН-1725/1745, которые, несомненно, заинтересуют разработчиков и будут им полезны:
- многоканальное прецизионное измерение сигналов с высокой точностью 0,1 %;
- высокая скорость опроса: у МЕТАКОН-1725 – 0,2 c (0,12 с, если все входы токовые), у МЕТАКОН-1745 – 0,4 с (0,24 с);
- одновременное отображение измеренных сигналов и других параметров на двухстрочном цифровом дисплее;
- преобразование сигналов: размножение, разность, среднее, отклонение от среднего, скорость изменения, психрометрия;
- двух-, трехпозиционное регулирование, а также сигнализация по большому числу независимых уровней (до 4 уровней);
- преобразование измеренных сигналов в гальванически изолированные унифицированные токовые сигналы, возможность разветвления сигналов «один в два» и «один в четыре»;
- сбор и передача данных и всех параметров контроллеров по сети RS-485 в систему верхнего уровня, возможность управления контроллером по сети;
- обеспечение питания датчиков и выходных токовых сигналов встроенным стабилизированным источником 24 В.

Широкие возможности по конфигурированию контроллера обеспечивают оптимальную подстройку прибора под конкретное применение.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(43)_2013

Д.В. Громов, технический директор,
А.А. Желтухин, начальник Сектора научно-технических разработок,
А.В. Четвериков, старший инженер,
НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород,
тел.: (831) 260-0308,