Пример применения

В резервуаре высотой 100 см и квадратным сече­нием по внутреннему контуру 12 х 12 см² налита вода (рис.1.6). Уровень воды может изменяться за счёт её пополнения от питающей магистрали через электромагнитный клапан (ЭМК) и уменьшения от естественного расхода. Уровень измеряется датчиком ИСУ – 100 И, который преобразует его в токовый сигнал 0…20 mA и передаёт на вход контроллера для выработки управляющих воздействий на ЭМК.

Задание:определить уставки на срабатывание и отключение ЭМК, обеспе­чивающие включение кла­пана при опускании уровня до отметки L₁, при которой ос­таток воды в ёмкости равен 3 литрам; после этого до­лить в неё 7 литров и вы­ключить ЭМК с возможно­стью не­прерывного повто­рения цикла.

Решение.

· Токовый сигнал преобразуется в масштаб напряжения по схеме рис. 1.4.

Рис. 1.6

Ÿ Прибор измеряет уровень, а не объём, т.е. его показания будут одинаковы при любых значениях поперечного сечения резер­вуара. Но так как по условиям задачи требуется управлять объёмом, нужно рассчитать, на каких значениях уровня объём будет равен 3 и 10 литрам. Так как L = V / S, а S = 12 ∙ 12 = 144 см² , получено:

L₁ =3000 см³ / 144 см² = 20,83 см,

L₂ = 10000 см³ / 144 см² = 69,4 см.

Если учесть, что при уровне 100 см входной сигнал контроллера ра­вен 10 B, а это в свою очередь соответствует числу 255. то можно перевести най­денные значения L₁ и L₂ в их целочисленные эквива­ленты:

X₁ = 255 ∙ L₁ / 100 = 53; X₂ = 255 ∙ L₂ / 100 = 177.

Найденные значения X₁ и X₂ при составлении программы необходимо ввести в качестве порогов срабатывания блоков, кон­тролирующих изменение уровня воды в резервуаре.

Ÿ Программно реализовать тот вариант управления, кото­рый рассмотрен в данном примере, можно по-разному.

На рис.1.7 показывается, как это можно сделать на основе совместного исполь­зования R-S триггера (блок B03) и компараторов. В этом случае триггер выпол­няет функции переключаемого элемента (самоблокирующегося реле), а моменты переключения определяются по результатам срав­нения текущих значений уровня с введёнными в компараторы поро­говыми значениями X₁ и X₂.

Рис. 1.7

Программы для рассматриваемого примера составлены в среде Zelio Soft 2 применительно к контроллерам Telemechaniqueфирмы Schneider Electric. Три левых блока на рис. 1.7 – это устройства аналого­вого ввода. На схеме показано их обобщённое отображение

Через B00 текущие значения уровня подаются на верхние аналого­вые входы компараторов B01 и B02 для сравнения с пороговыми значениями на переключение. Пороги сравнения поданы на нижние входы, а условия переключения заданы как < = (не больше) для B 01 и > = (не меньше) для B 02. Управление ЭМК осуществля­ется R – S триггером B 03 с установкой от B 01 и сбросом от B 02.

Графику отображения блоков ввода и вывода есть возмож­ность изменить, если есть желание более точно выразить в ней функциональное назначение сигнала. Это показано на рисунке 1.9, где блоки установки уровней сравнения изображены потен­циометрами, а информационный вход – датчиком. Выходной блок также отображён максимально приближенным к управляемому кла­пану.

Рис. 1.8

Работу программы можно пояснить временной диаграммой (рис. 1.8). Пока уровень воды меньше 3 литров (числовой эквива­лент X₁ =53), на выходе B 01 выделяется сигнал ON, устанавливаю­щий выход триггера B 03 в ON, обеспечивая тем самым включение клапана. Как только уровень превысит значение 53, блок B 01 переключится на OFF, но B 03 «запомнит» своё прежнее состояние и ЭМК будет поддерживаться в открытом состоянии. Только когда уровень пре­высит отметку X₂ =177, переключившийся в ON компаратор B 02 сбросит B 03 в OFF и ЭМК выключится. Заполнение резервуара водой прекратится до того момента времени, пока уровень не окажется ниже порога X₁ =53.

а

б

Рис. 1.9

На рис. 1.9, а и б показано исполнение программы для двух промежу­точных этапов управления, соответствующих моментам времени t₁ и t₂на временных диаграммах. Численные значения пороговых и текущих значений уровня даны комментариями к блокам про­граммы.

Эту же задачу можно решить иначе, если вместо совместного использования компараторов и R–S триггера применить триггер Шмитта. Он способен совместить функции переключения по заданным пороговым значениям и самоблокирующегося реле для запоминания ранее достигнутого состояния.

По правилам описания блока верхнее пороговое значение X₂ = 177 присваивается переключению в ON, а нижнее X₁ =53 – возвращению его в OFF. При такой работе блока переключение ЭМК было бы обратным тому, каким оно должно быть, поэтому между триггером и ЭМК включен инвертор. Рисунок 1.10 иллюстрирует выполнение сформулированной задачи управления.

а

б

Рис. 1. 10

В практике использования ПЛК, и в схемотехниче­ской её части, и в программной, постоянно присутствуют эти два понятия: аналоговый и дискретный. Даже на только – что приведен­ных рисунках видно, что есть блоки ввода обоих этих типов сигна­лов. Графически цепи передачи аналоговых сигналов могут обозна­чаться в одних программных средах утолщёнными, в других - сдвоенными линиями. Порты под­ключения аналоговых линий связи могут отмечаться только им при­сущей зеленоватого цвета подсветкой. Отдельные блоки могут иметь входы или выходы для аналоговых или дискретных сигналов. Цепи подключения этих сигналов на поле расположения программы отображаются по-раз­ному, и соединять вход одного типа с выходом другого типа не до­пускается. Даже сами типы и модели контроллеров отличаются спо­собами задания типов входов и выходов, их количества и т.д.