1. Введение
Применение программируемых логических контроллеров (ПЛК) является одним из наиболее распространенных и эффективных способов автоматизации производственных процессов. ПЛК представляют собой специализированные устройства, способные выполнять различные логические и арифметические операции в реальном времени. Они широко применяются в различных областях промышленности, включая производство автомобилей, электронику, пищевую промышленность и многие другие. От точности работы ПЛК зависит качество управления системами, в которых эти микроконтроллеры используются.
В данной статье разработан вариант применения ПЛК для процесса проверки канала аналогового ввода на достижение заданной точности. Точность регулирования — одна из важнейших характеристик систем автоматического управления (САУ), определяющая степень приближения реального управляемого процесса к требуемому [1]. Тестирование данного функционала является одной из основных задач перед внедрением микроконтроллера на объект, так как основное предназначение данного устройства — мониторинг и контроль над процессами, по результатам которых определяется качество работы системы регулирования. Это
2. Инструментальная среда конфигурирования промышленных контроллеров
Существенной и неотъемлемой частью всякого микроконтроллера является присутствие в его составе устройств ввода-вывода. Указанные устройства на каналах связи с объектом характеризуются параметрами, которые будут использованы на конкретном объекте управления, а на каналах связи с ПЛК
—
Соответственно выходные сигналы с микроконтроллера передаются на исполнительные механизмы, воздействующие на объект управления с целью изменения его конфигурации. К таким объектам можно отнести электромагнитные реле, усилители мощности, коммутирующие устройства, муфты, пневмо- и гидрозолотники и т.п., а также различные устройства индикации, световые сигналы, табло, отражающие состояние объекта.
Для занесения программ в микроконтроллер для управления конкретным объектом необходимы специальные устройства, которые в общем случае могут не являться неотъемлемой частью ПЛК и использоваться только в момент внесения программой информации, т.е. быть переносным.
Коды программ для поканальной диагностики, представленные далее в работе, были написаны в Системе разработки Unimod PRO версия 2
[2][3][4]
•
ST — структурированный текст;
•
FBD — функциональные блоковые диаграммы;
•
LD — релейно-контактная логика.
Основные функциональные возможности системы разработки Unimod PRO:
•
настройка основных параметров системы;
•
создание и редактирование прикладного программного обеспечения;
•
загрузка и выгрузка проектов;
•
отладка прикладной программы;
•
мониторинг работы контроллера.
Система разработки включает в себя набор компонентов для обеспечения процесса подготовки исходного кода технологической программы, описания связей переменных с их физическими представлениями, компиляции, загрузки и отладки приложения. Технологическое приложение компилируется в системно-независимый код, который загружается через сеть Ethernet на целевую платформу контроллера TREI-5B для исполнения.
Программное обеспечение
Unimod PRO версия 2 является полностью отечественным, совместимое с ОС Astra Linux и ОС Windows. Unimod PRO версия 2 соответствует требованиям безопасности информации по шестому уровню доверия для защиты информации не содержащих государственную тайну и средствам обеспечения безопасности информационных технологий.
3. Постановка задачи и ее реализация
Алгоритм действий при отладке канала аналогового ввода
Перейдем к нашей задаче — проверим на заданную точность канал аналогового входа микроконтроллера.
1. Вначале запускается программа-ловушка 1 отслеживающая выставленные коды ошибок за определенный промежуток времени в библиотечной структуре модуля M135A “Поканальная диагностика”. Программа написана на языке ST для каналов аналогового микроконтролера M135A. Это модуль аналогового ввода тока и напряжения с каналами с общей точкой. Режим работы 4-20 мА.
Проводим поканальную диагностику, чтобы во время замера тока на канале «не пролетела» ошибка. Список нештатных ситуаций указан в руководстве по эксплуатации устройства
Список нештатных ситуаций контроллера TREI-5B
[5]
После подачи на канал токовой нагрузки собираем в массив коды поканальной диагностики в течение 3 минут в каждом цикле мастера (в нашем случае это примерно 5–6 мс) и проверяем, чтобы в поканальной диагностике выставился код 0 — «нет ошибок» и ничего кроме этого.
Код программы 1 имеет вид (рис. 3):
Код программы 1
Результат работы программы 1
Видим (рис. 4), что четные элементы массива — значение тока на канале, а нечетные — поканальная диагностика канала. Изначально на устройство не подавалась нагрузка, т.е. был выставлен код 4 — обрыв, после того, как на канал подключили калибратор с выходным сигналом 4 мА в поканальной диагностике выставился код 0 — нет ошибок.
Результат работы программы 1
Параллельно запускаем программу 2, контролирующую точность канала модуля M135A [6], при подаче токового значения с активного задатчика (калибратор). Задаем 20 мА, время замера — 3 минуты.
Эта проверка необходима, чтобы убедиться в том, что канал ввода удовлетворяет заданной точности [1]. Например, у канала, который мы рассматриваем, тип — AI.0-20 mA и в паспорте (табл. 1) устройства мы заявляем, что у данного аналогового канала ввода точность ±0,016 мА. Это необходимо, так как устройство поставляется заводом-изготовителем с сертификатом или паспортом, где указана его поверенная точность.
Код программы представлен на рисунке 5.
Технические характеристики модуля М135А
| Параметр | Значение | ||
| Количество каналов | 8 | ||
| Тип канала | AI.0-20 mA | AI.4-20 mA | AI.0-10V |
| Диапазон измерений | от 0 до 20 mA | от 4 до 20 mA | от 0 до 10 В |
| Контроль обрыва внешней линии | – | Есть, не менее 3,6 mA | – |
| Перегрузка | 20,5 mA | 10,5 В | |
| дополнительной приведенной, % / 10°С | ±0,05 |
Код программы 2
Результат работы программы 2
В двумерный массив Rez_mass[8,3] помещаются данные, считанные с каналов модуля. У данного устройства 8 аналоговых входов, ток с калибратора задан на 1 канал. Rez_mass[0,0] — значение считанное с канала в текущий момент, Rez_mass[0,1] — минимальное значение за 3 минуты, Rez_mass[0,2] — максимальное значение за 3 минуты.
Выполним расчет, взяв полученные данные (рис. 6).
Данные для расчета погрешности
Delta = Rez_mass[0,2] – Rez_mass[0,1] за промежуток времени равный 3 минутам.
Delta = 19,99948 – 19,99894 = 0,00054.
У канала есть допуск погрешности [7], [8], в данном случае это 0,016 мА, т.е. на этом канале мы уложились в погрешность:
Delta = 0,00054 < 0,016.
В случае неудовлетворительного результата программист-разработчик исправляет неточность в полученных значениях внесением поправочных коэффициентов в конфигурацию ПЛК или самого модуля через специализированное ПО.
С помощью разработанного алгоритма (рис. 1) и соответствующего ему программному обеспечению мы проверили один из важнейших функционалов данного устройства, которое тестируется на стадии производства заводом-изготовителем устройства с целью проверки соответствия ТУ и проверки качества выполненной первичной калибровки. Алгоритм проверки также применим в эксплуатационных условиях инженером КИПиА для проверки монтажа, периодического контроля, поиска неисправностей.
Таким образом, проверка точности — это не разовое действие, а многоэтапный процесс, обеспечивающий работу системы автоматизации на протяжении всего жизненного цикла оборудования.
4. Заключение
Реализация систем управления на базе программируемых логических контроллеров является эффективным решением для автоматизации процессов в различных отраслях промышленности [9]. Благодаря гибким настройкам и возможностям программирования позволяют создавать сложные управляющие системы, обеспечивая стабильную и точную работу оборудования. Однако внедрение таких систем управления требует предварительной оценки точности канала ввода для обеспечения требуемых показателей качества системы. Алгоритм, иллюстрирующий возможности программы оценки точности, был продемонстрирован в работе и может в дальнейшем использоваться при тестировании микроконтроллеров.