Функциональный модуль на базе программируемого реле для управления актуатором, моторизованным затвором и многооборотным электроприводом

Приведём коротко работу исполнительных устройств, приведённых в аннотации, которыми необходимо управлять, используя при этом аппаратные и программные ресурсы программируемого реле ПР200.

В большинстве случаев актуаторы (приводы линейного перемещения) применяются как составные части механизмов управления шторками, люками, крышами, дверями в оптических, метеорологических и др. системах. А также для перемещения объектов видеонаблюдения, автоматическом, технологическом и промышленным оборудовании. Приведём короткий обзор актуатора типа LAM3. На отечественном рынке представлены данные актуаторы с длиной хода штока L, мм: от 50 до 300. Пример обозначения при заказе актуатора с напряжением питания двигателя 24 В, длиной хода штока 200 мм и усилием 750 Н: LAM3-S3-200-ROE-DC24V. Фотография актуатора LAM3-S3-200-ROE-DC24V (далее актуатор) в механизме управления крышкой люка приведена на рис. 1.

Принципиальная схема актуатора приведена на рис. 2.

Актуатор работает следующим образом. Пусть его шток находится в среднем положении. Концевые выключатели SA1, SA2 замыкают соответственно диоды VD1, VD2. Меняя полярность подаваемого напряжения на электродвигатель М1, можно перемещать шток актуатора в крайнее левое или соответственно в крайнее правое положение (а также в зависимости от того, как расположен актуатор – крайнее верхнее положение или крайнее нижнее положение). Как только шток дойдёт до крайнего положения, толкатель нажмёт на кнопку концевого выключателя, выходные контакты которого размыкаются, тем самым включая в цепь управления двигателя диод, который блокирует работу двигателя. Для того чтобы шток пошёл в обратном направлении (в другое крайнее положение), необходимо изменить полярность напряжения, подаваемого на электродвигатель актуатора. Применительно для механизма управления крышкой люка будем считать, что если шток выдвинут, то актуатор находится в положении «открыт». Соответственно, если шток втянут в актуатор, то он «закрыт». Понятно, что перемещение штока ограничено положениями концевых выключателей (на рис. 2 не показаны). На рис. 3 приведена принципиальная схема релейного модуля А1 с подключённым к нему блоком актуатора А2.

Применение данного модуля управления позволяет «разгрузить» аппаратную часть ПР200.

Переключатели кнопочные S1, S2 – внешние (выносные) по отношению к актуатору М1. То есть внутренние переключатели SA1, SA2 (рис. 1) будут не задействованы. Кнопки SB2, SB3 позволяют осуществлять ручное управление актуатором. SB1 – кнопка аварийного останова. В зависимости от длины выходного штока (от модификации LAN3) и расположения внешних концевых выключателей время перемещения штока из одного положения в другое может быть от единиц до несколько десятков секунд.

На рис. 4 приведён внешний вид моторизованного затвора 8MDS-70 Standa (далее – затвор 8MDS-70). На рис. 5 приведена принципиальная схема затвора 8MDS-70.

Данные затворы применяются в оптических системах, а также в оптических трактах лазерных систем. Например, для защиты видеокамер, юстировочных лазеров и др. элементов, в силовом канале лазера. Будем считать, если заслонка затвора находится в положении А (рис. 5), то затвор «закрыт». При этом замкнут концевой выключатель SW1, SW2 – разомкнут. Если же заслонка затвора находится в положении Б (рис. 5), то затвор – «открыт». При этом замкнут концевой выключатель SW2, SW1 – разомкнут. Время переключения затвора из одного состояния в другое порядка 0,5…1,5 с. На рис. 6 приведена принципиальная схема подключения релейного блока А1 к затвору 8MDS-70.

Напряжение питания затвора 8MDS-70 – 12 В. Незначительное отличие от схемы на рис. 3: перемычки, соединяющие контакты 3 и 4, а также 9 и 10 в клеммной колодке ХТ1 релейного модуля А1 – удалены. Питающее напряжение – 12 В, поступает на затвор 8MDS-70 через контакты 9 и 3 клеммной колодки ХТ1 релейного модуля А1.

Многооборотные электроприводы AUMA SAR 07.2-F10 (далее электропривод SAR 07.2) предназначены для управления различной промышленной арматурой: клапанами, задвижками, заслонками, кранами и др. Внешний вид SAR 07.2 приведён на рис. 7.

Фирма-изготовитель поставляет данные электроприводы с различными интерфейсами управления: Parallel; Profibus DP; Modbus RTU; Modbus TCP/IP; HART и пр. Рассмотрим пример для модификации с аналоговыми и дискретными сигналами управления SAR 07.2-F10 с блоком управления АС01.2 (Parallel). Более подробно работа данного многооборотного электропривода приведена в [3].

На рис. 8 приведено функциональное назначение контактов винтового клеммника многооборотного электропривода SAR07.2-F10 с блоком управления АС01.2.

Управление вышеприведёнными устройствами осуществляет программируемое реле ОВЕН ПР200 (далее ПР-200). Подобные приборы широко применяются для построения автоматизированных систем управления при решении задач локальной автоматизации. Их применение снижает затраты на проектирование и изготовление систем управления, повышает их надёжность, снижает издержки и эксплуатационные расходы. Внешний вид ПР200 приведён на рис. 9.

ПР200 программируется в среде Owen Logic на языке FBD. Пользовательская программа записывается в энергонезависимую флеш-память. Прибор изготавливается в различных модификациях и поддерживает следующие функции:

ПР200 – это программируемый управляемый автомат с дисплеем, который позволяет посмотреть на дисплее состояние выходов и входов. ПР-200 отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии с ГОСТ 30804.6.2–2013. Устойчив к прерываниям, провалам и выбросам напряжения питания:

Более подробно работа ПР200 приведена в [1]. Отметим, что во время эксплуатации, технического обслуживания и поверки ПР-200 следует соблюдать требования ГОСТ 12.3.019–80 «Правила эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила охраны труда при эксплуатации электроустановок». Прибор следует устанавливать в специализированных шкафах, доступных только квалифицированным специалистам. ПР200 изготавливается в различных модификациях. Принципиальная схема функционального модуля управления для модификации ПР200-24.2.2 приведена на рис. 10.

В табл. 1 приведено функциональное назначение дискретных и аналоговых входов реле ПР200 в устройстве.

В табл. 2 приведено функциональное назначение дискретных и аналоговых выходов реле ПР200 в устройстве.

На принципиальной схеме в ПР200 к выходам DO3, DO6, DO7 подключены индикаторы красного цвета Н1-Н3. При необходимости к данным выходам можно подключить различные исполнительные устройства (звуковую сигнализацию, блокировку работы исполнительного устройства и пр.). На рис. 11 приведён скриншот управляющей программы для ПР200 в среде OWEN Logic. На рис. 12 приведён скриншот менеджера экранов в среде OWEN Logic.

Рассмотрим алгоритм работы управляющей программы в среде OWEN Logic с применением программируемого реле ОВЕН ПР200-24.2.2. В программе три макроса: АКТУАТОР1; ЗАТВОР1; CONV4…20_1. Соответственно данные макросы управляют актуатором, затвором и электроприводом SAR 07.2. На рис. 13 приведён скриншот макроса АКТУАТОР1.

Рассмотрим работу данного макроса. На входы «Датчик отк.» и «Датчик. зак.» поступают сигналы с концевых выключателей актуатора. На вход «Упр. закр. вх.» и «Упр. откр. вх.» соответственно поступают сигналы с булевы переменных «Откр», «Закр». На вход «Тоткл» поступает значение с целочисленной переменной «Тоткл». Значение времени, записанное в данную переменную, задаёт время включения сигнала «Авария». Понятно, что значение времени, необходимое для перехода актуатора, из одного состояния в другое, должно быть меньше, чем значение, заданное в «Тоткл». Значения булевы переменных «Откр», «Закр» и целочисленной переменной изменяется с клавиатуры ПР200. Пусть затвор закрыт. Соответственно на входе «Датчик отк.» будет присутствовать лог. 1, а на «Датчик зак.» – лог. 0. С клавиатуры ПР200 переводим переменную «Откр» в лог. 1. Далее устанавливается в лог. 1 триггер RS2, к его выходу подключены:

То есть переменная «Отк» через регистр RS2 устанавливает «саму себя». Одновременно запускаются таймеры TON2 и TON3, устанавливается в лог. 1 выход триггера RS1, который через блок «И» устанавливает в лог. 1 выход «Силов. откр.». То есть в релейный модуль подаётся сигнал на открытие актуатора. TON3 через 2 с установит выход регистра RS2 в лог. 0, а значит, и переменная «Отк» будет установлена в лог. 0. Время работы TON3 определяется значением, записываемым в переменную «Тоткл». Для актуатора LAM3-S3-200-ROE-DC24V значение «Тоткл» по умолчанию задано 10 с. Если за это время входы «Датчик отк.» и «Датчик зак.» не изменят своего состояния соответственно на лог 0 и лог. 1 (актуатор должен перейти из состояния «закрыто» в состояние «открыто»), то выход Q триггера DTRIG1 будет установлен в лог. 1 и будет включён сигнал «Авария». Сигнал «Сброс» сбрасывает сигнал «Авария» и сигнал «Силов. откр.». Совершенно аналогично работает канал на закрытие актуатора. При этом задействованы следующие элементы: триггеры RS4, RS5; таймеры TON1, TON3; триггер DTRIG1.

Работа макроса ЗАТВОР1 аналогична работе макроса АКТУАТОР1. В переменную «Тоткл1» по умолчанию задано значение 3 с, так как время переключения затвора из одного состояния в другое порядка 0,5…1,5 с. Кроме того, уменьшено время удержания сигналов «Откр1», «Закр1» до 1 с.

Макрос CONV4…20_1 загружен из менеджера компонентов среды OWEN Logic (вкладка онлайн-база). Данный макрос позволяет масштабировать значение входной величины «in», заданной в диапазоне 4…20, в новый диапазон, заданный параметрами «high», «low». Перед выполнением масштабирования макрос ограничивает значение входной величины диапазоном 4…20. Перед вводом в эксплуатацию электропривода SAR 07.2 необходимо выполнить настройки в соответствии с [5]. Все настройки должны соответствовать условиям применения.

ПР-200 позволяет быстро организовать необходимый алгоритм работы с технологическим оборудованием и при необходимости оперативно его изменить с минимальными доработками в аппаратной части. Совсем нетрудно встроить данный функциональный модуль в АСУ какого-либо изделия или системы. Имеются модификации ПР-200 с сетевым интерфейсом RS-485 (1 или 2 независимых канала). В программе потребуется добавить сетевые переменные и настроить канал RS-485.

Литература