авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Технологический институт Федерального государственного ...»

-- [ Страница 4 ] --

- погрешность метода за счет неточной аппроксимации градуировочной кривой или за счет приближенных значений интеграла и производной при использовании формул численного интегрирования и численного дифференцирования;

- трансформированная погрешность, обусловленная преобразованием погрешностей во входных переменных с помощью алгоритма вычислений на его выход.

Каждая процедура первичной обработки может быть реализована различными вариантами алгоритмов, отличающимися точностью выполнения операций, временем ее выполнения в МК, объемом занимаемой памяти и т.д.

Основная задача при построении подсистемы первичной обработки заключается в определении рационального варианта алгоритма обработки и выбора аппаратуры с тем, чтобы обеспечить требуемую точность вычисления контролируемого параметра и время реакции системы на чрезвычайную ситуацию на объекте.

Вычислительная погрешность, влияющая на точность представления i-го контролируемого параметра на выходе подсистемы первичной обработки информации, определяется как 2 2 кнтрi = окрi + трфi, (73) где окрi - дисперсия погрешности округления или, как её еще называют, инструментальной погрешности, - дисперсия трфi трансформированной погрешности.

2.6.1. Инструментальная погрешность. Величина разрядной сетки влияет на точность контролируемых и управляемых переменных, а также на стоимость микроконтроллера. Поэтому, как уже отмечалось, одним из критериев выбора МК является обеспечение заданной точности, по возможности, минимальной длиной разрядной сетки.

Длина разрядной сетки непосредственно влияет на инструментальную погрешность или погрешность округления. Кроме того, на величину этой погрешности будет влиять количество последовательных округлений в алгоритме вычислений.

Для примера оценим инструментальную погрешность при вычислении произведения двух чисел: П=а. В результате округления каждый множитель этого произведения представлен в МК целым числом квантов a и, т.е.

a = Pa, = N.

С учетом процедуры округления для каждого множителя a = a + a, = +. и результата произведения П = П + П = a + a + a + a + П, где,, П - погрешности округления соответственно множителей и результата их перемножения, имеющие дисперсии 2 2 2 a = = П = окр, получим следующее выражение для дисперсии погрешности округления произведения:

2 = {a 2 + 2 } окр.

П При вычислениях с фиксированной запятой, исходные данные должны быть масштабированы так, чтобы и множители и результат умножения были близки к единице, т.е. чтобы не было потери в точности вычисления. Тогда, если a, близки к единице, то 2 3 окр = 2 АЛУ, П где АЛУ - величина младшего разряда операционного устройства.

Из анализа полученных результатов можно сделать вывод, что суммарная погрешность округления в МК складывается из погрешностей операндов и погрешностей округления результата вычислений. Например, выражение x=ay-bz2 после процедур последовательных округлений, обозначенных черточками, будет иметь вид: x = a y + b z z, при этом дисперсия погрешности округления результата 2 = a + 2 + 2 1 + b + z + 2 2 + рез = 9 окр.

2 2 2 2 x y П П Следовательно, если таких округлений m, то 2 окррез = m окр. (74) 2.6.2. Трансформированная погрешность. Величина трансформированной погрешности зависит от используемых для сигналов i-го датчика алгоритмов первичной обработки информации и от вариантов их соединения.

Дисперсия трансформированной погрешности при последовательной схеме соединения алгоритмов первичной обработки сигнала i-го датчика, показанной на рис. 31, после каждого из алгоритмов преобразования имеет вид:

x =x x вхi x x 2i x1i (x ki(x(k-1)i) (xвхi )... (k-1)i ki выхi ) 2i 1i 1i Рис. dj ( x ) = 1i вхi 2вхi, x1i x dxвхi dj ( x ) = 2i 1i 21i, x 2i x dx1i...............................

djki ( x(k-1)i ) 2.

= dx(k-1)i x(k-1)i xki После взаимной подстановки получим дисперсию трансформированной погрешности в виде djji ( x(j-1)i ) dj ( x ) k dx xвхi 2 = 1i вхi = (75) xki x трфi dxвхi j=2 (j-1)i Если задан сложный алгоритм преобразования от нескольких переменных в виде, показанном на рис. 32, то при отсутствии взаимной корреляции переменных xji (j = 1,k) j ( x ji ) k = x ji x ji трфi j= x1i x2i хвыхода (x) … xki хвыхода=(x) Рис. Пример 4. Для получения контролируемой величины используются два алгоритма первичной обработки: экспоненциальное сглаживание и линейное масштабирование, работающих последовательно.

Необходимо оценить трансформированную погрешность при известной дисперсии погрешности входной переменной 2вхi.

x Для алгоритма экспоненциального сглаживания дисперсия трансформированной погрешности с учетом выражения (63) 12 2 сглi = 2 i = xвхi = i 2вхi, трф xc x i 2 - i для линейного масштабирования на основании (69) 2 лмi = k 2 i 2 сглi.

трф лм трф В результате дисперсия трансформированной погрешности в вычислении i-ой контролируемой величины с использованием двух алгоритмов первичной обработки i 2 лмi = k 2 i 2 сглi = k 2 i x.

лм трф лм трф 2 - i вхi i не будет превышать 2вхi, если произведение k 2 i будет меньше лм x 2 - i единицы.

Пример.5. Оценить трансформированную погрешность на выходе цепи алгоритмов первичной обработки в i-м канале измерения, представленной на рис. 33.

Рис. Представленная на рис. 33 цепь состоит из алгоритмов первичной обработки, описанных в разд. 2.5 части 2:

1) проверка на достоверность;

2) сглаживание, например, скользящее среднее;

3) пересчет в технические единицы для датчиков с линейными шкалами;

4) проверка на технологические границы.

Если ВХi – дисперсия аппаратной погрешности на входе МК, вычисляемая в соответствии с (50), то согласно методике, изложенной в разд. 2.6 части 2, получим следующую систему уравнений относительно трансформированных погрешностей:

1 = вх, 2 i i 2 = 1, i i i (76) 3 = k 2, 2 i i лм i 4 = 2.

3i i В результате исключения путем взаимной подстановки в (76) промежуточных величин приходим к выражению трансформированной погрешности для заданной цепи алгоритмов в виде k 2 i = лмi вхi.

трф i После вычисления в соответствии с (73) кнтрi необходимо убедиться в том, что погрешность получения контролируемой величины не больше допустимой, в противном случае необходимо либо выбирать более точные датчики, либо увеличивать длину разрядной сетки, либо упрощать алгоритмы преобразования.

Иногда требования к точности настолько жесткие, что приходится использовать комбинацию указанных способов уменьшения погрешности.

2.7. Ввод и первичная обработка дискретных сигналов Известны [57] три вида дискретных сигналов:

1. Двухпозиционные – сигналы, которые отражают положение контактов переключателя. Они служат для получения информации об агрегатах и механизмах по принципу «включено-выключено». Эти сигналы используются для переключения режимов работы оборудования, а также для контроля схем релейной защиты;

2. Инициативные – сигналы от датчиков, вызывающие прерывание программы. От двухпозиционных сигналов они отличаются временной характеристикой: крутой передний фронт, малая длительность и необходимость быстрой реакции на сигнал такого датчика.

Инициативные сигналы должны поступать в контроллер прерываний.

3. Числоимпульсные – сигналы от счетчиков электроэнергии, от дозаторов различных материалов, от интеграторов-расходомеров.

Каждое изменение дискретного сигнала должно быть передано для дальнейшей обработки в МК. Дискретный сигнал, характеризующий состояние позиционного объекта контроля, отражает либо положение контактов переключателя, либо уровень напряжения. В первом случае для преобразования положения контактов переключателя в уровень напряжения с целью передачи их состояния в МК последовательно с контактами включается источник напряжения и резистор ограничения тока [61]. Чтобы предотвратить разрыв в цепи, параллельно контактам датчика подключается еще один дополнительный резистор. Сигнал позиционного датчика поступает в пороговое устройство, параметры выходного сигнала которого должны соответствовать логическим сигналам МК. Для фильтрации помех в линии связи и исключения "дребезга" механических контактов на входе пороговой схемы ставится RC-фильтр с постоянной времени Тф=2-3 мс. Каждый двухпозиционный сигнал изменяет состояние одного бита дискретного входа МК.

Сбор информации о состоянии дискретных датчиков осуществляется периодическим опросом порта ввода дискретных сигналов, для чего в команде опроса должен быть указан адрес этого порта. Для выяснения состояния бита, связанного с конкретным датчиком, можно использовать команды логического умножения или сдвига искомого бита в знаковый разряд слова.

Информация о текущем состоянии дискретного 2-х позиционного датчика обычно предназначена для обеспечения различных логических условий в алгоритмах контроля и управления, для отображения на экране дисплея информации о состоянии агрегатов и механизмов.

Типовые операции обработки 2-х позиционных сигналов заключаются в получении признаков переключения технологических агрегатов и их режимов, вычислении времени работы оборудования в различных режимах или его простоя, расчете коэффициентов использования оборудования.

К дискретным сигналам, как уже было сказано, относятся инициативные сигналы, вызывающие прерывание рабочей программы МК и переход к программе, обслуживающей это прерывание.

Устройство ввода инициативных сигналов имеет блок контроля изменения состояния входных сигналов, который выдает сигнал готовности при появлении перепада в любом разряде входного регистра из "1" в "0" или наоборот. Когда этот сигнал поступает в контроллер прерывания, анализируется причина прерывания и запускается программа его обработки.

С помощью число-импульсных датчиков вводится информация от счетчиков электроэнергии, интеграторов-расходомеров, дозаторов других источников импульсных сигналов. Устройство ввода число импульсных сигналов - это двоичный счетчик, содержимое которого прочитывается периодически с постоянной частотой либо по прерыванию от сигнала "переполнение", который вырабатывается при заполнении определенной части счетчика.

Среди модулей ввода дискретных сигналов можно назвать, например, устройства фирмы Advantech такие, как ADAM-4051, ADAM-4053.

ADAM-4051 – модуль цифрового ввода на 16 каналов с индикацией и входным напряжением до 50 В постоянного тока.

ADAM-4053 – модуль цифрового ввода также на 16 каналов с входным напряжением до 30 В.

3. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ 3.1. Общие сведения Независимо от особенностей конкретного технологического процесса проектирование управляющей подсистемы следует начинать с установления целей управления технологическим процессом (ТП), критериев оценки эффективности работы АСУ, перечня управляющих функций и потребности в информационном обеспечении для формирования управляющих воздействий.

Глобальные цели управления и критерии оценки обычно следуют из анализа конкретного технологического процесса и должны быть оговорены в техническом задании на проектирование АСУ. На основе этих показателей проектировщик путем детального анализа отдельных технологических операций в составе ТП должен определиться с локальными целями и критериями оценки выполнения технологических операций или управления отдельными технологическими параметрами. При этом следует классифицировать все имеющиеся управляющие входы АСУ по характеру управления:

- управление локальными системами по уставкам;

- прямое цифровое управление;

- логическое двухпозиционное или кодовое управление.

Наличие группы параметров, управляемых по уставкам, зависит от оснащенности технологического процесса средствами локальной автоматики. Если по какому-либо параметру управление осуществляется локальной автоматической системой, то в задачи АСУ по этому параметру входит только программное изменение уставки и организация логического управления. В этом случае закон управления, обеспечивающий требуемую динамику по данному параметру, реализуется локальной системой и, в большинстве случаев, не требует иного вмешательства со стороны управляющей подсистемы АСУ, кроме логического управления, позволяющего изменить величину уставки, расчет которой обычно выполняется на основе уравнения материального или теплового баланса [62].

При управлении параметрами ТП в режиме прямого цифрового управления необходимо получить соотношение между управляющим воздействием и текущими параметрами, на основе которых это управление формируется. Выбор алгоритма управления и расчет параметров настройки будет зависеть от вида модели объекта управления, заданной в ТЗ или полученной в результате идентификации его разгонной характеристики.

3.2. Структура локальной системы управления На рис. 34 представлена замкнутая локальная система нижнего уровня иерархической структуры управления производством (рис. 2).

Рис. На этом рисунке введены следующие обозначения: СП сервопривод, РО - регулирующий орган, Д - датчик регулируемой переменной, ТП - технологический процесс, УУ - управляющее устройство, вырабатывающее сигнал управления в соответствии с заданным или выбранным алгоритмом.

Многие из ТП, например, процессы нагрева, сушки, абсорбции и т.п., описываются передаточными функциями вида K оу -p оу Wоу (p) = e. (77) Tоу p + Параметры передаточной функции (77) такие, как коэффициент передачи объекта управления КОУ, постоянная времени ТОУ и величина транспортного запаздывания ОУ в большинстве случаев определяются известными методами идентификации на основе экспериментальных данных [62].

Входным управляющим воздействием указанных выше объектов является расход того или иного вида топлива, вещества, сырья или их компонент, которые подаются на объект через регулирующие органы РО (клапаны, заслонки) с помощью исполнительных механизмов.

Последние обычно имеют встроенные редукторы и датчики обратной связи для слежения за отработкой заданного угла открытия РО.

Однооборотный или многооборотный исполнительный механизм с включенной обратной связью образуют сервопривод, поведение которого можно описать инерционным звеном первого порядка:

K сп Wсп (p) =. (78) Tспp + Для измерения регулируемой переменной используют датчики, состоящие из чувствительного (измерительного) элемента и преобразователя измеряемой величины в ток, напряжение и т.п. В отдельных случаях, например, при погружении в агрессивные среды датчики армируют защитной оболочкой, что сказывается на их инерционности. Поэтому, помимо указанных передаточных функций, необходимо учитывать и передаточную функцию датчика регулируемой величины в виде K дат Wдат (p) =. (79) Tдатp + Если выполняется неравенство ТДАТ, ТСПТОУ, то можно использовать эквивалентное инерционное звено с постоянной времени Т=ТДАТ+ТСП. При этом передаточная функция разомкнутого контура системы регулирования (рис. 34) будет иметь вид:

Kо -p W(p) = Wyy (p) e оу (80) (Tоу p + 1)(Tp + 1) при КО=КОУКСПКДАТ, ТОУТОУ или ОУТТОУ, вид передаточной функции WУУ(p) определяется алгоритмом работы управляющего устройства УУ.

Современные производственные системы широко используют программные методы управления технологическими объектами с применением развитой сети контроллеров и ПК. В частности, в системах локальной автоматики применение контроллеров для целей стабилизации дает возможность использования алгоритмов управления различной сложности.

3.3. Алгоритмы формирования управляющих воздействий 3.3.1. ПИД закон управления. Расчет параметров с использованием современных программных пакетов. Среди линейных алгоритмов наибольшее распространение получили пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) законы управления:

d(t) t u(t) = K рег (t) + (t)dt + Tд, (81) Tи 0 dt где КРЕГ, ТИ, ТД - параметры настройки. Отметим, что известные методы их определения [63, 64] громоздки, а системы, использующие полученные этими методами параметры настройки, обладают существенным перерегулированием, что отрицательно сказывается на экономических показателях. Кроме того, указанные источники не содержат рекомендаций по расчету параметров настройки для объектов с транспортным запаздыванием (77).

Пользуясь критерием Найквиста, в частности, желаемым запасом по фазе ср, можно предложить следующую методику определения параметров настройки алгоритма (81):

1. Записать выражение для фазовой характеристики разомкнутой системы () ;

2. Приравнять полученное выражение к желаемому запасу по фазе на частоте среза (ср)=ср и определить значение ср, положив предварительно ТИ=ТОУ, ТД=ОУ;

3. Подставив вычисленное значение ср в выражение для модуля комплексного коэффициента передачи разомкнутой системы A(ср ) = W(p)p=jср, определить коэффициент настройки КРЕГ;

4. Регулируя величину запаса устойчивости по фазе ср, можно величиной КРЕГ изменять качество переходного процесса.

Как показано ниже в примере 6, система с параметрами настройки, вычисленными по предложенной методике, является робастно устойчивой. Учитывая, что передаточная функция разомкнутого контура представленной на рис. 34 системы с учетом (81) и Wyy (p) = K рег (1 + + Tдp) Tиp имеет вид:

K рег K o (TиTдp 2 + Tиp + 1) -p oy W(p) = e, (82) Tиp(Toy p + 1)(Tp + 1) запишем выражения для амплитудно-частотной А() и фазочастотной () характеристик [65]:

K рег K o Tи2 2 + (1 - TиTд 2 ), (83) A() = Tи (Toy 2 + 1)(T2 2 + 1) j() = - - oy - arctg( Toy ) - arctg(T ) + Tи +arctg (84) (1 - TиTд 2 ) Используя выражения (83) и (84), решим поставленную задачу.

Определив значения постоянные времени регулятора как ТИ=ТОУ, ТД=ОУ, (85) запишем выражение (84) для частоты среза ср в виде j(cp ) = - - cp oy - arctg(cpToy ) Toy cp +arctg = - + cp (86) (1 - Toy oy cp ) Представив уравнение (86) как Toy cp -arctg(cp Toy ) - arctg(cpT ) + arctg = (1 - Toy oycp ) =- + cp + cp oy (86.а) или 3 2 -cp T + cp (Toy oy + oy Toy T - T Toy ) arctg = 2 2 2 1 + (Toy - Toy oy )cp + Toy oy Tcp =- + cp + cp oy, (86.б) найдем его решение графическим способом, задавая значение ср и используя программный пакет MatLab. Решение приведено на рис. 35.

() 0. 0.1 0. 0.0 0. -0. cp -0.25 1 2 34 5 6 7 8 9 *10 Рис. Координата точки пересечения двух кривых (первой кривой – для левой части уравнения (86.б), второй – для его правой части) по оси абсцисс даст значение частоты среза ср, на которой запас по фазе равен заданному.

Поскольку на частоте среза амплитудно-частотная характеристика А(ср) равна единице, то из выражения (83) после подстановки в него значений (85) и ср можно найти величину коэффициента КРЕГ.

(Toy cp + 1)(T2cp + 1) 2 2 Toy cp K рег =. (87) Toy cp + (1 - Toy oycp ) 2 2 Ko Итак, формулы (85), (86) и (87) позволяют рассчитать параметры настройки КРЕГ, ТИ, ТД алгоритма (81), обеспечивающие апериодический переходный процесс в системе управления, построенной для объекта с транспортным запаздыванием [65].

Пример 6. Рассчитать параметры закона (81) для системы управления со следующими коэффициентами заданной части:

ТОУ=600 с, ОУ=50 с, КО=2, ТДАТ=60 с, ТСП=30 с, обеспечив апериодический переходный процесс c минимальным перерегулированием (не более 5%) и длительностью tр, отвечающей условию:

ТОУtP3ТОУ. (88) Указанные требования связаны с тем, что для большинства технологических процессов обычно не предъявляются жесткие требования к быстродействию, т.к. выход на режим определяется технологией самого процесса. А переходный процесс с перерегулированием не более 5%, названный в литературе [66] технически оптимальным, обеспечит экономный расход энергии.

Решение. Постоянная времени эквивалентного инерционного звена Т=ТДАТ+ТСП=90 с. Принимаем запас по фазе ср=75°=/2,4 и, используя пакет MatLab, из графического решения уравнения (86.б) получаем значение частоты ср, равное 0?0027с1. После чего по уравнению (87) для полученной величины ср вычисляем значение параметра настройки КРЕГ=0,8835.

Моделирование рассматриваемой системы в среде SIMULINK пакета MatLab подтвердило возможность получения апериодического переходного процесса (см. рис. 36) заданной длительности (88) с минимальным перерегулированием для САУ, использующей в управляющем устройстве ПИД закон управления (81), значения параметров настройки которого рассчитаны по предложенной методике.

Поскольку значения параметров модели заданной части системы могут отличаться от истинных в силу различного рода погрешностей, например, погрешностей измерения или неточностей аппроксимации характеристик объекта в процессе идентификации, то возникает неопределенность [67]. Следовательно, точные значения параметров заданной части системы остаются неизвестными. Однако можно указать интервалы, в которых они должны находиться, т.е.

KiminKiKimax,, TiminTiTimax.

h(t) 1. 1. 0. 0. 0. 0. t, c 0 500 1500 2000 Рис. Для исследования линейных систем с интервальными параметрами вводят понятие робастной устойчивости, оценку которой выполняют, пользуясь критерием Харитонова [67]. Из-за наличия в объекте транспортного запаздывания применить этот критерий к рассматриваемой системе не представляется возможным. Поэтому, по аналогии с указанным критерием, предлагается исследовать робастную устойчивость путем моделирования этой системы с передаточными функциями заданной части, имеющими коэффициенты, равными граничным значениям интервальных параметров [K o, K o ] -p[ oy, oy ].(89) W (p) = W рег (p) e ([Toy, Toy ]p + 1)([T, T ]p + 1) Границы интервалов задают как Ci = Ci min = (1 - i )Ci, (90) Ci = Ci max = (1 + i )Ci, где Ci – значение параметраC, полученное в результате идентификации объекта, i – относительное значение погрешности, равное, например, 0,2 при ± 20-и процентном интервале.

При этом получатся четыре передаточные функции следующего вида:

Ko -p W1 (p) = Wрег (p) e oy, (Toy p + 1)(Tp + 1) Ko e, -p oy W2 (p) = Wрег (p) (Toy p + 1)(Tp + 1) (91) Ko e, -p oy W3 (p) = Wрег (p) (Toy p + 1)(Tp + 1) Ko -p e oy.

W4 (p) = Wрег (p) (Toy p + 1)(Tp + 1) На рис. 37 представлены графики переходных процессов для замкнутой системы с передаточными функциями (99). Номер графика соответствует номеру передаточной функции. Нулем обозначена кривая, соответствующая исходным параметрам (см. рис. 36).

Результаты моделирования показали, что САУ, использующая ПИД закон управления со значениями коэффициентов настройки, рассчитанными по предложенной методике, даже при 20-и процентном разбросе параметров объекта является робастно устойчивой и обеспечивает приемлемое качество переходного процесса [65].

Следует отметить, что по предложенной методике могут быть рассчитаны параметры любых линейных регуляторов.

3.3.2. Модальное управление. Управляющее воздействие u=g-kTx=g=k1x1-k2x2-…-knxn (92) будет называться модальным, если коэффициенты ki, i=1,2,…n выбраны по заданным исходя из степени устойчивости корням характеристического полинома замкнутой системы [67, 68]. Как видим, реализация в микроконтроллере такого управления не вызывает особых трудностей, если все переменные состояния x={x1,x2,…,xn} доступны измерению и объект является полностью управляемым.

h(t) 1. 1. 3 0. 0. 0. 0. t, c 0 500 1000 1500 2000 Рис. Например, управление исполнительным устройством – мотором, работающим с переменной частотой вращения, может осуществляться по трем переменным состояния: углу поворота, частоте вращения и току якоря, поскольку все указанные переменные могут быть измерены с помощью соответствующих датчиков.

3.3.3. Алгоритм нечеткого регулирования. Нечеткие логические регуляторы (НЛР) используются при управлении объектами, для которых либо сложно получить математическую модель, либо объект содержит существенно нелинейные характеристики [69]. Часто нечеткий регулятор используют для управления объектом, параметры которого имеют качественное описание.

Для формирования в НЛР управляющего воздействия необходимо осуществить следующие действия [70]:

1. Получить величину отклонения (рассогласования) истинного значения регулируемой координаты y от требуемого g;

2. Преобразовать значения отклонения к нечеткому виду:

«большое», «среднее», «малое»;

3. Оценить приращения управления по заранее сформулированным нечетким правилам принятия решения 4. Вычислить значение кода управления, необходимого для регулирования процесса.

Значение управляющего воздействия u на i–м шаге формируется в соответствии с алгоритмом du i = k gdu gi + k mdumi + k sdu si, (93) u i = u i-1 + du i в котором kg, km, ks - коэффициенты принадлежности рассогласования к категориям «большое», «среднее» и «малое» соответственно;

dugi, dumi, dusi - приращение управления по условию «большое», «среднее»

и «малое» отклонение соответственно.

Каждое из указанных приращений рассчитывается по следующей формуле:

dui=Ksign(g-y), (94) где - признак категории рассогласования g, m или s. Коэффициенты K подбираются в результате экспертных оценок. Наличие в выражении (93) накопления приращений равнозначно введению в закон управления астатического звена (интегратора), что позволяет и в нечетком регуляторе теоретически обеспечивать нулевую статическую ошибку.

3.3.4. Адаптивное управление. При изменениях параметров ТП в широких пределах классические системы регулирования, построенные с использованием обычных ПИД-регуляторов, не могут обеспечивать высокие требования к качеству процесса управления, а в некоторых случаях – вообще устойчивое регулирование их режимов [69].

Качественное регулирование такого объекта можно обеспечить, например, применением адаптивной системы управления с эталонной моделью, которая задает желаемую траекторию движения реального объекта. В этом случае система должна включать как контур управления, так и контур, обеспечивающий подстройку параметров регулятора таким образом, чтобы минимизировать рассогласование между выходом эталонной модели и выходом управляемого процесса (рис. 38).

Закон адаптации должен обеспечивать асимптотическую устойчивость и минимальное время сходимости переходного процесса в системе к реакции эталонной модели. Указанные требования можно удовлетворить, если для формирования закона адаптации uД использовать второй метод Ляпунова [71].

Рис. Процедура разработки закона адаптации заключается в следующем.

1. По параметрам нестационарной модели ОУ подбирается эталонная модель с желаемыми показателями переходного процесса системы управления.

2. Записывается уравнение системы с эталонной моделью относительно ошибки адаптации.

3. Выбирается функция Ляпунова и записывается условие отрицательности ее производной.

4. На основании п. 3 записывается выражение для дополнительного управления uД.

5. Определяется уравнение линии переключения.

6. Рассчитываются коэффициенты, и получается аналитическая запись закона управления, подлежащего реализации.

В результате выполнения перечисленных процедур аналитическая запись закона управления может выглядеть аналогично выражению, полученному в частном примере [19]:

u д = (g x2 x 2 + g x3 x 3 + q1 1 + q 2 2 + +q3 3 )sign(b11 + b 2 2 + b 3 3 ), (95) где - рассогласование между выходом эталонной модели и выходом управляемого процесса.

3.3.5. Релейное управление. Релейное управление является наиболее простым в реализации и экономичным в эксплуатации способом управления: сигнал рассогласования подается на исполнительную часть системы прерывно, причем возможны только три значения управляющего воздействия: максимальное положительное, максимальное отрицательное и нулевое (рис. 39).

Рис. Релейные системы по самому принципу своему являются нелинейными, поскольку моменты времени, в которые происходит замыкание и размыкание системы, заранее неизвестны;

они не задаются извне, а определяются внутренними свойствами самой системы (ее структурой и величинами ее параметров). К тому же их поведение, в отличие от линейных систем, зависит от начальных условий. Этим обуславливаются и основные специфические особенности динамики процессов регулирования в релейных системах.

В отличие от линейных, в них может возникать режим устойчивых автоколебаний.

Представленные на рис. 39 статические характеристики определяют работу мотора (исполнительного устройства системы) с напряжением питания UM. Если токи срабатывания IСР и отпускания IОТП реле не совпадают (рис. 39.б), то появляется петля гистерезиса, которая способствует возникновению режима автоколебаний. Для их устранения вводят дополнительную обратную связь по частоте вращения мотора. Убрать статическую ошибку, обусловленную зоной нечувствительности реле, можно только обеспечив идеальную релейную характеристику (рис. 39.в). Очевидно, осуществить это возможно, реализовав релейное управление на микроконтроллере.

3.4. Алгоритмическая структура локальной системы с цифровым устройством управления В результате анализа процессов контроля и управления для одномерного объекта можно представить алгоритмическую структуру, отражающую последовательность процедур от момента опроса датчика до момента выдачи управляющего сигнала на сервопривод в виде, показанном на рис 40.

Рис. На рис. 40 к технической структуре заданной части системы, состоящей из сервопривода (исполнительного механизма ИМ, усилителя мощности УМ, датчика угла поворота ДУП), регулирующего органа РО и датчика выходной координаты объекта управления ОУ yt, подключены модули алгоритмической структуры. В модуле ввода Мвв, например, ADAM-4011 решаются такие задачи, как смещение уровня сигнала датчика с помощью нормализатора в заданный диапазон измерения, устранение радиопомех и помех промышленной частоты с помощью аппаратных RC-фильтров.

В контроллере реализуются алгоритмы первичной обработки:

проверка на достоверность, сглаживание и т.п., а также один из упомянутых алгоритмов управления.

Одновременно проверяется точность регулирования i=gyci-1 и если она находится в допустимой зоне ДОП, то код управления ui не обновляется. Опрос датчика и выдача кода управления выполняются по прерыванию от таймера с шагом дискретности T0.

3.5. Характеристики многорежимных технологических процессов В многорежимных технологических процессах (ТП) может быть несколько целей управления, реализация которых производится в зависимости от выбранного режима работы технологического оборудования. При этом выбор соответствующего режима его работы может производиться по времени, по изменению состояния каких-либо датчиков оборудования либо по достижению требуемого состояния в ходе ТП.

Помимо управления в номинальном режиме, необходимо предусмотреть контроль на предаварийную ситуацию и управление по предотвращению аварии. Все перечисленное рекомендуется представить в виде табл. 6 [58].

Для дискретных управляемых параметров вместо закона управления в табл. 6 заносится набор признаков и их значения, определяющие выбор того или иного режима работы оборудования.

Кроме того, для каждого признака должно быть сделано заключение относительно условий его формирования (инициативный - от срабатывания датчиков ТП или оборудования;

пассивный периодический опрос датчиков состояния ТП и оборудования;

программный - на основе вычисления некоторых показателей ТП или анализа сложившейся ситуации в его ходе).

Таблица Характеристики многорежимных ТП Режим пуска Температура Пламя горелки Контролируемый обмоток технологический двигателя параметр либо Релейное Двухпозиционно Логическое Тип управления е Сокращение Аварийное Предотвращение Цель управления времени выхода выключение взрыва на номинальный режим Оптимальное Надежность Надежность Критерий быстродействие выполнениz выполнениz эффективности управления Отключение Прекращение Связь силового питания подачи топлив управления с двигателя контролируемым параметром По расчетным По срабатыванию При Интервал выдачи значениям аварийных датчи- срабатывании управляющих интервалов ков датчика воздействий переключения технологического агрегата (перечень) Датчики Датчик наличия Информационное исправности пламени обеспечение (пе оборудования речень исходных данных) Признак окон- Режим должен Опрос датчика Примечание чания режима быть определен с каждые 2с пуска должен момента выдаваться при включения достижении технологического заданной трубки оборудования по выходному Для аналоговых управляющих сигналов, наряду с законом управления, также необходимо указать совокупность признаков, по которым реализуется тот или иной закон управления. В графе “Примечание” целесообразно указывать особенности используемых режимов и условия их возникновения, которые необходимо учесть при разработке логической структуры подсистемы управления.

Данные табл. 6 позволяют построить алгоритмическую структуру подсистемы управления АСУ, которая отражает все возможные режимы функционирования АСУ и условия перехода на каждый конкретный режим в зависимости от значений признаков хода ТП и состояния технологического и вспомогательного оборудования.

Результатом проведенного анализа ОУ должна быть алгоритмическая структура управляющей подсистемы разрабатываемой АСУ (см.

разд. 1.5 части 2).

На следующем этапе проектирования управляющей подсистемы АСУ производится детализация управляющих функций, возлагаемых на подсистему, включая подготовительные и вспомогательные по процессу и оборудованию. Одновременно с детализацией функций выясняется необходимость установки дополнительных датчиков ТП и состояния оборудования, позволяющих реализовать требуемую циклограмму функционирования АСУ в любом из режимов.

Следующей задачей, решаемой на этапе проектирования управляющей подсистемы АСУ, является построение циклограммы её работы, определяющей временную организацию выполнения алгоритмов управления ТП. На этом этапе устанавливаются все необходимые временные соотношения между появлениями и выдачей отдельных служебных и управляющих сигналов.

Организуются во времени необходимые частные циклы работы, определяется главный цикл функционирования управляющей подсистемы АСУ, включающий в себя все частные циклы, формируются необходимые временные задержки в появлении служебных и управляющих сигналов, производится синхронизация работы отдельных каналов управляющей подсистемы АСУ. Итогом выполнения данного этапа проектирования является циклограмма работы управляющей подсистемы АСУ. Полученные в циклограмме временные соотношения рекомендуется перенести на алгоритмическую структуру. При этом становится ясно, сколько времени система функционирует в том или ином режиме, как часто выдаются управляющие воздействия по определенным каналам и т.п.

3.6. Погрешности вычисления управляющих воздействий.

Выбор микроконтроллера для целей управления В распределенных иерархических системах управления особая роль отводится локальным системам (рис. 34), предназначенным для контроля и управления различными объектами по конкретным параметрам, а также для передачи информации верхнему уровню управления с целью анализа, архивирования данных и расчета заданий ЛСУ. От точности и четкости работы локальных систем контроля и управления зависит эффективность работы распределенной АСУТП, поэтому реализация их управляющей части осуществляется на высокопроизводительных микроконтроллерах, что зачастую ведет к неоправданному увеличению стоимости системы.

Точность представления сигналов на аналоговых управляющих выходах зависит от выбранных для реализации АСУ технических средств. Критерием выбора обычно является минимум длины разрядной сетки АЛУ микроконтроллера (МК) при обеспечении заданного быстродействия и минимальной стоимости. Однако для обоснованного выбора разрядности микроконтроллера, ЦАП и, следовательно, выбора технических средств необходимо провести оценку погрешности вычисления управляющего воздействия, связанной с квантованием сигналов по уровню и времени, с целью определения компромисса между интервалом выдачи управляющих воздействий tи точностью представления аналогового управляющего сигнала двоичным кодом.

Погрешность формирования кода управляющего воздействия ui складывается из погрешностей метода, округления, трансформированной и вычисляется как среднеквадратичная, т.е.

u = мет + окр + 2 трансф. (96) Величина ошибки u не должна превышать допустимого значения uдоп, которое зависит от требований технического задания по точности регулирования [72]:

y ТЗ y ТЗ u uдоп = =, (97) К0 К0 y ТЗ где y ТЗ = – среднеквадратическое значение заданной в ТЗ точности регулирования для регулируемой координаты y(t), – коэффициент, определяющий долю заданной погрешности, отводимую на вычисления (согласно критерию пренебрежимых погрешностей 0,3), K0 – коэффициент передачи исполнительных устройств, объекта управления и датчика. Следует заметить, что выражение (91) справедливо при K01.

В общем случае алгоритм управления по отклонениям представляет собой функционал вида:

ui=F(ui-k,i-k+1), k=1,2,…,, (98) где F(…) - некоторая функция своих аргументов;

ui-k - предыдущие значения управления;

i-k+1 - значения ошибки рассогласования (t)=g=y(t) при t=(i-k+1)T0;

T0 - интервал квантования по времени, i=1,2,… - номер текущего отсчета. Величина определяется порядком формул численного интегрирования и численного дифференцирования. Например, при использовании формулы численного интегрирования нулевого порядка (формулы прямоугольников) функционал (98) для интегрального (И) закона управления будет иметь вид:

T T u i = u i-1 + 0 i или u i = u i-1 + 0 i-1.

Tu Tu С использованием формулы трапеций (формулы численного интегрирования первого порядка) для того же закона управления получаем:

T u i = u i-1 + 0 ( i + i-1 ).

2Tu При наличии в законе управления дифференциальной составляющей вычисление первой производной в численном виде выполняется с помощью ряда [73] 1 12 i + i + i +..., (99.а) i = & Т0 2 3 второй производной – в соответствии с выражением 1 &&i = 2 2 i + 3 i + 4 i..., (99б) Т0 где =i-i-1, 2i=i-2i-1-i-1, и т.д., причем от количества членов ряда (99) зависит величина методической погрешности определения производной. В системах управления с медленно изменяющимися переменными достаточно брать два первых слагаемых ряда (99.а) и одно слагаемое ряда (99.б).

Среди линейных законов регулирования в ТАУ наиболее широко используются ПИ-, ПД- и ПИД-законы, которые можно представить в разностной форме:

u i = u1i + u 2i, T0, ПИ: (100) u1i = u1(i-1) + ( i + i-1 ), u 2i = K рег i, 2Tu u i = u1i + u 2i,, ПД: (101) Tдиф 3 u1i = ( i - 2 i-1 + i-2 ), u 2i = K рег i, T0 2 2 u i = u1i + u 2i + u 3i, T ПИД: u1i = u1(i-1) + 0 ( i + i-1 ), u 2i = K рег i, (102) 2Tu Tдиф 3 u 3i = ( i - 2 i-1 + i-2 ) T0 2 2 Оценку составляющих ошибки (96) при вычислении управляющего воздействия необходимо производить для установившегося режима работы системы с учетом следующих соображений:

- из-за влияния главной отрицательной обратной связи ошибки вычисления не накапливаются от шага к шагу;

- все ординаты ui вычисляются по одному и тому же алгоритму в одинаковых условиях, поэтому можно считать, что ошибка вычисления ui не зависит от ошибок предыдущих ординат ui-k.

Следовательно, в соответствии с [57] из формулы (98) получаем F( ui-k,i-k+1 ) m тр =, (103) i-k+ i=1 где – среднеквадратическая ошибка сигнала рассогласования, равная среднеквадратической ошибке вх на входе вычислителя (50) в предположении, что погрешность задания g равна нулю.

Например, при П-законе управления производная dF(...) = du i d i d i будет равна kрег, следовательно, дисперсия трансформированной 2 = k рег вх 2 погрешности или с учетом (50) тр 2 = k рег (1 + 2 ) 2 k прс.

2 тр дат При ПИД-законе в случае интегрирования по трапециям и использования для вычисления производной двух членов ряда (99.а) Т диф Т (1 + ) датk прс.

= k рег + 0,5 + 6, 2 2 2 2 тр Ти Т Для оценки методической погрешности необходимо выбрать шаг дискретности Т0, который определяет частоту выдачи управляющих воздействий. Чтобы дискретная система по своим свойствам приближалась к непрерывной, необходимо выбирать величину шага Т исходя из условия Т0 (0,1 - 0, 3)Тoyмин где Тoyмин - значение минимальной постоянной времени объекта управления.

Среднеквадратическое значение мет при её нормальном распределении определяется выражением [57] инт мет инт =. (104) мет мет Абсолютная величина методической погрешности при интегрировании по методу прямоугольников [57]:

T02 d(t), (i -1)T0 t iT0, инт = (105) 2Tи dt макс мет а при интегрировании по методу трапеций [57]:

T0 3 d 2(t), (i - 1)T0 t iT0.

инт = (106) мет 12Tи dt 2 макс Таким образом, зная максимальные значения 1-й и 2-й производных ошибки рассогласования и величину интервала дискретности Т0, можно, пользуясь формулами (104), (105) или (104), (106), вычислить дисперсию методической погрешности мет на шаге Т0 при вычислении интеграла. Абсолютное значение методической погрешности получения первой производной, вычисляемой по (99.а) с двумя членами ряда будет равно:

Т Т мет = диф 3 i = диф ( i - 3 i-1 + 3 i-2 - i-3 ). (107.а) диф 3Т0 3Т В то время как использование одного слагаемого в формуле (99.а) приводит к методической погрешности дифференцирования следующего вида:

Т Т Т мет = диф 2 i + диф 3 i = диф (5 i - 12 i-1 + 9 i-2 - 2 i-3 ), (107.б) диф 2Т0 3Т0 6Т что даст значительную ошибку при вычислении производной.

Дисперсия полной методической погрешности должна рассчитываться в соответствии с выражением м ет = ( мн т ) ( ) 2 2 и диф.

+ ет м ет Для оценки инструментальной погрешности, обусловленной ограниченной длиной разрядной сетки вычислителя, необходимо знать эту длину. Как было отмечено в разд. 2.4 части 2, её величину выбирают, по крайней мере, на четыре разряда больше разрядности АЦП, но так, чтобы она была кратна байту. Выбрав таким образом длину разрядной сетки АЛУ, следует подсчитать количество округлений m в формуле вычислений кода управления [57, 58] и найти полную инструментальную погрешность как окр = m 2, (108) АЛУ где дисперсия единичного округления в АЛУ с учетом равномерного закона распределения определяется в соответствии с выражением 2 = АЛУ. (109) АЛУ После того как все составляющие погрешности вычисления управляющего воздействия определены, необходимо проверить условие (97). Если оно не выполняется, то нужно определить, какую из погрешностей следует уменьшать в первую очередь.

Уменьшить погрешность метода можно, во-первых, путем уменьшения интервала дискретности Т0, во-вторых, использованием более точных формул численного интегрирования и дифференцирования.

Уменьшения погрешности трансформированной можно добиться, как было уже сказано, введением алгоритмов сглаживания:

экспоненциального или скользящего среднего [58, 59], позволяющих ослабить ее в раз (210).

Величина инструментальной погрешности уменьшается только использованием устройств с большей длиной разрядной сетки.

Выбор ЦАП осуществляется по требуемому количеству разрядов, которое рассчитывается по формуле:

U N = E log 2 макс + 1, (110) u доп u ЦАП где Umax – величина максимального напряжения на выходе ЦАП (обычно – это 5 В), uдоп – цена младшего разряда ЦАП, которая с учетом равномерного распределения инструментальной погрешности и формулы (97) имеет следующий вид:

u доп = 2 3 uдоп, В. (111) Выполнив изложенные выше расчеты, подбирают соответствующие модули, отвечающие требованиям по точности преобразований и вычислений. После чего осуществляют проверку требуемого быстродействия в соответствии с условием T0T0ДОП.. (112) Необходимость уменьшения величины T0, о которой говорилось ранее и которая может возникнуть из условия (112), связана с повышением требований к быстродействию используемых технических средств. Объясняется это тем, что за это время должны быть выполнены такие процедуры, как опрос датчиков, преобразование аналоговых отсчетов в двоичный код, проверка на достоверность, сглаживание, проверка на технологические границы, вычисление кода управляющего воздействия, преобразование его в напряжение и передача сигнала управления в исполнительное устройство. Следовательно, требование по быстродействию можно обеспечить, выбирая модули ввода-вывода с малым временем преобразования информации, увеличивая тактовую частоту работы контроллера, сокращая время опроса датчиков и время работы аппаратуры передачи данных.

Можно заметить, что предложенная методика расчетов позволит обоснованно подойти к выбору стандартных модулей управляющих устройств локальных систем управления, что даст возможность повысить эффективность распределенных иерархических систем управления в целом.

Пример 7. Выбрать модули цифрового устройства управления, предназначенного для поддержания уровня h раствора в баке.

Диапазон изменения уровня раствора: Dy=6,0 – 7,5 м, точность поддержания: y ТЗ = ±0,12 м. Для распределения заданной точности между блоками принять =0,3. =0,2, =0,3.. Параметры ОУ и регулятора выбрать из примера 5:

К0=2 м/В, Крег=0,8835, Ти=600 с, Тдиф=50 с, Т0=10 с.

Решение.

1. В соответствии с выражением (109) рассчитываем допустимое значение погрешности вычисления управляющего воздействия uдоп :

0, 3 0, uдоп = = 0,006 В.

2 2. По требуемой точности измерения y дат yТЗ = ±0,024 м и заданному диапазону изменения уровня выбираем датчик УДУ-5П с диапазоном измерения уровня 12 м и погрешностью показаний |yдат|=0,015 м [74]. При нормальном распределении погрешности у дат измерения y дат = =0,005 м.

3. Рассчитываем разрядность АЦП:

Dy N y АЦП = E log 2 + 1 = Е log 2 + 1 = 12.

у дат 0, 3 0, АЦП должен иметь не менее 12-и разрядов.

4. Рассчитываем коэффициент пересчета АЦП:

212 - = 341, 25 м-1.

k прс1 = 12м 5. Определяем величину младшего разряда АЦП как D y датч = 0, 00293 м.

у АЦП = N уАЦП = -1 2 - 6. Находим разрядность ЦАП:

U 5 +1 = 8.

NuЦАП = Elog2 макс +1 = Еlog2 +1 = Еlog 2 3 uдоп 2 30, uдоп ЦАП должен иметь не менее 8-и разрядов.

7. Рассчитываем коэффициент пересчета ЦАП:

k прс2 = = 0,0196 B.

28 - 8. Коэффициент пересчета от входа АЦП до выхода ЦАП kпрс=kпр1kпр2=6,69 В/м.

При этом коэффициент передачи по петле замкнутого контура К kпрс будет безразмерной величиной.

9. Определяем погрешность вычисления управляющего воздействия.

9.1. Расчет начнем с трансформированной погрешности, пользуясь формулами (98), (102) и (103).

F ( u i-k, i-k +1 ) 2 6, 5Т ( ) m Т = диф 2 2 2 = К рег + + у дат (1 + )k прс = тр 2 i-k +1 2Т и Т i=1 ( ) 6, 5 50 10 ( 0, 005 ) (1 + 0, 09)(6, 69) = 0, 0208В = 0, 8835 2 + 2 + 2 600 2 10 Как видим, трансформированная погрешность существенно превышает допустимую. Для её уменьшения увеличим разрядность ЦАП до двенадцати с тем, чтобы уменьшить коэффициент пересчета, который теперь будет равен:

212 - 1 k прс = k прс1k прс2 == 0,42B/м.

12 212 - При этом 2 = 0,00008076В 2, что также превышает допустимое тр значение, поскольку тр=0,009 В.

Как отмечалось ранее, чтобы еще уменьшить трансформированную погрешность, введем экспоненциальное сглаживание с =5. В результате получим:

0, 2 = = 0,00001615В 2 или тр=0,004 В.

тр 9.2. Чтобы рассчитать погрешность метода интегрирования, как следует из формулы (106), необходимо иметь максимальное значение d 2(t) на интервале (i-1)T0tiT0/ второй производной dt Найти его можно, выполнив моделирование в стандартный пакет d 2(t) Simulink системы MatLab. Как и предполагалось, величина dt очень мала (510-7), поэтому методической погрешностью интегриования и дифференцирования можно пренебречь.

9.3. Для оценки инструментальной погрешности выбираем разрядность АЛУ, как рекомендуется выше, равной 16, рассчитываем величину младшего разряда процессора как у АЛУ = 2 -4 у АЦП k прс = 2-4 0, 00293 6, 69 = 0, 001225 B и количество округлений m=mсгл+mПИД, где mсгл=3 - количество округлений при вычислении сглаженного значения yci, mПИД=17 количество округлений при вычислении кода управляющего воздействия по ПИД-закону.

Следовательно, m=20 и полная инструментальная погрешность вычислителя составит 2 0, 2 = 0,00204B 2, = m АЛУ = m АЛУ = окр 12 что не позволит обеспечить заданную допустимую погрешность вычислений uдоп = 0,000036B 2. Поэтому необходимо либо выбрать микроконтроллер с 32-мя разрядами, либо рассчитывать на 16-и разрядном микроконтроллере, но с удвоенной точностью. На величине быстродействия это не скажется, поскольку заданное время дискретности T0=10 c.

Приведенные расчеты показали, что выбор технических средств существенно зависит от величин погрешностей вычислений, в частности, погрешности округления (инструментальной) и трансформированной.

Закончить пример можно выбором конкретных модулей для построения цифрового устройства управления, скажем фирмы Advantech:

а) модуль аналогового ввода ADAM-4012 с параметрами: 16 разрядный АЦП, Программная настройка для работы с мВ, В или мА, гальваническая изоляция 500В, один цифровой вход/счетчик событий, два цифровых выхода/аварии по верхней и нижней границам измеряемого входа;

б) модуль аналогового вывода ADAM-4021 с параметрами: 12 разрядный ЦАП, программная настройка выхода на В или мА, контроль состояния выхода, программируемая скорость изменения сигнала на выходе: от 0,125 до 128,0 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с, гальваническая изоляция 500 В;

в) IBM PC совместимый программируемый микроконтроллер ADAM-5510: процессор: 80188, 16-разрядный, память ОЗУ: 256 кбайт, флэш-ПЗУ: 256 кбайт, операционная система: ROM-DOS, часы реального времени встроенные, сторожевой таймер встроенный, количество обслуживаемых модулей ввода-вывода: до 4;


два последовательных порта: RS-232 и RS-485;

напряжение изоляции В.

В заключение ещё раз обратим внимание разработчиков АСУТП на необходимость тщательного подхода к оценке погрешностей вычислений, поскольку с ней связан выбор технических средств, удовлетворяющих комплексному критерию. Этот критерий должен обеспечивать требуемые точность и быстродействие при минимальной стоимости используемого оборудования.

3.7. Средства реализации управляющих воздействий Устройства вывода управляющих сигналов разделяются на аналоговые и дискретные. К первым относятся цифро-аналоговые преобразователи ЦАП, о расчете и выборе которых говорилось выше.

Основная функция устройств вывода дискретных управляющих сигналов – функция ключа, которую могут выполнять маломощные регистровые выходы, релейные выходы, транзисторные и тиристорные ключи. Применение того или иного типа переключающего устройства определяется мощностью исполнительного блока, для управления которым оно предназначено. Например, регистровые выходы могут использоваться для включения сигнализации в специализированных пультах и мнемосхемах, релейные выходы, имеющие полную гальваническую развязку от электрических цепей контроллера, – для управления пуском, остановом технологических агрегатов, транзисторные и тиристорные ключи – для управления ИМ различной мощности.

На рис. 41 представлена структурная схема управления мотором М с помощью ключей.

Рис. С целью осуществления реверса используются две пары ключей:

управление прямым ходом мотора выполняется парой Кл 1, Кл 4, обратным – Кл 2, Кл 3. Широтно-импульсные модуляторы ШИМ 1 и ШИМ 2 преобразуют код управления во времяимпульсный сигнал положительной и отрицательной полярности соответственно.

Широтно-импульсная модуляция – вид импульсной модуляции, при которой изменяется длительность (ширина) импульсов под действием модулирующего сигнала (в данном случае кода управления). При этом частота следования импульсов остается постоянной. Драйверы 1 и служат для согласования и управления ключами.

Для управления электрическим ИМ, работающим с постоянной скоростью в рабочем диапазоне Dy=ymax-ymin со временем его пробега TИМ, также используется времяимпульсный сигнал. Различие заключается в том [9], что в схеме управления используются два выходных ключа: «Больше», «Меньше», и код длительности временного интервала t = k прсt K рег i (113) подается на один из них в зависимости от знака i.

Коэффициент пересчета из формата кода АЦП в код временного интервала в выражении (113) вычисляется как Tим k прсt =. (1114) N T0 (2 АЦП -1) При этом шаг дискретности по времени (шаг квантования временного интервала t ) определяется [61] временем полного хода ИМ Тим и величиной его зоны нечувствительности в %:

Т00,10Тим.

В случае необходимости можно организовать управление несколькими ИМ постоянной скорости от одного микроконтроллера [61]. Например, при 32-х разрядном микроконтроллере таких ИМ будет 16. На рис. 42 показан принцип возможной реализации управления группой ИМ постоянной скорости [61].

Сигналы управления ty C Счетчик на Г Выходной порт вычитание...

Ключи Дешифратор...

нуля к ИМ.

Запуск/Останов Сброс В схему прерывания Рис. С этой цель создается дополнительная программа, формирующая код управления ключами C и код интервала управления ty = min tj.

j Исполнительные механизмы, имеющие отличный от нуля код tj, подключаются на время ty к ключу «Больше» или «Меньше» в зависимости от знака ошибки ji. Значения кодов tj уменьшаются на величину ty.

После получении сигнала об отработке исполнительными механизмами кода интервала управления операции по формированию нового значения ty, нового кода управления ключами С и коррекции кодов tj повторяются до полного завершения работы, когда все коды tj станут нулевыми.

Следует заметить, что в данном разделе были охвачены далеко не все способы управления, используемые на локальном уровне. Более обширное и детальное описание для них можно найти в специальной литературе по теории автоматического управления.

4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 4.1. Общие сведения Задачи автоматизации решаются эффективно, если они прорабатываются в процессе изучения технологического процесса.

Нередко выявляется необходимость изменения технологических схем в целях приспособления их к требованиям автоматизации, установленным на основании технико-экономического анализа [75].

Техническим документом, определяющим блочно-функциональную структуру систем контроля и управления, показывающим расположение приборов на оборудовании, щитах управления и в операторских помещениях является функциональная схема.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов решаются следующие задачи:

- получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

- непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

- стабилизация технологических параметров процесса;

- контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

Для решения задач привлекаются специалисты: технологи, инженеры контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА), разработчики АСУТП. Каждый из перечисленных специалистов заполняют таблицы, материал которых позволяет составлять подробные функциональные схемы автоматизации и использовать SCADA-системы для проектирования и управления ТП.

4.2. Требования к оформлению функциональных схем Функциональная схема (ФС) выполняется в виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают [75]:

технологическое оборудование;

коммуникации;

органы управления;

средства автоматизации с указанием связей с технологическим оборудованием. Для ТП с большим объемом автоматизации выполняют отдельно схемы автоматического контроля, управления, сигнализации и т.д. В нижней части чертежа изображаются в виде прямоугольников щиты и пульты управления, в которых показываются устанавливаемые средства автоматизации. Если используется микропроцессорная и вычислительная техника, то вместо поля "Приборы на щите управления", или дополнительно к нему, дается полоса "Комплекс технических средств операторских помещений".

На свободном поле чертежа допускается давать краткую технологическую характеристику автоматизируемого объекта, поясняющие таблицы, диаграммы и т.п. На линиях связи от датчиков называют предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых технологических параметров при установившихся режимах работы. Если приборы для измерения или регулирования встроены в технологическое оборудование, то предельные значения технологических параметров указывают под или вблизи позиционного обозначения прибора.

Контуры технологического оборудования, трубопроводные коммуникации, прямоугольники, изображающие щиты, пульты, КТС ОП выполняют линиями толщиной 0,6-1,5 мм, линии связи - толщиной 0,2-0,3 мм, приборы и средства автоматизации - линиями толщиной 0,5-0,6 мм. При необходимости указания точного места точки измерения (внутри контура технологического аппарата) в конце тонкой линии изображается окружность диаметром 2 мм.

4.3. Изображение технологического оборудования и коммуникаций Технологическое оборудование (ТО) и коммуникации на функциональных схемах изображаются упрощенно, но так, чтобы дать ясное представление о принципах работы и взаимодействии со средствами автоматизации (см. рис. 4.3).

Технологические коммуникации и трубопроводы жидкостей и газов имеют условные цифровые обозначения. Иногда к цифре добавляют буквы, условные обозначения проставляются на расстоянии не менее 50мм (ГОСТ 2.784-70), например [75], для воды -1-1 (-1ч-чистая вода), пара -2-2 (-2п-перегретый пар, -2н-насыщенный пар), воздуха -3-3, горючего: жидкого -15-15, газообразного такого, как ацетилен -17-17, пропан -22-22.

50 мм Барабан Рис. Если используются дополнительные цифры, не предусмотренные ГОСТом, то на ФС должны быть нанесены пояснения принятых условных обозначений. На элементах ТО и трубопроводов даются необходимые поясняющие надписи, стрелками отмечается направление потоков. На функциональных схемах условными изображениями показывают:

- технологическое оборудование (в упрощенном виде, не нарушая принципа работы) с указаниями взаимодействий со средствами автоматизации;

- коммуникации совместно с регулирующими органами и запорной аппаратуры;

- средства автоматизации с указанием связи с технологическим оборудованием.

Изображения некоторых средств измерения и автоматизации в соответствии с ГОСТом представлены в табл. 7.

При сложных схемах создают отдельно функциональную схему контроля и функциональную схему управления.

4.4. Буквенные условные обозначения приборов и средств в автоматизации (ГОСТ 21.404-85) На первой позиции обозначения приборов располагают заглавные буквы наименования измеряемого или регулируемого параметра, а именно:

- D – плотность, разность или перепад;

Таблица Наименование Изображение Первичный По месту (на технологическом оборудовании) измерительный Основное Допускаемое преобразователь Вторичный прибор на щите управления Основное Допускаемое Исполнительные Пневматические механизмы Положение РО при С прекращением прекращении управляющего сигнала РО управляющего сигнала будет закрыт не регламентируется С прекращением С прекращением управляющего сигнала управляющего сигнала РО РО будет остается в неизменном положении открыт Электрический исполнительный механизм - Е – любая электрическая величина;

- F – расход, соотношение, доля, дробь;

- G – размер, положение, перемещение;

- Н – указатель верхнего предела;

- L – уровень или нижний предел измеряемой величины;

- М – влажность;

- W – масса;

- Q – концентрация, качество, состав;

- P – давление, вакуум;


- Т – температура;

- V – вязкость.

На второй и последующих позициях – либо уточнение первого наименования, как например, - перепад давления, либо заглавную букву процедуры контроля или регулирования.

На ФС используются следующие обозначения указанных процедур:

- А – сигнализация при отображении информации;

- С – регулирование или управление;

- I – показания при отображении информации;

- R – регистрация;

- S – включение/отключение или сигнализация при формировании выходного сигнала;

- К – станция управления - переключатель режимов: ручное или автоматическое управление;

- Н – ручное управление.

В верхней части окружности или овала наносятся буквенные обозначения измеряемой величины и функциональное назначение прибора. В нижней части окружности или овала наносятся позиционные обозначения, в которых указывается номер функциональной группы, строчными буквами русского алфавита либо через дефис арабскими цифрами порядковый номер прибора в функциональной группе по направлению следования сигнала от датчиков к регулирующему органу.

Рассмотрим примеры обозначений приборов.

1. Если на ФС встречается следующее обозначение прибора или, то оно должно быть прочитано так:

“Прибор, относящийся к 22-й функциональной группе, стоящий 5-м в этой группе, расположен на щите управления и предназначен для регистрации R и автоматического регулирования C перепада давления PD с одновременной визуализацией (показаниями) I” 2. Обозначение характеризует прибор, относящийся к 1-й функциональной группе, занимающий 4-е место по направлению следования сигнала, расположенный на щите управления и предназначенный для регулирования C уровня L с сигнализацией S и блокировкой по верхнему пределу H.

3. Обозначение указывает на то, что прибор установлен на технологическом объекте (нет разделяющей черты) и предназначен для показания I содержания Q кислорода O2 в отходящих газах. Кроме того, прибор относится ко второй функциональной группе и является в ней первым.

Иногда для условных обозначений применяют дополнительные буквы в соответствии со следующим порядком: 1 - измеряемая величина, 2 – одна из дополнительных букв E, T, Y, соответственно обозначающих:

- E – преобразование в электрическую величину;

- T – дистанционная передача;

- Y – преобразование.

Следовательно, РТ есть бесшкальный манометр с дистанционной передачей. А обозначение показывает прибор для преобразования давления в электрический сигнал.

Рассмотрим примеры упрощенных функциональных схем автоматизации 1. На рис. 44 приведена система измерения расхода пара в парогенераторе.

Паропровод Барабан Приборы на стативе Рис. Проследим по рис. 44 каналы 1 и 2 от датчиков к выходу на регистрирующий прибор.

Функциональная группа по каналу 1 имеет позиционный номер 33, а приборы, в этой группе от датчика и далее должны иметь индексы "а", "б", "в" и т.д. Датчик FE с позицией 33а – первичный бесшкальный измерительный преобразователь для измерения расхода. Устройство 33б – устройство с нестандартным обозначением Z (конденсационный сосуд). Это означает, что датчик FE обладает диафрагмой, врезанной в паропровод Т71.

Перепад давления на диафрагме, эквивалентный расходу пара, поступает в прибор с позицией ЗЗв, установленный на стативе (статическом основании). На этот же прибор воздействует сигнал по каналу 2. Прибор ЗЗв имеет функциональное обозначение UR, т.е. он является прибором, регистрирующим (R) величину U, которая является функцией расхода пара F и давления Р: U=f(F,P).

Следовательно, этот прибор регистрирует расход пара F с коррекцией по его давлению Р. Корректирующий сигнал по давлению Р поступает по каналу 2. Для каждого канала указаны номинальные значения параметров сигналов: расход пара - 25 т/ч, давление - 1.3 МПа.

2. На рис. 45 приведен контур регулирование температуры воды в котле. На функциональной схеме автоматизации котла термосопротивление 2а служит для измерения температуры горячей воды, выходящей из котла, термосопротивление 2б – для измерения температуры наружного воздуха, преобразователи 2в и 2г для преобразования сигналов от соответствующих термосопротивлений в унифицированные токовые сигналы 0 – 5 мА.

Рис. В регуляторе температуры присутствуют задатчик 2д (Н в его обозначении означает ручную операцию), измерительный блок 2ж, регулирующий блок 2з, блок управления 2и, магнитный пускатель 2к и электрический исполнительный механизм 2л. Изменение подачи топлива осуществляется регулирующей заслонкой РО. Как только температура воды из котла достигает заданного значения, регулирующий блок 2з дает команду на прекращения подачи газа, тем самым предохраняя котел от перегрева.

4.5. Проектная документация Для пояснения принципов составления проектной документацией воспользуемся информацией, предоставленной компанией AdAstra Reseach Grou, LTD на курсах обучения базовой версии TRACE MODE.

Основой создания проектной документации при разработке АСУТП является функциональная схема автоматизации объекта. На рис. представлена функциональная схема устройства подготовки нефти (УПН) для транспортировки. Как видно из рисунка, из добытой нефти убирается пластовая вода и выжигается газ. Внизу слева от штампа на чертеже ФС представлены приборы местные, расположенные на ОУ и приборы на щите операторской, названные ранее комплексом технических средств операторских помещений.

Предварительно объект автоматизации разбивается на подобъекты (см. табл. 8), и приборы комплектуются по контурам, каждому из которых присваивается свой номер (см. табл. 9).

Таблица Разбиение объекта автоматизации на подобъекты № Наименование подобъекта Номер контура п/п 1 Вход УПН 1,4,9, 2 Отстойник №1 (О-1) 5, 3 Печь №1 (П-1) 2,6,18, 4 Газосепаратор №1 (СГ-1) 7, 5 Электродегидратор №1 (ЭГ-1) 3,14,20,23,24, 6 Буферная емкость №1 (БЕ-1) 13, 7 Дренаж 8 Выход УПН 10, 9 Помещение 15, Рис. Таблица Но- Имя Чис № Наименование мер Объект Нижняя Верхняя Тип Размер- Коэфф Дрейф кана- ло Тип НПредел ВПредел п/п сигнала кон- граница граница сигнала ность пересчета нуля ла бит тура 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Температура нефти Вход 0 5 60 100 In_T_ о 1 1 AVI 4-20 mA C 0,024414 на входе в УПН УПН Вх Температура нефти Печь №1 0 5 60 100 In_T_ о 2 на выходе из печи 2 AVI 4-20 mA C 0,024414 0 П1 № Сигнал по 3 Электрод In_T 3 температуре масла в DVI егидрато 0 0 0 0 0 0 SA_Э трансформаторе р№1 Г Давление нефти на 4 Вход 0 0,1 0,25 1 In_P_ 4 AVI 4-20 mA 0,0002441 ?

входе в УПН УПН Вх Сигнал и защита 4 Вход In_PS 5 давления нефти на DVI УПН 0 0 0 0 0 0 A_Вх входе Управляющее 4 Вход O_P_ 6 воздействие на AVO УПН 0 0,02 0,1 0,14 4-20 mA Мпа 0,0000341 0 Вх клапан … … … … … … … … … … … … … … Содержание In_Q 20 углеводородных 15 AVI Помещен 0 0 10 100 4-20 mA 0,024414 0 _П % газов в помещении ие Окончание табл. Устройство In_H 21 пожарной 17 DVI Помещен 0 0 0 0 0 0 AS_ сигнализации ие П Давление в СГ-1 AVI Газосепа 0 0 1 3 0,0007324 In_P_ 22 7 ратор 4-20 mA Мпа 0 СГ1 № Сигнал и защита DVI Газосепа 0 0 0 0 0 In_PS 23 давления в СГ-1 7 ратор 0 A_СГ №1 Управление AVO Газосепа 0 0,02 0,1 0,14 0,0000341 O_P_ 24 клапаном 7 ратор 4-20 mA Мпа 0 СГ1_ №1 … … … … … … … … … … … … … … Содержание воды в 10 AVI Выход 0 0 2 100 4-20 mA % 0,024414 In_Q 36 нефти УПН 0 _Вых _ Управление 10 AVO Выход 0 0,02 0,1 0,14 4-20 mA Мпа 0,0000341 O_P_ 37 0 клапаном УПН Вых Расход пластовой 21 AVI Дренаж 0 100 300 800 4-20 mA м3/ч 0,1953125 In_Q 38 воды 0 _Дре наж Расход товарной 22 AVI Выход 0 100 500 800 4-20 mA м3/ч 0,1953125 In_Q 39 нефти УПН 0 _Вых _ Примечание. Коэффициент пересчета определяется как отношение Верхнего предела к величине кода 12-и разрядного АЦП Приведем некоторые из них. Приборы 1-о контура и служат для измерения температуры нефти на входе в УПН с показанием аварийных значений при выходе за пределы допустимого диапазона изменения температуры (5-60оС).

Приборы контура 4 и предназначены для измерения давления нефти на входе в УПН с сигнализацией по превышению верхнего предела величиной 0,1 МПа,и подачей через устройство усилия на пневматический ИМ клапана.

Предусмотрена пожарная сигнализация и аварийная сигнализация по превышению в помещении процентного содержания углеводородных газов, и. Надеемся, что остальные комплекты приборов также легко будут определены.

В разработке проектной документации, как было уже отмечено, участвуют технолог, инженер КИПиА и разработчик АСУТП на базе SCADA-системы. Каждый из них изучает объект автоматизации – ТП и заполняет таблицы.

Технолог в табл. 10 вносит следующую информацию по технологическим параметрам объекта (в шапке таблицы она обозначена курсивом):

- наименование технологического параметра;

- нижняя граница технологического параметра;

- верхняя граница технологического параметра;

- нижний предел измерений;

- верхний предел измерений;

- размерность технологического параметра.

Инженер КИПиА, продолжая заполнять табл. 9, начатую технологом, вносит информацию по таким данным, как (см. в шапке таблицы – жирный шрифт) - вид сигнала (входной или выходной, аналоговый или дискретный);

- тип сигнала (с позиции SCADA-системы);

- коэффициент умножения, названный ранее коэффициентом пересчета;

- дрейф нуля.

Разработчик АСУТП дополняет табл. 9 следующей информацией (подчеркнутый шрифт в шапке таблицы): имя объекта (основано на структурном делении объекта автоматизации на участки);

имя канала;

число бит (для дискретных сигналов).

Представленная в табл. 9 информация используется при разработке систем измерения, контроля и управления на базе SCADA-системы.

5. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ АСУТП НА БАЗЕ SCADA-СИСТЕМЫ TRACE MODE 5.1. Идеология распределенных комплексов с применением SCADA-систем SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition) предназначена для проектирования и эксплуатации распределенных АСУ. Дословный перевод названия - диспетчерское управление и сбор данных. Однако в последних версиях её предназначение значительно расширилось. В частности, отечественная компания AdAstra выпустила 6-ю версию SCADA-системы TRACE MODE, объединяющую все уровни управления производством (рис. 1).

SCADA-система TRACE MODE (ТРЕЙС МОУД) имеет мощные средства для создания распределенных иерархических АСУТП (см рис. 47), включающих в себя до трех уровней иерархии: уровень контроллеров – нижний уровень;

уровень операторских станций верхний уровень;

административный уровень. Деление на уровни иногда может быть весьма условным. В малых системах функции всех уровней часто реализуются на одной операторской станции. В больших системах на каждом уровне может быть выделена собственная иерархия. Тем не менее, в большинстве случаев такое деление правомерно. Необходимо заметить, что при разработке крупных сетевых систем, включающих в себя десятки узлов, лимитирующим элементом становятся не характеристики пакета по количеству одновременно работающих в сети узлов, а пропускная способность линий связи.

Исполнительная система ТРЕЙС МОУД включает в себя мониторы (управляющие операционные системы), предназначенные для работы на всех уровнях систем управления (см. рис. 48).

5.1.1. Уровень контроллеров. На этом уровне реализуется сбор данных от датчиков, а также непосредственное цифровое управление (НЦУ) в соответствии с принятыми законами (ПИД-, ПДД- и ШИМ регуляторы, позиционный, нечеткий регуляторы и т.д.).

Supervisor - TRACE MODE рабочие места руководителей Mobile Браузеры Административны й Internet/Intranet NetLink Light NetLink Light DCOM HTTP Дублированные серверы архива FTP GSM Дублированные серверы реального времени Диспетчерский управление уровень 1 Сервер документировани NetLink МРВ (сервер) Web Уровень контроллеров Микро МРВ Микро МРВ GSM+ Микро МРВ модем+ - связь через GSM - связь по коммутируемой линии Рис. • Консоли • Коммуникаторы • МРВ • Регистратор • Сервер документирования • Консоли • МРВ • Микро МРВ Рис. Для создания этого уровня предусмотрены мониторы: Микро МРВ (монитор реального времени), Микро МРВ Модем+, Микро МРВ GSM+. Первый из них предназначен для запуска в контроллерах, связанных с верхним уровнем по локальной сети или последовательному интерфейсу, второй – при связи по коммутируемым линиям, а третий – по GSM-сети. При использовании выделенных телефонных линий или радиоканалов следует применять первый монитор.

Эти мониторы не имеют графического интерфейса. Однако по математическим функциям они идентичны мониторам верхнего уровня, а также имеют ряд функций, необходимых для работы в контроллерах (например, поддержка сторожевого таймера).

5.1.2. Оперативный уровень. Для верхнего уровня АСУТП предусмотрены такие мониторы, как МРВ, NetLink МРВ, NetLink Light. Они позволяют создавать рабочие станции оперативного управляющего персонала.

МРВ может обмениваться данными с другими мониторами ТРЕЙС МОУД, а также с любыми контроллерами через встроенные протоколы или драйвер. Он запрашивает данные у нижнего уровня и передает ему команды управления. Полученные данные могут отображаться, архивироваться и передаваться другим приложениям WINDOWS по протоколам ODBC, OPC и DDE (см. рис. 49).

NetLink МРВ – это сетевая рабочая станция. Этот монитор может обмениваться данными с операторскими станциями (по последовательному интерфейсу или локальной сети), а также с Микро МРВ, работающими в PC-based контроллерах. По функциям визуализации, архивирования, связи с базами данных и документирования NetLink МРВ аналогичен МРВ. В отличие от МРВ, в нем блокированы поддержка плат УСО, обмен с драйвером, обмен по встроенным протоколам MODBUS и DCS, а также клиентские функции OPC и DDE.

NetLink Light – это сетевой графический терминал. Он не имеет своего сервера математической обработки, а связывается с сервером МРВ или NetLink МРВ, запущенным на другом компьютере. NetLink Light позволяет создавать дополнительные рабочие места оператора.

Клиенты TM СУБД DCOM SQL/ODBC OPC Сервер TM T-COM, OPC, DCOM, OPC, DDE DDE/NetDDE УС О Приложения ActiveX Рис. 5.1.3. Административный уровень. Задачей данного уровня управления является контроль текущего состояния производственных процессов и анализ функционирования производства по архивным данным. Для решения задач данного уровня предусмотрен монитор SUPERVISOR. Он является специализированной графической консолью, которая может подключаться к серверу матобработки МРВ, NetLink МРВ или ГР. В первых двух случаях просматривается локальный СПАД архив, а в последнем - глобальный архив. Кроме того, SUPЕRVISOR можно переключить в режим реального времени.

В этом случае он работает как консоль NetLink Light, и может использоваться для управления процессом. При работе с архивами SUPЕRVISOR реализует следующие функции: отображение последних изменений значений каналов;

просмотр архивов в режиме PLAYBACK;

просмотр на заданное архивное время с пошаговым переходом по времени.

До тех пор, пока речь идет о связи между компонентами одного узла, не возникает вопрос об аппаратно/программном интерфейсе, который должен быть задействован для обеспечения связи. В этом случае достаточно выполнить конфигурирование свойств связь/вызов компонентов. Если взаимодействующие компоненты относятся к разным узлам, интерфейс связи, как правило, должен быть указан и сконфигурирован.

Последняя разработка TRACE MODE версии 6 является интегрированной системой, позволяющей решать задачи автоматизации ТП и управления производством АСУП. Теперь специалисты по АСУТП могут решать задачи АСУП на основе привычного и понятийного аппарата. Благодаря использованию в своей оболочке T-FACTORY MES-системы управления производством стало возможным автоматизировать работы по планированию, контролю исполнения, сбору статистики и анализу производственного цикла предприятия.

5.2. Архитектура TRACE MODE Все программы, входящие в ТРЕЙС МОУД, подразделяются на две группы (см. рис. 50): инструментальную систему разработки и исполнительные модули (runtime). Как видно на рис. 50, инструментальная система разработки содержит три редактора [76]:

редактор базы каналов, редактор представления данных, редактор шаблонов.

В редакторе базы каналов создается математическая основа системы управления: описываются конфигурации всех рабочих станций, контроллеров и УСО, настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора данных и управления;

задаются периоды опроса или формирования сигналов, настраиваются законы первичной обработки и управления, технологические границы, программы обработки данных и управления, осуществляется архивирование технологических параметров, сетевой обмен, а также решаются некоторые другие задачи.

Результатами работы в этом редакторе являются математическая и информационная структуры проекта АСУТП, которые включают в себя набор баз каналов и файлов конфигурации для всех контроллеров и операторских станций (узлов) проекта, а также файл конфигурации всего проекта c расширением cmt. Все остальные файлы проекта хранятся в рабочей директории в каталоге, имя которого совпадает с именем файла конфигурации.

TRACE MODE Инструментальная система Исполнительные модули Редактор Базы Каналов Серверы Редактор Коммуникаторы Представления Данных Редактор Шаблонов Консоли • • • МРВ WEB Активатор Supervisor • • • Микро МРВ GSM Активатор NetLink Light • • • Регистратор ODBC/OPC/DDE Консоль тревог Серверы\Клиенты • • Сервер Консоль Документирования Регистратора Рис. В редакторе представления данных разрабатывается графическая часть проекта системы управления. Сначала создается статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди этих форм присутствуют такие, как поля вывода числовых значений, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т.д.

Кроме стандартных форм отображения, ТРЕЙС МОУД позволяет вставлять в проекты графические формы представления данных или управления, разработанные пользователями. Для этого можно использовать стандартный механизм ActiveX (см. рис. 49).

Все формы отображения информации, управления и анимационные эффекты связываются с информационной структурой, разработанной в редакторе базы каналов.

Для разработки шаблонов документов в состав инструментальной системы включен редактор шаблонов.

Исполнительная система ТРЕЙС МОУД включает в себя исполнительные модули (мониторы, МРВ) - программные модули различного назначения, под управлением которых в реальном времени выполняются составные части проекта, размещаемые на отдельных компьютерах или в контроллерах, предназначенные для работы на всех уровнях систем управления, о которых говорилось выше.

Существует ряд программных модулей, назначение которых четко не привязано к функциям одного из перечисленных уровней систем управления. К таким модулям относятся (см. рис. 50): глобальный регистратор;

сервер документирования;

Web-активатор;

GSM активатор. Они могут использоваться для создания как оперативного, так и административного уровней систем управления [70].

Глобальный регистратор служит для обеспечения надежного хранения архивов ТП. Он архивирует данные, посылаемые ему по сети мониторами реального времени (64 000 параметров с дискретностью 0,001 с), обеспечивает автоматическое восстановление данных после сбоя, а также может передавать архивные данные для просмотра мониторам SUPERVISOR. Глобальный регистратор может также выступать как ОРС- и DDE-сервер и поддерживает обмен с базами данных через ODBC.

Для документирования технологической информации в ТРЕЙС МОУД предусмотрен модуль - сервер документирования.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.