Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и задача построения регуляторов с комбини рованной защитой от насыщения для непрерывных технологических процессов 10
1.1. Алгоритмы защиты АСР от насыщения 10
1.2. Алгоритмы защиты от насыщения регулирующих устройств 15
1.3. Методы построения регуляторов с защитой от насыщения и переменной структурой .21
1.4. Выводы 27
2. Методы и способы построения регуляторов с комбинированной защитой от насыщения 30
2.1. ПИ-регуляторы с защитой от насыщения и переменной структурой ... 30
2.2. Методы построения РУЗН на диодах с настраиваемым смещением 35
23. Структурные схемы РЗН на диодах 38
2.4. Способы и алгоритмы комбинированной защиты от насыщения АСР 47
2.5. ПИД-регуляторы с комбинированной защитой от насыщения 57
3. Методы исследования и оптимизации динамики АСР с комбинированной защитой от насыщения 62
3.1. Особенности и расширение функциональных возможностей регуляторов для непрерывных технологических процессов 62
3.2. Методика и алгоритмы анализа и оптимизации АСР с комбинирован-ной защитой от насыщения 65
3.3. Исследование ПИ-регуляторов с комбинированной защитой от насыщения 79
3.4. Исследование ПИД-регуляторов с комбинированной защитой от насыщения 100
4. Техническая реализация и применение регуляторов с комбинированной защитой от насыщения в АСР технологических параметров 111
4.1. Микропроцессорный регулятор с зашитой от насыщения типа РЗН-3 по команде запрета 111
4.2. Пропорционально-интегральный регулятор с КЗН и ограничениями выходных сигналов типа ПИ-РКЗН-12І 116
4.3. Техническая реализация ПИ-регуляторов с КЗН средствами российской системы «Trace Mode» 122
4.4. Применение регуляторов с комбинированной защитой от насыщения в АСР технологических процессов 141
Заключение 150
Список использованной литературы 153
- Алгоритмы защиты от насыщения регулирующих устройств
- ПИ-регуляторы с защитой от насыщения и переменной структурой
- Методика и алгоритмы анализа и оптимизации АСР с комбинирован-ной защитой от насыщения
- Техническая реализация ПИ-регуляторов с КЗН средствами российской системы «Trace Mode»
Введение к работе
Интенсификация технологических процессов, возросшие требования к экологической безопасности и качеству выпускаемой продукции при минимальных затратах сырья и энергии требуют создания более эффективных и надежных автоматических систем регулирования (АСР) технологических параметров. Характерными особенностями многих технологических объектов являются наличие большого числа неконтролируемых возмущений, большая инерционность, значительное запаздывание, а также нелинейность типа "насыщение" в каналах управления и ограниченный диапазон изменения других переменных.
Автоматизация процессов управления для целого ряда существенно инерционных технологических процессов на базе типовых законов регулирования (ПИ- и ПИД-регуляторов) в режимах эксплуатации этих процессов, близких к предельно допустимым, не дает удовлетворительных результатов. Это связано с тем, что типовые промышленные непрерывные регуляторы имеют ограниченный диапазон изменения внутренних переменных сигналов на выходе их динамических блоков. В случае же больших рассогласований, или в режимах эксплуатации, близких к предельно допустимым, сигналы управления автоматической системы регулирования (АСР) выходят за установленные пределы изменения и, если не предусмотрены ограничения выходных сигналов на заданных уровнях, то это может привести в лучшем случае к снижению качества функционирования АСР, а в худшем - к потере работоспособности системы .
Так при управлении технологическим процессом очистки сбросных (реакционных) газов при производстве капролактама, по мере старения катализатора, пневмоклапан на линии холодного байпаса реакционных газов начинает работать вблизи упора. Как следствие, штатный непрерывный ПИ-регулятор температурного режима процесса очистки входит в насыщение, что приводит к снижению качества стабилизации температуры реакции окисления. Это в свою очередь способствует быстрому старению катализатора, ведет к недопус-
тимому снижению качества очистки реакционных газов и, как следствие, к вредным выбросам сбросных газов в атмосферу.
Другим примером объекта управления из рассматриваемого класса технологических процессов может служить процесс приготовления раствора катализатора при производстве капролактама. В заключительной стадии технологического процесса, когда раствор катализатора требуемой концентрации сливается из емкости, в ней резко и на большую величину падает уровень раствора, вследствие чего штатный ПИ-регулятор уровня входит в насыщение. А это ведет к последующему переливу циклогексана (во время выхода ПИ-регулятора уровня из насыщения), т.е. нарушению соотношения компонентов и, как следствие, к изменению концентрации раствора катализатора.
Способы и схемы защиты от насыщения АСР рассмотрены в работах Е.К. Круг, О.М. Мининой, А.У. Ялышева, В.В. Певзнера, А.И. Бирмана, Д. Хо-лейко, В. Невчас, П. Яблонски и др. специалистов по автоматическому регулированию и сводятся, в основном, к трем (в дальнейшем будем их называть типовыми) способам, которые заключаются в следующем:
1) в ограничении на некотором уровне сигнала на выходе блока интегрирования регулятора;
2) в ограничении на некотором уровне выходного сигнала регулятора;
3) в прекращении процесса интегрирования (выход интегратора запоминается), пока наблюдается насыщение выходного сигнала регулятора.
Каждому из этих типовых способов защиты регуляторов от насыщения в отдельности присущи недостатки, связанные или с низкой помехозащищенностью (способ 2), или с их недостаточными функциональными возможностями (способы 1 и 3 - выход регулятора в режиме насыщения не ограничивается и продолжает изменяться без надобности), что приводит к низкой надежности и уменьшает область применения регуляторов.
Возможности использования одновременно комбинации из нескольких типовых способов защиты от насыщения интегральных регуляторов исследовались в работах Бирмана А.И., Баженова В.И., Говорова А.А. и др. Отмечается, что алгоритмы, так называемой, комбинированной защиты от на-
сыщения (КЗН), позволяют значительно расширить функциональные возможности типовых непрерывных промышленных регуляторов. Однако из большого числа возможных алгоритмов КЗН, несмотря на ожидаемую эффективность, к настоящему времени исследована лишь малая их часть. И это, в основном, было связано с трудностями их технической реализации, низкой надежностью регуляторов с КЗН, что и сдерживало дальнейшие исследования возможных подходов к защите непрерывных регуляторов от насыщения. Возможности же современных инструментальных программных и аппаратных средств автоматизации и, в частности, наличие промышленных регулирующих микропроцессорных контроллеров (МПК) типа ПРОТАР, Ремиконт Р-130 и др., выпускаемых российской промышленностью, а также SCADA-системы, создают ту техническую базу, на основе которой могут быть продолжены исследования с целью разработки еще более эффективных в управлении и конструктивных в реализации алгоритмов КЗН типовых промышленных регуляторов.
Таким образом, задача повышения эффективности АСР для рассматриваемого класса технологических процессов, функционирующих в режимах эксплуатации, близких к предельно допустимым, на основе дальнейшего расширения функциональных возможностей непрерывных промышленных регуляторов, а также разработка методов расчета их настроек и исследование возможности их технической реализации продолжают оставаться весьма актуальными.
Целью работы являются: разработка структур и методики расчета настроек регуляторов с комбинированной защитой от насыщения для управления инерционными технологическими процессами в режимах их эксплуатации, близких к предельно допустимым, и исследование возможности технической реализации таких регуляторов на базе современных промышленных инструментальных программных и аппаратных средств.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- исследована и показана возможность расширения класса существенно инерционных технологических процессов, функционирующих в режимах их
протекания, близких к предельно допустимым, для управления которыми могут быть применимы типовые ПИ- и ПИД-регуляторы с КЗН;
разработана процедура формирования возможных структур КЗН и на основе комбинации известных типовых способов защиты регуляторов от насыщения при одновременном ограничении на соответствующих уровнях выходных сигналов динамических блоков типовых непрерывных регуляторов предложены конструктивные алгоритмы КЗН;
разработана методика расчета настроек регуляторов с КЗН из рассматриваемого класса и с ее помощью построены номограммы для инженерного выбора их настроек в промышленных условиях;
исследованы динамические свойства АСР объектами из рассматриваемого класса на основе предложенных алгоритмов КЗН и показана возможность эффективного и надежного управления технологическими процессами в режимах их эксплуатации, близких к предельно допустимым;
исследованы возможности технической реализации таких регуляторов и предложены варианты их реализации на базе промышленных регулирующих МПК типа ПРОТАР, Ремиконт Р-130 и др., выпускаемых российской промышленностью, а также средствами российской SCADA-системы Trace Mode;
на основе предложенных регуляторов с КЗН из рассматриваемого класса разработаны АСР для ряда химико-технологических процессов и экспериментально подтвержден способность предложенных регуляторов обеспечивать нормальное функционирование систем в режиме их эксплуатации, близком к предельно допустимому.
Научная новизна работы состоит в синтезе на базе типовых способов защиты от насыщения новых алгоритмов КЗН, которые придают по сравнению с известными большие функциональные возможности типовым непрерывным промышленным регуляторам и тем самым расширяют класс существенно инерционных технологических процессов, для которых обеспечивается эффективное и надежное управление требуемого качества в режимах их эксплуатации, близких к предельно допустимым.
Практическая ценность работы состоит в том, что;
- ПИ- и ПИД- регуляторы с комбинированной защитой от насыщения
при ограничениях выходных сигналов обеспечивают более высокое качество
управления и позволяют еще более расширить класс инерционных технологи
ческих процессов различного промышленного применения (химическая и неф
техимическая технология, электротехнологические и теплоэнергетические
процессы и др.), управление которыми может осуществляться в режимах их
эксплуатации, близких к предельно допустимым,
Практическая значимость определяется следующими результатами:
инженерной методикой выбора настроек предложенных регуляторов, которая хорошо алгоритмизируется непосредственно на Ремиконтах, проста в использовании. Построены номограммы для выбора настроек типовых непрерывных регуляторов с предложенными алгоритмами КЗН, удобные в практическом применении;
ПИ-регуляторы с КЗН при ограничении на заданных уровнях выходных сигналов как интегрирующего блока регулятора, так и его выхода позволяет в отличие от типовых способов защиты от насыщения повысить надежность и помехозащищенность АСР, ее качественные показатели и функциональные возможности. Такие регуляторы рекомендуется использовать на реальных объектах, по технологическим условиям эксплуатации которых требуется ограничивать сигналы управления при наличии импульсных и других возмущений.
Реализация результатов работы. Предложена схемотехническая, программная и аппаратная реализация регуляторов с комбинированной защитой от насыщения при ограничении выходных сигналов:
для МПК типа ПРОТАР и Ремиконт Р-130 разработаны виртуальные алгоритмические структуры регуляторов КЗН при ограничении выходных сигналов;
для SCADA- системы (версии Trace Mode) разработаны FBD- диаграммы виртуальных алгоритмических структур регуляторов КЗН;
на базе ПИ-регулятора с КЗН с ограниченными пределами изменения выходных сигналов (снизу и сверху) реализована АСР температурного режима технологического процесса очистки сбросних (реакционных) глзои при производстве капролактама. АСР успешно прошла опытно-промышленную эксплуатацию;
на базе ПИ- регулятора с КЗН и коррекцией выходного сигнала по нижнему и верхнему пределам его изменения разработана АСР уровня раствора катализатора (в чистом циклогексане) в технологических емкостях, в процессе приготовления раствора катализатора при производстве капролактама. Применение такого регулятора позволяет повысить надежность и помехозащищенность штатной АСР.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы были изложены в виде докладов на различных Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: 15-я Международная научная конференция "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-15) - Тамбов, 2002 г; 2-я Всероссийская научно-практическая конференция "Системы управления электротехническими объектами" - Тула,
г; Международная научно-техническая конференция "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании КТУДО" - Тверь, 2002 г; 16-я Международная научная конференция (ММТТ-16) - Ростов на Дону,
г; На научно-технических конференциях Тульского государственного университета в 2000 - 2004 гг.
Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 9 статьях и тезисах докладов на различных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 79 наименований. Диссертация изложена на 152 страницах, иллюстрируется 70 рисунками, содержит 20 таблиц.
Алгоритмы защиты от насыщения регулирующих устройств
В данном разделе предполагается рассмотреть принципы построения схем ограничителей РЗН, реализующих приведенные выше алгоритмы защиты от насыщения АСР, а также других известных типов ограничителей, которые позволяют либо частично, либо с некоторой погрешностью реализовать простыми средствами эти алгоритмы. Ограничители электрических сигналов Ряд технических решений по ограничителям электрических сигналов в основном описан и проанализирован в [65, 54, 66]. В [65] рассматриваются некоторые исполнения схем прецизионных ограничителей, которые полностью выполняются на операционных усилителях (ОУ). Например, в [65] нелинейность типа "ограничение" получена по принципу селектирования сигналов. Операцию "ограничение снизу" можно реализовать, применив функциональную сборку из двух прецизионных нелинейных элементов, соединенных по схеме выделения максимального сигнала. Нелинейные элементы выполняются на ОУ с использованием диодов. Нелинейность типа "ограничение сверху" получена путем использования схемы выделения минимального сигнала из двух. Она также содержит два двухвходовых прецизионных нелинейных элемента на ОУ и диодах. Формальным соедине -1G нием в той или иной последовательности модулей рассматриваемых ограничителей, реализующих нелинейности типа "ограничение снизу" и "ограничение сверху", можно получать схемы, выполняющие функции двухстороннего ограничителя. Значительное распространение на практике получил способ построения ограничителей, базирующихся на применении однополярных по выходу нуль-органов с дифференциальным входом, устанавливаемых в цепи отрицательной обратной связи (ООС) того элемента, выходной сигнал которого необходимо ограничивать [65].
В качестве примера в [65] приведена схема формирователя ПД- закона регулирования, в цепи ООС которой установлены два нуль-органа, построенные также на базе ОУ. Выходные цепи ОУ через диоды и ограничительные резисторы подключены к двуханодному стабилитрону, выход которого соединен с суммирующей точкой ОУ ПД -звена. В линейной области за счет соответствующего включения диодов выходной сигнал ограничителя практически равен нулю. В этой же области благодаря применению стабилитрона функциональные элементы ПД- звена практически не тушируются узлом ограничителя, что исключает появление ряда дополнительных погрешностей при формировании заданного закона регулирования. Для повышения устойчивости внутренних контуров ПД- звена и обеспечения его работы в режиме ограничения с более "мягкой" характеристикой рекомендуется в нуль-органах установить дополнительные конденсаторы, которые включают в цепь ООС операционного усилителя. Аналогичную структуру имеет двухсторонний ограничитель выходного сигнала интегратора, структурная схема которого дана в [65] и показана на рис 1.2. Но в данном случае проще обеспечить устойчивость работы внутренних контуров звена. В этой схеме сигнал ошибки х подается на вход интегратора (звенья 1 - 3) и интегрируется с постоянной времени Ти, которая намного больше постоянной времени t по цепи ограничителя 5. Ограничитель 5 содержит нуль-органы 9 по минимуму UH и 11 по максимуму UB. Выходные сигналы нуль-органов подаются на вход нелинейного звена 7 с зоной нечувствительности, которое собирается здесь на диодах, включаемых по встречно-параллельной схеме.
ПИД-регулятор с ограничителями верхнего и нижнего уровней Показано, что на другой вход сумматора 4 в качестве сигнала Z может быть подан, например, выходной сигнал рассмотренного выше ПД- звена с ограничителями. Такая функциональная сборка будет формировать ПИД- закон регулирования [65]. Ряд подобных способов построения и конкретных схем ограничителей применяется в составе электрических схем РУ отечественного производства типов: РБА - ПИД- регулятор с ограничением выходного сигнала за счет интегральной составляющей; РПА-Т - ПИД- регулятор с ограничением выходного сигнала за счет интегральной составляющей и ограничением выходного сигнала дифференциатора, в цепи ООС которого установлено нелинейное звено; Ф5179 (БРАА1) - ПИД- регулятор с ограничителем на выходе без воздействия на И- и Д- звенья, т.е. без защиты от насыщения динамических составляющих. РУ отечественного производства выполнены на микроэлектронной базе и ха -18 рактеризуют современное состояние и тенденции развития регуляторострое-ния в нашей стране [3, 4, 65]. Подобную же структуру имеют ПИД- регулятор с ограничением выходного сигнала за счет интегральной составляющей и внутренним ограничением выходного сигнала Д- части [10], РУ серии L-AB системы Flexel английской фирмы Kent, которое содержит четыре ограничителя, соответственно пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих и выходного сигнала [66], а также РУ других зарубежных фирм [70, 74, 76, 77]. В электронном псевдо- ПИ (ПИД)-регуляторе [75] между регулятором и исполнительным органом установлена компенсирующе-удерживающая схема, содержащая два последовательно соединенных операционных усилителя, охваченных обратной связью. Благодаря этой схеме в течение переходного режима регулятора удерживается такое положение исполнительного органа, при котором выходной сигнал регулятора оказывается пренебрежимо малым и обеспечивается псевдоинтегральный режим регулирования. Кроме того, предотвращается произвольный дрейф регулятора при переключении его на ручной режим управления или на рабочие точки вблизи границ регулировочного диапазона (вблизи зоны насыщения) и исключается неправильное действие регулятора в диапазоне интегрального насыщения
ПИ-регуляторы с защитой от насыщения и переменной структурой
В этом разделе более подробно рассматриваются некоторые структурные схемы РЗН, основанные на принципе переменной структуры, и алгоритмы их работы. Такие РЗН позволяют успешно решать различные практические задачи, расширять функциональные возможности АСР, обеспечивать высокое качество системы управления в сочетании с простотой ее технической реализации. В РЗН-1 (первого типа) при насыщении выходного сигнала на вход -3) инерционного звена подается максимальный уровень питания +Рпит или -РПи г в зависимости от превышенного предела диапазона [13, 16]. Структурная схема ПИ-РЗН-І/1 (первого типа первой модификации), показанная на рис. 2.1, включает в себя собственно ПИ-регулятор, содержащий элемент сравнения 1, вспомогательный сумматор 2, пропорциональное звено 3, инерционное звено 4 и выходной сумматор 5, а также БЗН, состоящий из блока сигнализации (БС) и двух переключающих реле ПР1 и ПР2. Если выходной сигнал Рр регулятора находится в заданных пределах Рн Рр Рв, то выходные логические сигналы Ркп и Ркв блока БС равны нулю, контакты переключающих реле ПР1 и ПР2 находятся в нижнем положении. В результате инерционное звено 4 оказывается охваченным положительной обратной связью (ПОС) и реализует интегральное звено, регулятор отрабатывает ПИ-закон управления, а БЗН отключен.
Структурная схема регулятора ПИ-РЗН-1/1 При превышении выходным сигналом верхнего заданного предела, т.е. Рр Рв, срабатывает БС, на его выходе РКц появляется сигнал «логическая единица», переключается реле ПР1 и на вход Рпх звена 4 подастся нижний уровень питания -Рпит- В результате работы БЗН выходной сигнал Рц звена уменьшается до значения Рц = Рв-к]х, где К - коэффициент пропорциональной части регулятора, a xj -абсолютное значение сигнала ошибки регулирования, х =Р3-РП, где Рз и Рп - соответственно заданное и текущее значения. Выходной сигнал Рр регулятора при этом также уменьшится до значения РР =Р«, т.е. войдет в заданные пределы. Аналогично будет работать БЗН при РР Рп, но здесь Ркн = 1, на вход инерционного звена 4 будет подаваться +Рпит. а выходной сигнал Ри увеличивается до значения Ри = Рв+кх и соответственно
увеличится выходной сигнал РР всего регулятора до значения Рр = Ри. В результате ограничиваемый параметр удерживается в колебательном режиме на границе допустимого диапазона. При таком схемном решении параметры колебаний на границе диапазона сильно зависят от постоянной времени интегрирования. Этот недостаток-легко исправить, если одновременно изменять структуру инерционного звена, устанавливая в нем необходимую постоянную времени. Структурная схема такого РЗН приведена на рис, 2.2 [24]. Работа БЗН в остальном не изменяется по сравнению с предыдущей схемой. В отличие от регуляторов РЗН-1 особенность регуляторов РЗН-2 (второго типа) состоит в том, что при насыщении выходного сигнала между входом и выходом инерционного звена создается постоянный перепад соответствующего знака. Одновременно в инерционном звене устанавливается требуемая постоянная времени Т . Показатели качества РЗН при работе в режиме защиты от насыщения зависят от величины перепада Д и постоянной времени Т" [14].
Структурная схема одного из регуляторов второго типа - ПИ-РЗН-2 - с защитой от насыщения по данному способу приведена на рис. 2.3 и включает в себя ПИ-регулятор, БЗН с дополнительно включенными повторителями 6, 7 и переключателем структуры ПС.
Методика и алгоритмы анализа и оптимизации АСР с комбинирован-ной защитой от насыщения
В данном разделе предлагается методика и алгоритмы численного моделирования и оптимизации сложных нелинейных АСР с расширенными функциональными возможностями, с переменной структурой и защитой от насыщения для непрерывных технологических процессов с запаздыванием при детерминированных, случайных и параметрических возмущениях [25, 40]. Локальные АСР с расширенными функциональными возможностями, к которым относятся, в частности, АСР с изменениями структуры при выходе значений переключающих функций за пределы настраиваемой зоны нечувствительности; АСР с ограничением выходных сигналов и защитой их от насыщения; АСР с коррекцией выходных сигналов, находят все более широкое применение в структуре АСУ ТП [27, 51]. Аналитические методы исследования (обычно приближенные) таких сложных нелинейных АСР требуют больших объемов вычислений и, как правило, не позволяют получить желаемые результаты. В связи с этим для анализа и синтеза оптимальной АСР необходимо использовать специальные алгоритмы, а также разработать реализующее их программное обеспечение. Методика и алгоритмы анализа динамических характеристик АСР Для исследования использовалась обобщенная схема АСР (рис. 3.2), позволяющая рассматривать системы с различными алгоритмами функционирования регуляторов и типами объектов управления (ОУ) с запаздыванием в состоянии и управлении, а также нелинейными объектами с запаздыванием. При моделировании АСР на ЦВМ необходимо выполнить следующие операции. . АСР с регулятором РФВ для объекта с запаздыванием Выбор метода численного интегрирования уравнений математической модели нелинейной АСР. Стандартные методы (Рунге-Кутта, Адамса и т.п.) для АСР, уравнения которых имеют разрывные правые части, применять нецелесообразно. Более совершенными и эффективными по объему вычислений при той же точности являются методы дискретной аппроксимации. Сущность дискретной аппроксимации состоит в замене непрерывных систем дискретными, которые обладают и физической наглядностью. Наибольшие преимущества имеет способ аппроксимации, основанный на методе переменных состояния в дискретных системах при ступенчатой интерполяции входных сигналов [32, 35].
Для линейных ОУ или отдельных частей АСР их математические модели представляют матричные дифференциальные уравнения состояния: Y{t) = A Y(t) + A0Y(t - г0) + Bu(t) + Dv(t\ (3.4) гдеY{t)-n-мерный вектор объекта; A,AQ- постоянные матрицы (нхп) объекта; В - постоянная матрица (ffxw) управления; u(t)- m-мерный вектор управления, т п ; D- постоянная матрица \п х /) возмущений; v(t)- /-мерный вектор возмущающих воздействий I п\ Т0- время запаздывания в состоянии. Известными методами матричные уравнения (3.4) при заданном шаге дискретизации Тш преобразуются в матричные уравнения параметров состояния дискретной системы: Y[k + l] = F}\k] + FlY[k- М+1] + F2Y[k M] + G{u[k] + G2v[k]y (3.5) где матрицы F,Fl,F1,G],G2определяются параметрами исходной системы уравнений (3.4), а М rQ/ Тш - дискретное время запаздывания [32]. Уравнение (3.5) дает рекуррентное соотношение для определения вектора состояния Y[k + \] в последующий момент времени к Тт и векторам управляющего и возмущающих воздействий на {к + 1) -м интервале времени. Алгоритм моделирования звеньев запаздывания основан на известном в аналоговой технике способе, для реализации которого используются запоминающие ячейки (в количестве М = г0 / Гш) и обегающее устройство. Выбор шага интегрирования (шага дискретизации). В настоящее время отсутствуют единые рекомендации для выбора шага дискредитации, при котором можно пренебречь влиянием дискретной аппроксимацией непрерывной системы на величину погрешности моделирования. Ошибки приближенных решений существенно зависят от динамических свойств самой моделируемой системы, главным образом от ее устойчивости. Существует некоторое значение шага дискретизации 7 „„, при котором величина ошибки расчетов минимальна. Это обусловлено тем, что при Тш ТОШ11 возрастают, причем неограниченно, ошибки, вызванные неточностью расчета правых частей уравнений и округлениями. При ш м,н1 возрастает ошибка метода дискретной аппроксимации, которая в этом случае является главной составляющей. Учитывая, что трудоемкость расчета обратно пропорциональна величине шага дискретизации Tomii следует выбирать значения Тш ТопШУ но такими, при которых обеспечивается приемлемая точность решения [61]. Известно, что переходные процессы и области устойчивости непрерывных и соответствующих им дискретных систем практически совпадают при Тш 0,1 г для объектов с запаздыванием Т в управлении. Окончательно значение Тш выбирается путем пробных решений [53].
Техническая реализация ПИ-регуляторов с КЗН средствами российской системы «Trace Mode»
В них разрабатываются: база данных реального времени, программы обработки данных и управления, графические экраны для визуализации состояния технологического процесса и управления им, а так же шаблоны для генерации отчетов о работе производства. В зависимости от лицензии инструментальная система позволяет создавать проекты на разное количество каналов. Существуют следующие градации инструментальных систем по количеству точек ввода/вывода в одном узле проекта: 128, 1024, 32000x16, 64000x16. Рассмотрим назначение редакторов инструментальной системы Редактор базы каналов В Редакторе базы каналов создается математическая основа системы управления: описываются конфигурации рабочих станций, контроллеров и УСО, а также настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора данных и управления. В этом редакторе задаются периоды опроса или формирования сигналов, настраиваются законы первичной обработки и управления, технологические границы, программы обработки данных и управления. Здесь настраивается архивирование технологических параметров, сетевой обмен, а также решаются некоторые другие задачи. Результатом работы в этом редакторе является математическая и информационная структуры проекта АСУТП. Эти структуры включают в себя набор баз каналов и файлов конфигурации для всех контроллеров и операторских станций (узлов) проекта, а также файл конфигурации всего проекта. Файл конфигурации проекта имеет расширение cmt и сохраняется в рабочей директории системы разработки. Для хранения всех остальных файлов проекта в рабочей директории создается каталог, имя которого совпадает с именем файла конфигурации. При этом базы каналов сохраняются в файлы с расширениями dbb. Для запуска редактора базы каналов следует выбрать соответствующий ярлык в папке инструментальной системы. Можно также с командной строк запустить модуль СНВ.ЕХЕ. Редактор представления данных Вход в редактор представления данных осуществляется либо двойным нажатием ЛК (левой кнопки манипулятора мышь) на соответствующем ярлыке в папке ТРЕЙС МОУД 5.0, либо запуском исполнительного модуля picman.exe.
В окне редактора представления данных разрабатывается графическая часть проекта системы управления. При этом создается статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди них такие, как поля вывода численных значений, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т. д. Кроме стандартных форм отображения (ФО), ТРЕЙС МОУД позволяет вставлять в проекты графические формы представления данных или управления, разработанные пользователями. Для этого можно использовать стандартный механизм Active-X. Все формы отображения информации, управления и анимационные эффекты связываются с информационной структурой, разработанной в редакторе базы каналов. Графические базы узлов проекта, созданные в редакторе представления данных, сохраняются в файлах с расширением dbg. Их сохранение осуществляется в соответствующие директории проектов. Редактор шаблонов Для разработки шаблонов отчетов о хорде технологического процесса в инструментальную систему входит специальный редактор - Редактор шаблонов. Чтобы войти в него, следует дважды нажать ЛК на соответствующем ярлыке папки инструментальной системы. Другой способ - запустить с командной строки htmpled.exe. 4.3.2 Исполнительные модули Исполнительные модули - это программы, под управлением которых запускается АСУ, созданная в инструментальной системе. В группу исполнительных модулей входят следующие программы: Монитор реального времени (МРВ) Этот монитор предназначен для запуска на АРМ операторов, с его помощью осуществляющих супервизорный контроль и управление технологическими процессами. Под управлением МРВ выполняются такие задачи, как: -125 запрос данных о состоянии технологического процесса с контроллеров нижнего уровня по любому из встроенных протоколов или через драйвер; передача на нижний уровень команд управления по любому из встроенных протоколов или через драйвер; обмен данными с платами У СО; сохранение данных в архивах; обмен по сети с удаленными МРВ; передача данных по сети на следующий уровень АСУ; обмен с базами данных через ODBC; представление оператору графической информации о состоянии технологического процесса; автоматическое и супервизорное управление технологическим процессом; обмен данными сприложениями WINDOWS через DDE/NetDDE. NetLmk МРВ По своим функциям этот монитор аналогичен МРВ. Однако в нем блокированы обмен с драйвером, обмен по встроенным протоколам MODBUS и ADAM, а так же клиентские функции ОРС и DDE. Таким образом, NetLmk МРВ может применяться только в составе систем управления, где на нижнем уровне используются PC-контроллеры, программируемые с помощью ТРЕЙС МОУД. Adaptive Control МРВ
