Архитектура САУ технологическим процессом

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 11Следующая ⇒

Архитектуру программно технического комплекса систем управления технологическим процессом, как правило, имеет трехуровневую конфигурацию с достаточно жестким распределением функций управления между уровнями.

Нижний уровень – уровень контролируемого объекта. Объектом управления в данном случае является технологический процесс (по выпуску какой-либо продукции).

Рис. 21. Обобщенная архитектура систем управления

технологическим процессом

Элементная база этого уровня включает чувствительные элементы, органы управления и исполнительные механизмы. Чувствительные элементы – датчики. Это мерительные преобразователи для сбора информации о ходе технологического процесса. Для того, что бы объектом управлять необходимо знать и контролировать его состояние в реальном масштабе времени. Информацию о состоянии объекта управления получают от датчиков, которые установлены на объекте. В зависимости от управляемого процесса могут измеряться различные параметры (температура; частота вращения; давление; уровень; положение элементов, частей агрегатов; влажность и множество других датчиков.). Датчики существуют на все параметры, которые можно измерить и которые характеризуют протекание управляемого процесса.

Датчик

Клапан

Регулируемый клапан

Двигатель

Рис. 22. Изображение органов управления

и чувствительных элементов

Органы управления, снабженные исполнительными механизмами. Они устанавливаются на объекте для непосредственного управления технологическим процессом. Ими могут быть: двигатель с усилителем; клапан с электромагнитным приводом; обогреватель; электромагнитный усилитель и т.п.

Например, если по условиям технологии требуется поддерживать постоянство температуры, то на агрегате устанавливают датчик температуры, сигнал которого после соответствующего преобразования поступает на обогреватель (также установленный на агрегате).

Датчики и органы управления являются неотъемлемой частью объекта управления. Датчики поставляют информацию локальным контроллерам, соединенным с органами управления (дать примеры изображений двигателя, клапана регулируемого и задвижки).

Программируемые логические контроллеры (PLC) функционируют на базе специализированных микропроцессоров. Они являются управляющими устройствами. С их помощью реализуются (программно) правила управления ИМ по сигналам с датчиков. Эти правила называют законами управления. Задача программирования контроллеров и составляет основную часть разработки САУ, то есть определение закона управления, разработка алгоритмов и т.д. Этим мы и будем далее заниматься.

Основные задачи, выполняемые контроллерами:

-сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии оборудования и параметров технологического процесса;

-автоматическое управление – регулирование параметров;

-исполнение команд с пункта управления;

-самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера.

Фактически, контроллер, получая сигнал от датчика, например температуры, сравнивает его с заданным по технологии уровнем температуры (это задание поступает с пункта управления), и вырабатывает управляющее воздействие на обогреватель, включая или выключая его.

Конструктивно контроллеры различных фирм отличаются:

-количеством портов для подключения датчиков и органов управления, то есть количеством каналов управления (одновременно управляемых параметров);

-скоростью обмена данными;

-объемом реализуемых типовых законов управления (набором интерфейсных модулей);

-поддерживаемыми протоколами обмена.

Контроллеры имеют набор типовых функций. Для конкретного применения контроллер программируют (конфигурируют) с использованием специализированного ПО. Удобство программирования контроллеров является очень важной их характеристикой.

Контроллеры работают в циклическом режиме. То есть, через регламентируемые интервалы времени контроллер осуществляет циклический опрос датчиков и выдачу команд на управление.

Средний уровень системы.Это сетевая аппаратура – сети и концентраторы. Концентраторы выполняют следующие функции:

-сбор данных с локальных контроллеров;

-обработка данных, включая масштабирование;

-поддержание единого времени в системе;

-синхронизация работы подсистем;

-организация архивов по выбранным параметрам;

-обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

-работа в автономном режиме при нарушении связи с верхним уровнем;

-резервирование каналов передачи данных.

Сети, обеспечивающие информационный обмен между контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами называются промышленными сетями.

Контроллеры соединяются с датчиками и органами управления через промышленную сеть – полевая шина. К ней предъявляются следующие требования: передача данных в соответствии с жестким временным регламентом; минимальный объем передаваемых данных, для обеспечения работоспособности сети в критические по нагрузке моменты.

Передача данных на верхний уровень и между контроллерами осуществляется через управляющую промышленную сеть.

Верхний уровень – диспетчерский пункт управления, локальная сеть которого включена в общую информационную сеть предприятия.

Логически информационные ресурсы диспетчерского пункта и АСУ должны быть объединены. Это и есть интеграция двух систем управления, о которых говорилось выше. Основная функция пункта – организация интерфейса между оператором и системой (в режиме мягкого реального времени). Этот пункт может быть реализован в самом разнообразном виде от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до вычислительных комплексов, объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Минимальный состав такого пункта: АРМ администратора системы, АРМ технолога и сервер.

Структура такой системы довольно проста. Используются: компьютерная техника, сетевое оборудование, специальное программное обеспечение, база данных. Вся сложность построения таких систем заключается в определении законов управления объектом и программировании контроллеров в соответствии с этими законами.

Моделирование САУ

Для построения математической модели САУ используется аппарат дифференциального исчисления. Этот аппарат позволяет учитывать динамические характеристики объекта управления, переходные режимы, инерционность элементов и т.п.

Фактически модель – это математический алгоритм, который должен быть реализован машиной, управляющей объектом. Построение модели начинается с функциональной схемы системы.

Функциональные схемы САУ

Функциональная схема представляет собой графическую модель системы. Она состоит из блоков соответствующих функциональным, физически существующим элементам, и стрелок, указывающих на направление передачи сигналов между элементами.

Рис23. Детализация функциональной схемы САУ.

· Блоки обозначается прямоугольником, в котором указывается обозначение элемента системы.

· Если в блок поступает несколько однотипных сигналов, которые на входе складываются или вычитаются, то в функциональную схему часто включают элемент, называемый сумматором. Сумматор обозначается кружком, разбитым на секторы:

х₁ х₁+ х₂

- сложение сигналов

х₂

х₁ х₁-х₂

- вычитание сигналов

(-)

Рис.24. Изображение сумматора

· Входные и выходные сигналы обозначаются в виде стрелок, а узлы разветвлений - в виде точек.

Поскольку блоки это физические элементы, то функциональная схема САУ единственна и может отличаться лишь детализацией элементов.

Элементами схемы являются: объект управления (О) и управляющее устройство (УУ), управляющий орган (УО), исполнительный механизм (ИМ) и чувствительный элемент (ЧЭ) – датчик.

· Объект управления – это система, требуемый режим функционирования которой должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями. В качестве ОУ может служить какой либо технологический процесс (например, процесс изготовления цемента) или технический объект (машина, прибор, робот, станок, и т.п.).

· Управляющее устройство- устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы. Управляющее устройство является средством автоматического управления.

Все сигналы, обозначаемые на функциональной схеме стрелками можно разделить на следующие виды:

· u(t) – управляющий сигнал (управляющее воздействие) – это сигнал управляющего устройства. Управляющий сигнал является входным, внешним воздействием по отношению к объекту управления. Входной сигнал подают на вход объекта с целью изменения управляемой (выходной) величины.

· y(t) – управляемый сигнал (переменная) – это реакция объекта, отклик на воздействие. Она являются выходным по отношению к объекту управления.

· x(t) - задающее воздействие - это величина, в соответствии с которой должна изменяться управляемая величина объекта. Задающая (отслеживаемая) величина подается на вход системы. Она так же является внешней по отношению к объекту управления.

· z(t) – возмущающее воздействие. Эта величина характеризует совокупность факторов, причин, воздействующих на объект управления и препятствующих его требуемому поведению. Она так же является внешней по отношению к объекту управления.

Если выходной сигнал САУ подается на вход системы, то говорят, что система охвачена главной обратной связью, как показано на рисунке. Обратной связью может быть охвачена не вся система, а только часть ее элементов (не главная обратная связь).

Главная обратная связь является отрицательной – сигнал на выходе сумматора равен разности задающей и управляемой величины:

ε (t) = y(t) - x(t).

Сигнал ε (t) называетсяошибкой управления.

В зависимости от наличия или отсутствия обратной связиСАУ могут быть:

· замкнутые;

· разомкнутые.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 789 10 11 Следующая ⇒