Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Архитектура САУ технологическим процессом



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 уровеньдиспетчерский 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 х12

- 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.

 







Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-16; Просмотров: 162; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.009 с.) Главная | Обратная связь