UltraLogik – система программирования контроллеров АСУ ТП: Учебное пособие, страница 11

 

Рис. 27

Для лучшей фильтрации можно применять комбинированные фильтры. Например, сначала определить диапазон входного сигнала блоком Lim, потом ограничить скорость изменения блоком LinLIM или LogLIM, а затем усреднить выборку блоком AVR (рис. 27, б).

Установка регуляторов

Назначение регуляторов состоит в том, чтобы устанавливать и поддерживать на заданном уровне W (задающий параметр) определённую физическую величину Х (регулируемую величину).  Блок-схема простого контура регулирования представлена на рис. 28.

Рис. 28

Регулятор влияет на регулируемую величину Х с помощью регулирующего воздействия Y так, чтобы рассогласование регулирования W-X было возможно меньшим. Воздействующее на объект регулирования возмущение формально можно представить величиной помехи Z, аддитивно накладывающейся на заданный параметр. Простейшим примером такого регулятора является П-регулятор (рис. 29).

Если регулируемая величина Х не равна заданному значению W, появляется рассогласование W-X. Благодаря этому регулирующее воздействие Y изменяется на величину (W-X) Kp. Это изменение компенсирует разность W-X. В установившемся режиме остаточное рассогласование будет меньше при большем коэффициенте пропорциональности регулятора Кр. Однако следует учитывать, что коэффициент усиления в цепи обратной связи не может быть сколь угодно большим, так как сдвиг фазы в контуре регулирования приведёт к возникновению колебаний. Чтобы обеспечить возможно меньшую погрешность регулирования и нужную переходную характеристику, к П-регулятору добавляют интегратор и дифференциатор, получая ПИ-  или ПИД-регулятор.

Моделирование объектов управления

Практическая отладка программ управления сложным объектом является достаточно трудоёмким процессом и сопряжена с опасностью непредвиденной реакции реального объекта на управляющие воздействия. Избежать подобной ситуации, а также произвести предварительную отладку программы с подбором управляющих воздействий позволяет моделирование объекта управления.

Модель объекта управления представляет  собой отдельную программу или набор программ. Эти программы принимают от управляющей программы сигналы управления в виде переменных и эмулируют поведение объекта в виде детерминированной реакции переменных процесса, как заданные функциональные зависимости. Функциональная зависимость поведения переменных процесса определяется разработчиком.  Чем точнее и детальнее описана эта функциональная зависимость, тем точнее модель эмулирует реальный процесс. Программа эмуляции объекта вставляется в список программ системы исполнения (на этапе отладки) и работает в цикле с программой регулирования (рис. 30, а).

Рассмотрим модель абстрактного процесса в виде резервуара, уровень жидкости в котором (значение параметра регулирования) определяется соотношением объёма втекающей  и вытекающей из него жидкости (рис. 30, б). Обозначим  количество  воды, втекающей в резервуар за единицу времени, – Inp, а количество  воды,  вытекающей из резервуара в единицу времени, – Out. Уровень воды в резервуаре – Val, максимально возможный уровень –  Мах.

Программа,  реализующая  данную  модель   объекта,  представлена на рис. 31, а.  Программа-модель резервуара в виде библиотечного блока показана на рис. 31, б.

Реальные объекты всегда имеют фазовый сдвиг между регулирующим воздействием и реакцией объекта, обусловленный инерционностью физических процессов. Смоделируем этот сдвиг посредством ограничителя скорости нарастания сигнала, имеющего логарифмическую характеристику (рис. 32, а).

Модель объекта в  виде библиотечного блока показана на рис. 32, б.

Рис. 32

На рис. 32, а, б обозначены: Y – регулирующее воздействие, Z – внешнее возмущающее воздействие, X – состояние объекта (обратная связь), K – коэффициент реакции объекта.

Данная модель с определённой степенью приближения эмулирует такие физические процессы, как изменение температуры объекта, давления, объёма и т.д. Так, в случае моделирования процесса нагревания Y – количество тепла, передаваемое объекту, Z – тепловые потери, К – теплоёмкость объекта.

Предположим, необходимо исследовать поведение программы стабилизации параметра, представленной на рис. 32, в. Для этого исследуемая программа должна быть замкнута с программой модели через общие глобальные переменные, как показано на рис. 33, где контур регулирования состоит из объекта регулирования и регулятора. На объект воздействует два фактора: управляющее воздействие регулятора и случайная внешняя помеха, которая вносит искажения в управляющий сигнал. От объекта к регулятору идёт обратная связь, характеризующая состояние объекта. Коэффициент К определяет время реакции объекта на управляющее воздействие.

Примеры эмуляторов объектов находятся в библиотеке Еmulator. В демонстрационном проекте  Regul.plc приведён пример программы регулирования замкнутой программой эмуляции объекта.

3.2. Описание стандартной  библиотеки средств автоматики

Библиотека включает в себя различные виды модуляторов генераторов, фильтров, компараторов и регуляторов.

Широтно-импульсный модулятор

Библиотека FREQTIME

Элемент  РWМ

Внешний вид и назначение выводов показаны на рис. 34, а, где  T (TIMER) – период, VAL (INTEGER) - длительность импульсов (скважность) в процентах от T, Q (BOOLEAN) – выход.

Элемент предназначен для управления исполнительными механизмами постоянной скорости в системах регулирования. На входе T задается период следования импульсов.VAL может принимать значение от 0 до 100 и определяет длительность импульсов в процентах от значения T.Сигнал снимается с выхода Q. Новые значения T и VAL устанавливаются только по окончании предыдущего цикла.

FBD программа  представлена нарис. 34, б.