Основные классы алгоритмов типового совершенного регулирования

1.Алгоритмы_адаптивного_регулирования(самонастраивающиеся адаптивные регуляторы). Большинство производственных процессов изменяет свои свойства и характеристики со временем. Установленные параметры систем управления приходится со временем изменять. Передача этих функций контроллеру приводит к возникновению совершенно самоперестраивающихся средств – адаптивных систем регулирования. В простейшем случае в систему ПИД регулирования вводится программа адаптации, которая корректирует параметры регулятора. В ней выполняется последовательность действий:

- непрерывно вычисляется текущая дисперсия регулируемой величины и при превышении ею заданного значения начинаются действия по подстройке параметров регулятора;

- для этого на вход регулятора подаются специальные калиброванные сигналы скачкообразной или синусоидальной формы, амплитуда которых должна быть различима на фоне имеющихся возмущений и, в то же время, не приводить к существенным колебаниям регулируемой величины;

- измеряется реакция регулируемой величины на эти входные сигналы и по ним рассчитывается текущая модель обьекта;

- на основе текущей модели вычисляются и устанавливаются новые параметры регулятора.

Существенно более сложным по структуре, но значительно более точным и широким по области применения является адаптивный алгоритм нейрорегулирования, построенный по технологии, имитирующей работу нейронов мозга. В нем процесс адаптации параметров регулятора производится непрерывно, т.к. нейрорегулятор постоянно следит за изменяющимися характеристиками объекта.

2. Алгоритмы прогнозного регулирования (предикт контроллеры). На практике – одни из наиболее эффективных средств автоматического регулирования, т.к. реализуют субоптимальные управляющие воздействия на объект. Принцип работы прогнозирующего регулятора: на каждом такте его работы он вводит в встроенную в него динамическую модель объекта текущие значения измеренных входных потоков, а дальше в быстром масштабе времени перебирает на модели ряд вариантов будущих управляющих воздействий на определенное число тактов. По каждому варианту определяются значения регулируемых величин на время числа промоделированных тактов, а по ним вычисляется значение заданного критерия, присущего данному варианту стратегии управления. Затем в качестве управляющих воздействий принимается воздействие того варианта стратегии, который дал лучшее значение критерия, это же воздействие подается на вход модели. Сопоставление полученных после этого выходов модели и объекта за ряд тактов позволяет судить о точности модели и указывает момент необходимости ее адаптации. На следующем цикле заново проводится весь цикл перебора вариантов стратегий и опять реализуется первый такт управляющих воздействий лучшей из них.

3. Алгоритмы регулирования с использованием характеризующих процесс качественных показателей (нечеткие регуляторы). Этот тип регулирования использует, кроме измеряемых величин, качественно оцениваемые показатели процесса (типа хорошо/плохо, высоко/низко).

Качественные показатели формализуются методами теории нечетких множеств. Для их формализации используют знания управляющего персонала. Каждому значению качественного показателя присваивается вероятность принадлежности его к определенному нечеткому множеству. Такая операция переводит лингвистические значения качественных показателей в количественные значения, которые могут преобразовываться логическими правилами типа “если.., то…”. Правила реализуются через механизм логического вывода, а вывод преобразуется в управляющее воздействие. Сами управляющие воздействия в большинстве случаев используются в качестве знаний, изменяющих уставку и/или параметры ПИД регулирования, что позволяет сочетать точность стабилизации ПИД регулирования с гибкой логической перестройкой его в разных рабочих ситуациях.

4.Содержание стандарта IEC 61131.3. IEC 61131-3 – международный стандарт для программ PLC,_установленный_Международной Электромеханической Комиссией – IEC. Он определяет языки программирования и структури рующие элементы, которые используются для написания программ PLC. Эта система позволяет создавать структурированные программы, используя высокую степень модуляризации. Такой подход повышает эффективность, позволяя повторно использовать проверенные программы и подпрограммы, и уменьшает количество ошибок программирования. Благодаря методам структурного программирования IEC 61131-3 облегчает процедуры поиска ошибок, позволяя независимо проверять операционные элементы программы. Одно из важных преимуществ IEC 61131-3 заключается в том, что он помогает процедурам управления проектоми контроля качества. Иногда считают, что метод программирования IEC требует дополнительной работы для создания конечного кода. Однако общепринято, что преимущества структурированного_подхода_над_«неструктурированными» и «открытыми» методами программирования обеспечивают IEC 61131-3 заслуживающее внимания преимущество.Стандарт IEC 61131-3 поощряет хорошо структурированную разработку ПО, ее подробное документирование и обеспечивает возможность гибкого выбора языка из пяти возможных. Текстовый язык высокого уровня ST обеспечивает структурированное программирование. Его синтаксис очень напоминает Паскаль и поддерживает широкий диапазон стандартных функций и операторов. Диаграмма функциональных блоков (Function Block Diagram, FBD) – графический язык, позволяющий изображать сигнал и потоки данных функциональными блоками и повторно использовать фрагменты ПО. FBD считается наиболее удобным для выражения взаимосвязи алгоритмов работы системы управления и логики. IEC Ladder Diagram позволяет также выполнять связь определенных пользователем функциональных блоков и функций и, соответственно, может использоваться в иерархических проектах. Список инструкций (Instruction List, IL) похож на низкоуровневый, ассемблероподобный язык, и его предпочитают применять большинство разработчиков современных PLC. Наконец, последовательная функциональная диаграмма (Sequential Function Chart, SFC) представляет собой графический язык для изображения поведения системы управления во времени и при наступлении тех или иных случаев. Стандарты IEC 61131 с 2001 г. официально применяются в России: введен ГОСТ Р 51841-2001, а в Украине с 2002 г. можно ориентироваться на ДСТУ 4108-2002, которые являются не чем иным, как переведенным и адаптированным стандартом IEC 61131-2 «ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ. Общие технические требования и методы испытаний». В настоящее время службами Госстандарта проводятся работы по адаптации остальных разделов IEC 61131. Языки программирования стандартизированы Международным электротехническим комитетом (IEC). Структура стандарта IEC 61131-3 включает три графических и два текстовых языка. Кроме того, языки могут использоваться в одном редакторе, иными словами, допускается работа с использованием смешения_языков. Язык последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart, SFC) —это графический язык, предназначенный для описания последовательных операций. Процесс представляется в виде множества четко определенных шагов, соединенных переходами. К каждому переходу прикреплено логическое условие. К каждому шагу прикреплен набор действий. Условия и действия описываются при помощи других языков (ST, IL или LD). Из условий и действий могут вызываться любые функции или функциональные блоки, написанные на любом языке. Прототипом языка послужил язык Grafcet. Язык Релейных диаграмм (Ladder Diagram, LD) — графический язык программирова-ния для булевых переменных, из которых составлены логические выражения, комбинирующие контакты (входы) с витками (выходами). Язык LD позволяет описывать работу с булевыми данными, помещая графические символы в схему программы. Прототипом языка послужили несколько вариантов языков релейно-контактных схем. Язык Функциональных блочных диаграмм (Functional Block Diagram, FBD) — графический язык, похож на язык LD. Оба языка используют один редактор. В языке FBD применяются функциональные блоки, которые имеют вид микросхем. Язык позволяет программисту создавать процедуры, используя существующие функции из стандартной библиотеки или из секции «Функции» или «Функциональные блоки». Структура языка повторяет структуру_LD. Список инструкций или IL (Instruction List) — текстовый язык низкого уровня. Инструкции всегда относятся к текущему результату (или IL регистру). Определяет операцию, которая должна быть выполнена с текущим результатом и операндом. Результат операции запоминается в текущем результате. Прототипом языка послужил_язык_ассемблера. Структурированный текст ST (Structured Text) — текстовый структурированный язык высокого уровня, разработанный для процессов автоматизации. Этот язык в основном используется для создания сложных процедур, которые не могут быть легко выражены при помощи графических языков. ST является языком для описания действий внутри шагов и условий языка SFC или действий и тестов языка FC. Прототипом языка послужил язык_Grafcet. Язык потоковых диаграмм (Flow Chart, FC) — графический язык, использующийся для описания последовательных процессов в виде потоковых диаграмм. Потоковая диаграмма состоит из действий и тестов. Между действиями и тестами находятся ориентированные связи. Действия и тесты могут быть описаны с помощью языков ST, LD или IL. Функции и функциональные блоки любого языка (кроме SFC) могут быть вызваны из действий и тестов. Программа FC может вызывать другие программы FC. Вызываемая FC-программа — это подпрограмма вызывающей FC-программы. Применение языков стандарта IEC 61131-3 сокращает количество ошибок, которые ведут к непредсказуемым последствиям и, не только когда отключается защита, — Чернобыль. Языки позволяют расчленить проект на уровни. Тем самым сокращается время разработки и проект делается прозрачным, не говоря о том, что снимается ряд проблем в обучении, отладке, обслуживании и консультировании проектов. Унификация делает возможным многократное использование программного обеспечения. Стандарт позволяет использовать два способа составления проекта: сверху вниз и наоборот. Можно разделить проект на составные части, описать переменные и связи или приступать к составлению блоков и функций. Оба пути приведут к желаемому результату. Ресурсы, программируемые в среде Workbench, компилируются для получения TIC-кода, который затем загружается на конфигурацию и выполняется ядром. Компилятор также поддерживает генерацию C кода ресурса.

5.Технические требования к датчикам общепромышленного_назначения. Метрологические характеристики датчика: Наименование измеряемой величины, требуемый диапазон ее измерения, значения основной и дополнительной погрешностей измерения, необходимые воспроизводимость измерения и чувствительность прибора, максимально возможная скорость изменения измеряемой величины, которая должна фиксироваться датчиком. Существующая среда измерения: Наименование и состав измеряемой среды, диапазон изменения свойств среды, к которых должно производиться измерение (диапазоны изменения давления, температуры, расхода и т.п.), наличие посторонних включений в среде измерения (твердых частиц и пыли, пузырьков газа в жидкости), имеющиеся вредные воздействия среды (химическая агрессивность, взрыво- и пожароопасность, абразивность и т.п.), поведение среды в месте измерения (покой – емкость, движение – трубопровод), однородность движения среды (ламинарный и турбулентные потоки), наличие в потоке пульсаций и вихрей, физические свойства среды (электропроводность жидкости, проницаемость газов к акустическому_сигалу). Конструкция объекта измерения: наименование конструкции, в которой находится измеряемая среда; фиксация необходимого места замера; особенности конструкции в окрестностях места замера (диаметр трубы, наличие или отсутствие сужений, перегибов); Окружающая среда: диапазоны изменения свойств среды (температура, давление, влажность); взрыво- и пожароопасность среды; загрязненность частицами пыли и влаги химическая агрессивность. Помехи, воздействующие на датчик: вибрация, ударные воздействия; электрические и магнитные помехи; возможные помехи питания датчика (колебания напряжения и частоты, возможные перерывы питания). Типы выходных сигналов датчиков и их коммуникационные возможности: типы и параметры выходного сигнала (аналогового, импульсного, цифрового); коммуникационная связь с заданными полевыми сетями; наличие интерфейсов у датчика (в перспективе облегчит модернизацию и расширение системы_автоматизации). Электропитание датчиков: наличие в датчике блока питания (необязательно для интеллектуальных датчиков - питание через полевую сеть); необходимое напряжение для блока питания датчика и диапазон его возможных колебаний; потребляемая датчиком мощность; возможный диапазон колебаний частоты переменного тока; тестирование исправности электропитания и возможность резервирования_блока_питания. Рекоментации к свойствам датчиков простые и дешевые способы установки прибора и его обслуживания; возможность дистанционного изменения диапазона измерения; наличие самодиагностики прибора и сигнализации о возникновении его ошибочной работы с указанием типа неисправности; возможность реализации в датчике функций по первичной переработке информации и по ее хранению определенное время; рекомендации по стоимостным параметрам прибора.

6.Технические требования к исполнительным механизмам в системе автоматизации технологического_процесса. Основные типы ИМ: позиционеры (устанавливают положение прямоходных или поворотных РО); двухпозиционные приводы (устанавливают РО в одно из конечных положений); преобразователи частоты (изменяют скорость вращения асинхронного двигателя). Совместно или дополнительно к ИМ часто требуются: сигнализаторы конечных положений (концевые реле); датчик_текущего_положения. Технические характеристики: позиционеров (номинальный ход, угол поворота, управляющее давление); приводов (номинальный ход, рабочее усилие, наличие ручного управления, положение безопасности); ПЧ (диапазон мощности управляемого асинхронного двигателя, диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя, точность установки скорости асинхронного_двигателя). Условия эксплуатации: диапазоны изменения свойств среды (температура, давление, влажность); взрыво- и пожароопасность среды; загрязненность частицами пыли и влаги; химическая агрессивность; вибрация и ударные воздействия. Функциональные_характеристики_ (для_интеллектуального ИМ): перечень реализуемых вычислительных функций (алгоритмы блокировки; ПИД-регулирование); самодиагностика. Типы входных сигналов и коммуникационные возможности: типы, диапазоны и параметры входного сигнала (аналогового, импульсного, цифрового); наличие коммуникационной связи интеллектуального ИМ с заданными полевыми сетями; наличие интерфейсов у ИМ (в перспективе облегчит модернизацию и расширение системы_автоматизации). Электропитание ИМ: необходимое напряжение переменного тока для блока питания ИМ и диапазон его возможных колебаний; потребляемая мощность; возможный диапазон колебаний частоты переменного тока; тестирование исправности электропитания; необходимость резервирования источника питания ИМ (автоматическое переключение питания на другой фидер, использование устройств бесперебойного питания).

7.Требования к надежности работы технических средств программно-технического комплекса. Структура ПТК: планируемое число и расположение всех технических средств ПТК (контроллеры, блоки в/в, пульты операторов и инженерного персонала); наименование и характеристики промышленной сети (универсальность; наименование и характеристики промышленной сети; структура; физическая среда; возможная длина сети; длина одного сегмента; скорость передачи данных по сети; максимальное число присоединяемых к сети устройств (узлов сети); метод доступа к сети); наименование и характеристики полевой сети (аналогично характеристикам промышленной сети); наименование и характеристики информационной сети (аналогично характеристикам промышленной сети). Контроллеры: число модификаций (типов); характеристики каждой модификации (тип центрального процессора и его параметры: разрядность, частота; наличие математического сопроцессора и его параметры: разрядность, частота; типы и объемы памяти; тип ОС и ее свойства: стандартная или собственной разработки, одно- или многозадачная, обычная многозадачная, реального времени или жесткого реального времени; программные и физические интерфейсы; максимальное число каналов в/в (AI,_FI,_DI)) Блоки ввода/вывода: наличие удаленных блоков в/в; наименования и диапазоны всех воспринимаемых и выходных аналоговых сигналов; наименования и параметры всех воспринимаемых и выходных дискретных сигналов (наличие выходных полупроводниковых или релейных дискретных сигналов большой мощности для непосредственного управления ИМ); наименования и диапазоны всех воспринимаемых и выходных импульсных и частотных сигналов; разрядность и точность преобразования сигналов от термопар и ТС; разрядность и точность преобразования унифицированных аналоговых сигналов; возможность настройки аналоговых каналов на различные диапазоны тока и напряжения; наличие и напряжение гальванической развязки аналоговых и дискретных каналов, тип развязки (индивидуальная, групповая межканальная, между каналами и землей); наличие микропроцессоров в блоках в/в; защита в блоках DI от дребезга контактов. Рабочие станции и пульты: планируемое число рабочих станций операторов и инженерного персонала; наличие пультов (размеры и внешний вид); наличие взаимосвязи между рабочими станциями (взаимодействие отсутствует, связаны информационной сетью, клиент-серверная структура); характеристики рабочих станций (тип процессора, его частота, объемы ОЗУ и диска, число и размеры мониторов, наличие функциональной клавиатуры, наличие сенсорных экранов, наличие и тип звуковой сигнализации, тип печатающих устройств на пульте); характеристики серверов (тип процессора и его частота, объемы ОЗУ и диска, размер монитора); операционные системы сетевой структуры и средств верхнего уровня ПТК. Динамика работы ПТК: цикл опроса датчиков; цикл смены данных на рабочей станции оператора; время обработки дискретных сигналов в контроллере; время обработки аварийных дискретных сигналов в контроллере; время обработки дискретных сигналов в рабочей станции оператора; задержка представления приоритетных аварийных сигналов на рабочей станции оператора; время реакции на команду оператора; минимальное время перезапуска как всей системы, так и только отдельных контроллеров после перерывов питания; точность регистрации момента времени наступления контролируемого события в контроллере; наличие системы единого времени на всех средствах ПТК с привязкой к астрономическому времени. Надежность работы ТС ПТК: число часов наработки на отказ; косвенные показатели диагностики (сторожевой таймер, тесты работы контроллеров и сетевых средств, тесты работы блоков в/в, диагностика параметров электропитания, диагностика обрыва сетей и линий связи с датчиками и ИМ, контроль перегрева шкафов контроллеров); косвенные показатели резервирования (резервирование контроллеров; резервирование сетей; резервирование питания). Условия эксплуатации ТС ПТК: диапазон температур окружающей среды; диапазон влажности окружающей среды; степень защиты от пыли и влаги; диапазон вибраций (частота и амплитуда, частота и ускорение); характеристики электромагнитных помех; характеристики индустриальных радиопомех (совместимость); характеристики контактного и воздушного электростатического разряда; характеристики наносекундных импульсных помех на портах питания и портах сигналов в/в; характеристики устойчивости ПТК к радиочастотному электромагнитному полю; необходимая степень взрывозащиты по стандарту CENELEC. Электропитание ПТК: напряжение переменного тока для блоков питания отдельных средств и диапазон его возможных колебаний; возможный диапазон колебаний частоты переменного тока; потребляемая отдельными средствами мощность.

Поиск по сайту: