7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

7.1.Основные понятия автоматизированных систем управления технологическими процессами

Динамический компонент - это компонент для отображения состояния технологических переменных или для изменения их.

Мнемоническая схема - это совокупность сигнальных устройств и сигнальных изображений оборудования и внутренних связей контролируемого объекта, размещаемых на диспетчерских пультах, специальных панелях или выполненных на персональном ком­ пьютере. Облегчает запоминание структуры объекта, контроль режи­ мов его действия и управление им. Применяется на промышленных предприятиях, в энергетических системах и др.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) - это элект­ ронное устройство, содержащее в составе один или несколько микро­ процессоров, модули памяти, порты ввода/вывода, предназначенное для сбора данных о состоянии технологического процесса, а также для автоматического управления им.

Программный компонент - это часть программного обеспечения, модуль, подсистема, которая выполняет ясную функцию, имеет ясную границу и может быть интегрирована в чётко определённой архи­ тектуре.

Технологическая переменная ш и Тэг - это переменная в базе данных реального времени, содержащая значение одного из технологических параметров, снимаемого с датчика, или несущая дополнительною информацию.

Технологический процесс - это процесс обработки или перера­ ботки (изменения состояния, свойств, формы) сырья, материалов и полуфабрикатов в процессе производства продукции.

ActiveX - это торговая марка компании Microsoft для технологий, которые предоставляют возможности взаимодействия между прило­ жениями, использующими технологию СОМ. Технология ActiveX также включает OLE автоматизацию.

ActiveX Data Objects - это набор объектов доступа к данным без иерархической библиотеки объектов. ADO позволяет писать клиент­ ские приложения для доступа и управления данными в сервере баз данных через провайдера (интерфейс БД).

Component Object Model (COM) - это открытая архитектура для кросс-платформенных разработок приложений клиент-сервер. Бази­ руется на объектно-ориентированной технологии от компаний Digi­ tal Equipment и Microsoft.

Distributed COM - это технология, предоставляющая возмож­ ность взаимодействия между приложениями по сети персональных компьютеров. DCOM независимый по отношению к языкам программирования, поэтому любой язык, который может создавать ActiveX элементы, может создавать приложения DCOM.

Open Database Connectivity (ODBC) - это стандартный протокол доступа к серверам баз данных.

Object Linking and Embedding (OLE) - это объектная технология для скрытия информации и предоставления сервисов по взаимо­ действию между процессами и компьютерами.

ОРС (OLE for Process Control) - этсГ стандартный механизм доступа программных приложений к данным технологического процесса. Механизм основан на технологии взаимодействия между приложениями COM/DCOM. Архитектура - клиент/сервер.

ОРС DataAccess сервер - это программное приложение, выпол­ няющее предоставление возможности обмена данными с устрой­ ствами технологического процесса в реальном времени клиентским приложениям по интерфейсам ОРС DA.

ОРС Alarms&Events сервер - это программное приложение, выполняющее оповещение клиентских приложений о критических и аварийных ситуациях по интерфейсам ОРС А&Е.

ОРС Historical DataAccess сервер - это программное приложение, выполняющее предоставление данных из архива истории изменения параметров технологического процесса по интерфейсам ОРС HDA.

ОРС-клиент - это приложение, которое имеет возможность осуществлять взаимодействие с ОРС-сервером.

Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) - это система супервизорного управления и сбора данных. Система управления и мониторинга, содержащая программно-аппаратные средства, взаимо­ действующие между собой через локальные и глобальные сети,

SQL (Structured Query Language) - это язык запросов и програм­ мирования в базах данных.

7.2. Классификация промышленных технологических объектов управления

По характеру протекания технологических процессов объекты управления делятся на:

-циклические;

-непрерывно-циклические;

-непрерывные.

Локальные системы наиболее широко применяются для управ­ ления объектами второго и третьего типов.

По характеру установившегося значения выходной величины объекта при действии на его вход ступенчатого сигнала выделяют объекты с самовыравниванием и без самовыравнивания.

По количеству входных и выходных величин и их взаимосвязи объекты делятся на:

-одномерные (один вход и один выход);

-многомерные.

Последние могут быть многосвязными, когда наблюдается взаим­ ное влияние каналов регулирования друг на друга, либо несвязными, когда взаимосвязь между каналами мала.

Статические характеристики объекта управления определяют связь между установившимися значениями входа и выхода объекта. По виду статических характеристик объекты делятся на линейные и нелинейные. В последних статическая характеристика может быть гладкой, линеаризуемой в окрестности заданной точки, либо носить существенно нелинейный характер. При наличии в объекте несколь­ ких нелинейностей графическим методом определяется его суммар­ ная нелинейная характеристика. Большинство систем регулирования относится к классу систем автоматической стабилизации режима работы объекта относительно его рабочей точки (относительно номи­ нального режима работы). В этом случае в процессе работы отклоне­ ния переменных относительно рабочей точки будут малы, что позво­ ляет использовать линейные модели объекта управления. Однако при смене рабочей точки происходит изменение коэффициента усиления о&ьекта, что будет негативно влиять на динамику замкнутой системы.

Для систем автоматической стабилизации не обязательно опреде­ ление полной статической характеристики объекта. Достаточно знать лишь динамический коэффициент усиления в окрестности рабочей

точки. В то же время на некоторых объектах управления необходимо знание всей статической характеристики процесса. Если она носит нелинейный характер, то с целью стабилизации общего коэффициента усиления системы в замкнутый контур включают дополнительную нелинейность, обратную статической характеристике объекта. На практике такой подход реализуется путем использования регулиру­ ющих клапанов с различными видами расходной характеристики.

Реальные объекты занимают в пространстве какой-либо объем, поэтому регулируемая величина зависит не только от времени, но и от текущих координат точки измерения. Полное описание объекта управления будет состоять из системы дифференциальных уравнений с частными производными. При использовании точечного метода из­ мерения одним датчиком, система дифференциальных уравнений с частными производными переходит в систему уравнений с обычными производными. Это существенно упрощает построение матема­ тической модели объекта, позволяя определить его передаточную функцию. Однако при наличии множества датчиков, распреде­ ленных, например, по длине объекта, может возникнуть необхо­ димость использования множества управляющих сигналов (распре­ деленное управление).

Объекты могут быть как стационарные, так и нестационарные. В нестационарных объектах параметры изменяются с течением времени (дрейфуют). Примерами таких объектов могут быть хими­ ческий реактор с катализатором, активность которого падает с тече­ нием времени, или аэрокосмический аппарат, масса которого по мере выгорания топлива уменьшается. Такие явления должны учитываться при проектировании соответствующих систем управления.

В зависимости от интенсивности случайных возмущений, действующих на объект, они делятся на стохастические и детерми­ нированные. В реальных условиях часто точно неизвестны ни точка приложения возмущения F, ни его характер (рис. 7.1).

i	F
Объект		х
у п р а в л е н и я		-------------^

Рис. 7.1. Внешние возмущения в объектах управления

Известно, что лишь при наличии достаточно точной математичес­ кой модели объекта можно спроектировать высококачественную систему управления этим объектом. Причем, согласно принципу Эшби, сложность управляющего устройства должна быть не ниже сложности объекта управления. Поэтому основной целью построения математической модели объекта управления является определение структуры объекта, его статических и динамических характеристик. Особенно важно определение структуры для многомерных и многосвязных объектов управления. В то же время для локальных объектов управления определение струкгуры может быть сведено к определению порядка дифференциального уравнения, описывающего объект. Кроме того, оцениваются входные сигналы и возмущения, действующие на объект (их статистические характеристики, точки приложения, максимальные амплитуды). Значение этих хара­ ктеристик позволяет выбрать структуру регулятора и рассчитать пара­ метры его настройки, ориентируясь также на критерий качества работы этой системы.

Наряду с динамической частью W(p) в структуре объекта могут содержаться различные запаздывания в сигналах управления, измерения и состояния (рецикла) (рис. 7.2).

*
1		е~Ьр	Y(p)
(
^ управление	^ ЩР)	^ измерение
А
	,-тр
	рецикл

Рис. 7.2. Объект управления с запаздыванием

В промышленных объектах под рециклом понимается возврат части продукта с выхода объекта на его вход с целью повторной пе­ реработки. Большинство промышленных объектов управления имеют запаздывания. Наличие запаздывания объясняется конечной ско­ ростью распространения потоков информации в технологических объектах (транспортное запаздывание). Наряду с этим при пони­ жении порядка модели объекта вводят дополнительное динамическое