Автоматизація котельні на ТЗВ "Волинь-Шифер" (стр. 13 из 20)

На параметри об'єкта значний вплив чинить взаємне розташування виконавчих механізмів, регулюючих органів (наприклад, тена) і первинного перетворювача (давача).

Наявність запізнення об'єкта різко погіршує динаміку замкнутої системи. Часто при відношенні τ/T > 0,5 типові закони керування не можуть забезпечити високу точність і швидкодію процесу регулювання. Головною причиною тут є різке зниження критичного коефіцієнта підсилення системи при збільшенні запізнення в об'єкті керування.

У зв'язку з цим підвищити якість керування можна або шляхом зменшення запізнення в об'єкті, або за рахунок застосування регулятора більш складної структури, а саме оптимального регулятора.

З теорії оптимального керування випливає, що такий регулятор у своїй структурі повинен містити модель об'єкта керування.

Системи керування з моделлю об'єкта мають можливість вгадувати майбутні зміни стану об'єкта. Вони можуть бути адаптивними чи ні і незамінні для об'єктів зі значним часом запізнення τ/T > 0,2.

Для кожного об'єкта керування необхідно застосовувати регулятори з відповідним алгоритмом і законом регулювання. Це дозволяє істотно знизити втрати при функціонуванні об'єкта (витрата енергії, втрати продукції тощо).

Оскільки в нашому випадку

τ/T=45/290=0,15

то вибираємо неперервний ПІД-регулятор.

Найбільш розповсюдженим видом регулювання є ПІД-закон регулювання, який забезпечує достатньо високу точність при керуванні різноманітними процесами. ПІД-регулятор виробляє вихідний сигнал, який являється сумою трьох складових:

1) пропорційної;

2) інтегральної;

3) диференційної.

Пропорційна складова залежить від роз погодження і відповідає за реакцію на миттєву помилку регулювання.

Інтегральна складова являє собою накопичену похибку регулювання, яка є додатковим джерелом вихідної потужності та дозволяє добитися максимальної швидкості досягнення уставки при відсутності пере регулювання.

Диференційна складова залежить від швидкості зміни відношення різниці між двома сусідніми вимірюваннями та часом між цими вимірюваннями, як викликає реакцію регулятора на різку зміну параметра, що вимірюється, яка може виникнути в результаті зовнішньої дії.

При настроюванні регуляторів можна одержати досить велике число перехідних процесів, що задовольняють заданим вимогам. Таким чином, з'являється деяка невизначеність у виборі конкретних значень параметрів настроювання регулятора. З метою ліквідації цієї невизначеності і полегшення розрахунку настроювань вводиться поняття оптимальних типових процесів регулювання.

Регулятор, включений в АСР, може мати кілька настроювань, кожне з яких може змінюватися в досить широких межах. При цьому при визначених значеннях настроювань система буде керувати об'єктом відповідно до технологічних вимог, при інших може привести до нестійкого стану.

Тому для визначення оптимальних настроювань розроблений ряд математичних методів, серед яких можна виділити:

- метод сканування площини настроювань;

- метод D-розбиття;

- формульний метод.

Метод сканування полягає у розбитті області припустимих настроювань обраного регулятора з рівним кроком і визначенні показників якості для кожного набору настроювань у вузлах сітки, що вийшла. Після перегляду усіх вузлів вибираються набори настроювань, що відповідають найкращим показникам якості. Настроювання можуть бути уточнені далі також шляхом сканування околиці обраного вузла з більш дрібним кроком.

Метод D-розбиття полягає у визначенні області настроювань у просторі припустимих значень настроювань обраного регулятора, що відповідають області стійкості чи заданому показнику якості. Крива D-розбиття являє собою границю стійкості в просторі настроювань і тому будується з використанням якого-небудь критерію стійкості.

Формульний метод визначення настроювань регуляторів використовується для швидкої і наближеної оцінки значень настроювань регуляторів.

Виділяють три типових процеси регулювання:

1. Аперіодичний процес з мінімальним часом регулювання.

2. Процес з 20% - ним перерегулюванням.

3. Процес, що забезпечує мінімум інтегральної оцінки якості.

Настроювання ПІД - регуляторів можуть бути визначені за наведеними у таблиці формулами в залежності від того, який вид перехідного процесу потрібно одержати. У другому стовпчику таблиці приведені формули для аперіодичного процесу без перерегулювання, у третьому – з перерегулюванням 20%, у четвертому – для процесу з максимальною швидкодією (процес може бути сильно коливальним).

Регулятор	Аперіодичний процес	Процес з перерегулюванням 20 %	Процес з мінімальним часом регулювання
ПІД	, ,	, ,	, ,

Відповідно до вимог технологічного процесу вибираємо процес з 20 % перерегулюванням і відповідно до нього маємо такі параметри настроювання ПІД-регулятора:

Дані параметри вводимо в модель нашої системи, структурна схема якої наведена на рис.9.

Провівши моделювання, отримаємо таку перехідну характеристику

Рис. 10. Графік перехідного процесу регулювання витрати

З графіку перехідного процесу визначаємо прямі показники якості:

- перерегулювання – 14%;

- час регулювання – 200с;

- кількість коливань – 1;

- усталена похибка – 0.

3.6.3 Розрахунок оптимальних настроювань регулятора АСР

Оптимальними настроюваннями регулятора називаються настроювання, що відповідають мінімуму (чи максимуму) якого-небудь показника якості. Вимоги до показників якості встановлюються безпосередньо, виходячи з технологічних. Однак, змінюючи настроювання таким чином, щоб збільшити ступінь затухання, ми можемо прийти до занадто великого часу регулювання, що є недоцільним. І навпаки, прагнучи зменшити час регулювання, ми одержуємо більш коливальні процеси з великим значенням коливальності.

Для визначення оптимальних настроювань регулятора скористаємося програмою MatLab, зокрема її пакетом NCD. За допомогою даного пакету можна настроювати параметри моделі, в якості яких може бути довільна кількість змінних. Задання динамічних обмежень здійснюється у візуальному режимі, а хід оптимізації – на екрані за допомогою відображення графіка перехідного процесу і поточних значень функції, що оптимізується.

За початкові умови задамо параметри ПІ-регулятора знайдені у попередньому розділі і за допомогою NCD-блока знайдемо оптимальні параметри настройки ПІ-регулятора.

На рис. 11 зображено структурна схема за допомогою якої здійснюємо пошук оптимальних настроювань регулятора, а на рис.12 – графік перехідного процесу з оптимальними настроюваннями регулятора, які рівні:

К₀=0.7427К₁=0.0020453 К₂=11.611

Рис.11. структурна схема оптимальних настроювань регулятора

Рис. 12. Графік перехідного процесу з оптимальними настроюваннями регулятора

З графіку перехідного процесу визначаємо прямі показники якості:

- перерегулювання –1%;

- час регулювання – 140с;

- коливальність – 0;

- усталена похибка – 0.

Висновок: провівши пошук настроювань регулятора за допомогою блоку NCD, ми знайшли оптимальні настройки ПІД-регулятора. Для пропорційної складової вони рівні 0,7417, для інтегральної – 0,0020453, а для диференційної складової — 11,611.

3.7 Розробка SCADA-системи TRACE MODE

TRACE MODE (ТРЕЙС МОУД) – це найбільш поширена SCADA-система в країнах СНД. Вона призначена для розробки великих розподілених АСКТП широкого призначення. ТРЕЙС МОУД створена в 1992 році фірмою AdAstra Research Group Ltd. (Росія) і до теперішнього часу має більш ніж 4500 інсталяцій. Системи які розроблені на базі ТРЕЙС МОУД працюють в енергетиці, металургії, нафтовій, паливній, хімічній і інших галузях промисловості та у комунальному господарстві. По числу впроваджень ТРЕЙС МОУД значно випереджає закордонні пакети подібного класу.

ТРЕЙС МОУД – заснована на інноваційних технологіях, що не мають аналогів. Серед них: розробка розподіленої АСКТП як єдиного проекту, автопобудова, оригінальні алгоритми обробки сигналів і керування, об'ємна векторна графіка мнемосхем, єдиний мережевий час, унікальна технологія playback – графічного перегляду архівів на робочих місцях керівників. ТРЕЙС МОУД – це перша інтегрована SCADA- і softlogic-система, що підтримує наскрізне програмування операторських станцій і контролерів за допомогою єдиного інструменту.