Лекция: ЭТАПЫ разработки автоматизированных систем управления технологическими комплексами.
8.Разработка алгоритма управления объектом
Для разработки алгоритма управления необходимо определить входные и выходные переменные в системе управления и значения, которые они могут принимать.
Входные переменные: dв — состояние датчика верхнего уровня SQ1 (1- замкнут, 0- разомкнут);
dн – состояние датчика нижнего уровня SQ2 (1- замкнут, 0- разомкнут);
Выходная переменная: N – включение насоса (0 – отключен; 1 – включен).
Алгоритм работы может быть изложен в четырех вариантах:
А) Текстовое описание
В цикле работы выделяем четыре такта:
1. – уровень ниже dн (насос работает, резервуар наполняется); SQ1=1, SQ2=1
2. — уровень выше dн, но ниже dв (насос работает, резервуар наполняется); SQ1=1, SQ2=0
3. – уровень достиг dв (насос отключился, жидкость расходуется, уровень понижается); SQ1=0, SQ2=0
4. – уровень ниже dв, но выше dн, (насос отключен, уровень понижается).SQ1=1, SQ2=0
5.
Б) В форме таблицы
| Элемент системы | Такты предыдущие | Такты текушего цикла | Такты последующие | |||
| SQ1 (dв) | 1 замкнут | 1 замкнут | 0 разомкнут | 1 замкнут | ||
| SQ2 (dн) | 1 замкнут | 0 разомкнут | 0 разомкнут | 0 разомкнут | ||
| N | 1 включен | 1 включен | 0 отключен | 0 отключен |
Выходная переменная N принимает разные значения при одинаковых значениях входных переменных (такты 2,4), но при различных их значениях в предшествующих тактах
1 и 3. Это является характерным для последовательного автомата. Для отработки требуемой последовательности необходимо учитывать предыдущий такт.
В) В форме блок-схемы, представленной на рис. 4.
Г) В виде логического уравнения, описывающего зависимость выходного управляющего воздействия N от комбинации входных сигналов датчиков dн и dв, а также от состояния выхода N” на предыдущем такте :
,
ЦСУА 4.11
9.Выбор типа системы управления.
В связи с дискретной формой представления информации о управляемой величине — уровне жидкости, система может быть реализована только в виде дискретной или цифровой.
Пример синтеза жесткой системы (комбинационного автомата) управления насосом приведен в [Автоматизация типовых технологических процессов и установок: Учебник для вузов/ А.М.Корытин, Н.К. Петров, С.Н.Радимов, Н.К. Шапарев.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-432 с. С.135.]
Для синтеза дискретных систем управления используется теория дискретных автоматизированных устройств — комбинационных и последовательных автоматов.
Под дискретным автоматизированным устройством понимают управляющее устройство, осуществляющее переработку априорной и текущей информации в управляющую, причем носителями информации являются дискретные по уровню и во времени сигналы. Это означает, что состояние сигнала каждого входа ( выхода) автоматизированного устройства характеризуется двумя уровнями – минимальным, условно обозначаемым 0 (логический 0) и максимальным, обозначаемым 1 (логическая 1).
Дискретизация по времени означает, что в течение конечного интервала времени tе, именуемого тактом, состояние сигнала или их комбинации остается неизменным.
Дискретные управляющие устройства бывают комбинационными и последовательными. Первые характерны тем, что комбинация состояний выходных сигналов в данном такте определяется комбинацией входных сигналов.
При синтезе комбинационных автоматов используются метод Квайна, метод Вейча-Карно.
У последовательных автоматов, комбинация состояний выходов в текущем такте зависит от комбинации состояний входов в нем и от того, какая комбинация выходных сигналов была в предыдущем такте.
По характеру реакции на управляющее воздействие различают асинхронные автоматы, у которых изменение состояния выходов происходит сразу после изменения входных и синхронные у которых изменение состояния выходов происходит лишь в том случае, если после изменения входных сигналов поступит синхронизирующий импульс.
Для создания самого сложного дискретного автомата любого типа достаточно иметь элементы, реализующие операцию ИЛИ-НЕ (инверсия дизъюнкции), и операцию И-НЕ (инверсия конъюнкции).
Приведение логических уравнений к однотипным операциям производится с использованием следующих законов:
1. Логическое сложение (дизьюнкция)
X+0=X X+1=1 X+X=X X+ =1
2. Логическое умножение (конъюнкция)
X*0=0 X*1=X X* =0
3. Переместительный закон
X1+X2=X2+X1 X1*X2=X2*X1
4. Сочетательный закон
(X1+X2)+X3=X1+(X2+X3) (X1*X2)*X3=X1*(X2*X3)
4. Распределительный закон
X3*(X1+X2)=X3*X1+X3*X2 X1+X2*X3=(X1+X2)(X1+X3)
ЦСУА 4.12
5. Закон поглощения
X1*(X1+X2)=X1
6. Закон склеивания
(X1+X2)*(X1+ )=X1 X1*X2+X1* =X1
7. Закон де Моргана
X1+X2= X1*X2=
Контактная и бесконтактная схемы управления насосом представлены на рисунке
dв dн N
N’
dв
& N
dн
Применяя закон де Моргана можно получить уравнения для стандартных элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и соответствующие им схемы
ЦСУА 4.13
10. Моделирование функционирования объекта при автоматическом управлении
Моделирование систем является очень эффективным средством для предварительной проработки схемных и программных решений на компьютере до приобретения оборудования и его монтажа на объекте. Хорошо проработанные модели позволяют в десятки раз сократить время наладки и исключить грубые ошибки.
Несложные системы можно моделировать с применением пакета Workbench. Для этих целей могут применяться также пакеты OrCAD9, DesignLab, Circuit Marker.
Наиболее мощным средством для моделирования систем управления с учетом характеристик элементов является пакет MatLab с дополнениями Toolboxes, в частности Simulink.