CC BY
240
УДК 66.012-52
И.И. Дубровский, В.Л. Лукьянов, А.М.Шеховцова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЛАБОРАТОРНАЯ МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА СВЯЗАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА ПЛК-150
System foundation on the base of programming logic controller for investigation of combined control system in the laboratory has been considered. Tools for the action of the system includes the programs of compensating controllers have been written out. Frequency controllers using of the system pump drivers control has been considered.
Рассмотрено создание установки на базе программируемого логического контроллера для лабораторного изучения систем связанного регулирования. Приведено описание программно-технических средств, обеспечивающих функционирование данной установки, в том числе программной реализации компенсирующих регуляторов. Изложены особенности применения частотных регуляторов для управления электроприводами насосов установки.
Большинство современных объектов регулирования в химической технологии представляют собой многомерные системы, т. е. объекты с несколькими регулируемыми величинами. Примером такого объекта может служить ректификационная колонна, которая по основным регулируемым величинам и регулирующим воздействиям является объектом с взаимозависимыми величинами, имеет внутренние перекрестные связи, которые ухудшают и осложняют управление процессом. Например, при колебаниях расхода флегмы меняется не только состав дистиллята, но и состав кубового остатка, а колебания расхода пара, подаваемого в кипятильник, вызывает изменение состава и кубового остатка, и дистиллята. В связи с широким распространением объектов с взаимосвязанными регулируемыми величинами актуальной является задача обучения будущих специалистов в области химической технологии и автоматики методам проектирования и расчета автоматических систем регулирования (АСР) для таких объектов. Предлагаемая лабораторная установка может служить для решения данной задачи.
Обычно для компенсации внутренних перекрестных связей объекта вводят в АСР звенья внешних перекрестных связей, как это показано на рис. 1. Такие АСР называются связанными.
Рис. 1. Структурная схема АСР объекта с двумя внутренними и двумя внешними перекрестными связями
Передаточные функции компенсаторов рассчитываются так: К №и(р) ' КП[Р Ж22(Р)
В том случае, если передаточные функции каналов объекта регулирования описываются апериодическими звеньями, то передаточная функция компенсатора
т 1 п , ч
^к(р) = Кк П-7 Ш]Р + 1УТКР С1)
I =1 чр +1 ]=1
будет достаточно сложна для физической реализации. Поэтому ранее приходилось существенно упрощать передаточные функции компенсаторов, что не позволяло добиться выполнения условия автономности и получить оптимальное качество регулирования.
Рис. 2. Схема лабораторной установки
Реализовать систему регулирования с компенсаторами практически любой сложности позволяет применение современных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Для этого в лаборатории «Теории автоматического управления» была модернизирована существующая установка. Схема лабораторной установки с использованием ПЛК приведена на рис. 2.
Она состоит из двух пар емкостей 1а-2а и 1б-2б, сообщающихся между собой посредством системы трубопроводов и дросселирующих устройств 3а, 4а, 3а, 4б. В верхние емкости насосами 5 а и 5б подается вода из сборника 6. Далее вода самотеком по системе трубопроводов поступает в нижние емкости, откуда также самотеком возвращается в сборник. Уровень жидкости в емкостях измеряется с помощью преобразователей гидростатического давления 7а, 8а, 7б, 8б, сигналы с которых (стандартный токовый сигнал 4-20 мА) подаются на аналоговые входы ПЛК.
Целью регулирования является поддержание уровня в нижних емкостях. Регулирование осуществляет ПЛК с двух своих аналоговых выходов посредством изменения числа оборотов электроприводов насосов через частотные регуляторы 9а и 9б.
Дросселирующие устройства 3-4 позволяют изменять степень влияния перекрестных связей вплоть до полной независимости основных каналов объекта. В таком режиме установка может использоваться для изучения одноконтурных или каскадных схем. Дросселирующие устройства 10а и 10б предназначены для нанесения возмущений.
Особенностью ПЛК является то, что все его входные и выходные сигналы -электрические. Применение частотных регуляторов, представляющих собой электронные устройства, позволило исключить из схемы пневматические элементы и дорогостоящие клапаны с электроприводом. Кроме того, использование частотных регуляторов позволяет снизить затраты электроэнергии и уровень шума.
Однако исполнительное устройство - система «частотный регулятор - насос», обладает существенно нелинейной статической характеристикой «ток управления -подача жидкости». В рамках работы была исследована данная характеристика (рис. 3) и получено ее аппроксимирующее уравнение:
IуПр = 0, 74 • tg(74, 7 • 0 -1, 35)-12, 5 • е "74, 70-1,35 + 8,43,
используемое в алгоритме расчета управляющего воздействия с целью линеаризации характеристики исполнительного устройства и повышения качества регулирования.
Туир, мА
Рис. 3. Статическая характеристика исполнительного устройства
Компенсатор (1) программно реализуется с помощью следующей системы конечно-разностных уравнений:
У1 (кк) = «1 [(к - 1)к]+61*0 (кк);
Ут (кк) = атУт [(к - 1)к] + ЪшУш-1(кк);
Ут+1 (кк) = С1 Ут (кк) + Ут [(к - 1)к];
Ут+п (кк) спУт+п-1 (кк)+апУт+п-1[(к - 1)к];
*0 (кк) = ККх'р2 [(к - г/к)к], где аI = 1 - к/Т^ ; Ъ = к/Т^ ; Cj = 1 + Tj [к; dj =- Tj 1к, к - такт квантования.
Управляющее воздействие в момент времени кк рассчитывается как сумма компенсирующего воздействия Ут+п (кк) и воздействия основного регулятора хр^:
хР1(кк) = Ут+п (кк)+ хР1-
Основное регулирующее воздействие х'р\ рассчитывается по ПИД-закону.
Созданная микропроцессорная система управления на базе ПЛК150 использует среду программирования СоБеБуБ, которая является универсальным инструментом
программирования логических контролеров и промышленных компьютеров, созданных на базе стандарта МЭК 61131-3, это пять языков программирования и широкие возможности по отладке программных модулей.
Лабораторная установка
Рис. 4. Визуализация CoDeSys
Система программирования содержит встроенный редактор визуализации. Встроенная в CoDeSys визуализация не нуждается в списках переменных и непосредственно может брать переменные из контроллера. Отпадает часто трудно конфигурируемый OPC или DDE уровень, так как коммуникация осуществляется тем же механизмом, который используется для самой системы программирования. Визуализация предназначена для графического представления объекта управления, а также обеспечения пользовательского интерфейса и непосредственно связана с созданной в CoDeSys программой контроллера. Вид основного окна разработанной для данной лабораторной системы визуализации приведен на рис. 4.
УДК 502.55.001.18
С.О. Янчи, С.П. Дударов
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ НЕЙРОСЕТЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
A possibility and advantages of object oriented approach using in the process of neural networks modeling software development are discussed in the report. As an example the software environment developed for carrying on laboratory works is shown. This software allows to study neural network structures, calculating processes in their and learning algorithms. There are shown functional possibilities of software environment.
В докладе обсуждаются возможность и преимущества использования объектно-ориентированного подхода при разработке программных средств нейросетевого моделирования. В каче-
