Глава 3: Разработка алгоритма и реализация программы

Разработка системы оперативного управления

Компонентами системы оперативного управления являются программное обеспечение нижнего и верхнего уровня.

В инструментальной системе КОНГРАФ, опираясь на функциональную схему, схему подключения ко входам/выходам контроллеров и описания алгоритма, производится разработка алгоритма на языке функционирования блоков и его отладка с помощью симулятора. При достаточной квалификации разработчика, невысокой сложности алгоритма, отсутствии ошибок можно не использовать симулятор.

Далее отлаженный алгоритм транслируется в исполнительный двоичный код.

Отлаженный алгоритм загружается с помощью программы КОНСОЛЬ в контроллеры.

Разработанное программное обеспечение нижнего уровня тестируется.

На верхнем уровне программного обеспечения строится система оперативного управления.

При построении системы оперативного управления создается мнемосхема объекта управления и наблюдения и производится привязка ее к контроллерам в системе КОНТАР-АРМ и SCADA-системе.

Схема, которой можно руководствоваться при разработке алгоритмического и программного обеспечения информационной системы на базе контроллеров КОНТАР, показана на рис. 23.

Рис. 23. Разработка алгоритмического и программного обеспечения информационной системы на базе контроллеров КОНТАР

ПИД-регулятор из инструментальной системы КОНГРАФ

ПИД ИМП Р - ПИД-Регулятор импульсный с ручным управлением

Параметры

Информация по использованию

Алгоблок используется при построении ПИД-регулятора, работающего совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости.

Алгоблок вычисляет рассогласование E по формуле

E=SP-PV

где SP (задание) и PV (регулируемый параметр) - входные величины.При этом входной параметр фильтруется с постоянной времени TF.

Алгоблок позволяет поддерживать регулируемый параметр с точностью, близкой к величине DZONE (рекомендуется устанавливать в диапазоне от 0.5 до 1 %). Скорость приближения регулируемого параметра к заданному значению определяется быстродействием объекта, а также правильностью настройки параметров KP и TI регулятора.

Величину TP рекомендуется выбирать таким образом, чтобы перемещение исполнительного механизма за один импульс равнялось 0.5-1%. Для исполнительного механизма с временем полного хода, равным Тм=100сек, значение TP соответствует 0.5 ... 1 сек. Если время полного хода Tм отличается от 100 сек, то для вычисления TP можно использовать следующую формулу:

Tp=(0.005*Тм ... 0.01*Тм) сек

В состав алгоблока входят следующие элементы:

РАЗНОСТЬ - для вычисления величины рассогласования;

ФИЛЬТР - для фильтрации регулируемого параметра;

ЗОНА НЕЧ - для формирования зоны нечувствительности регулятора;

ПИД'-регулятор - основной элемент;

трехпозиционный широтно-импульсный модулятор (ШИМ) - для преобразования выхода регулятора в последовательность импульсов.

Данный алгоблок и подключенный к его выходу исполнительный механизм постоянной скорости, интегрирующий выходные импульсы алгоблока, реализуют алгоритм ПИД-регулятор.

Зависимость выхода от входа для элемента ЗОНА НЕЧ :

если |X| < DZONE/2, то Вход ПДД'=0;

если Х >= DZONE/2, то Вход ПДД'=Х-(DZONE/2);

если Х <= -(DZONE/2), то Вход ПДД'=Х+(DZONE/2).

Таким образом, изменение сигнала отклонения внутри зоны нечувствительности никакого влияния на алгоритм регулятора не оказывает.

Передаточная функция ПИД-регулятора (совместно с исполнительным механизмом)

где: Кп=KP*100/Ts

Ts - время полного хода исполнительного механизма от полного закрытия до полного открытия, Кп - коэффициент пропорциональности.Td - постоянная времени дифференцирования (Td=D*Ti).

Работа ПИД-регулятора:

Если разорвать обратную связь от объекта на регулятор и скачкообразно изменить входной сигнал Х, то реакция регулируемого параметра будет следующей:

Для управления исполнительным механизмом формируются импульсы на выходах алгоблока Z1 и Z2. В частном случае (при D=0), реакция регулятора на скачок сигнала рассогласования X, будет следующей

После окончания первого импульса длительность интегральных импульсов - величина постоянная, равная ТР. Длительность пауз зависит от величины постоянной интегрирования TI, коэффициента пропорциональности КР и величины рассогласования Х.

При смене знака рассогласования первый импульс увеличивается на время, равное B (времени люфта исполнительного механизма).

Входы OPEN и CLOSE задействуются только в ручном режиме (при MANUAL = 1)

Если OPEN=1 (полностью открыть ИМ), то Z1=1 и Z2=0.

Если CLOSE=1 (полностью закрыть ИМ), то Z1=0 и Z2=1.

Если OPEN=1 и CLOSE=1, то Z1 = 0 и Z2 = 0.

Если OPEN=0 и CLOSE=0, то Z1 = 0 и Z2 = 0