Синтез вынужденного движения САУ

На втором этапе синтеза определим матрицы , d, входящие в выражение (9.19) для чего рассмотрим вынужденное движение системы.

Представим вектор-столбец установившихся состояний САУ в виде

(9.23)

где – подвектор размерности m ´1, определяющий заданное установившееся состояние системы, т. е. ,

– подвектор размерности (n-m)´1, включающий в себя остальные координаты состояния системы управления.

Соответствующую матрицу установившихся состояний представим в виде блочной матрицы

(9.24)

где – подматрицы соответственно размерности .

Представим все аддитивные воздействия на систему в виде обобщенного вектора-столбца размерности (2 m + d)´1 задающих и возмущающих воздействий

(9.25)

и зададимся численными значениями его 2 компонент 2 раз, из которых сформируем неособую матрицу Q аддитивных воздействий размерностью (2 m + d)´(2 m + d) в виде

. (9.26)

Тогда, с учетом введенных обозначений ( 9.14)…(9.25), уравнение (9.13) для квазиустановившихся состояний системы (, ) можно переписать в виде

. (9.27)

Подставим векторы установившихся состояний в уравнение (10.19) и выразим искомую блочную матрицу

(9.28) Матрицы d, b, g определяются однозначно при полном ранге матрицы Q, что легко обеспечить соответствующим заданием значений аддитивных воздействий, либо формированием заведомо невырожденных матриц размерности (2 m + d)´(2 m + d).

Таким образом, результирующее дискретное управление в форме (9.14) представляет собой цифровой регулятор состояния, обеспечивающий комбинированное апериодическое управление по отклонению выходной координаты от заданного значения и по возмущающим воздействиям, а также астатизм первого порядка по задающим воздействиям.

10. Интеллектуальные СУИМ

Современные СУИМ базируются на предоставлении и использовании информации о ее функционировании (контроле координат состояния самого ИМ и ОУ, на который он воздействует) на основе микропроцессорных средств автоматизации.

В последние два десятилетия резко возросла системотехническая культура отечественных специалистов в области автоматизации технологических процессов благодаря появлению на российском рынке современной техники и технологий автоматизации. Наблюдается интенсивный переход от локальной автоматизации к построению интегрированных, полнофункциональных многоуровневых и распределенных (децентрализованных) систем управления.

Поскольку управляющие решения в таких системах принимает сам ИМ и его система управления, а не контроллер верхнего уровня, временной цикл выполнения управляющих функций (защита СУИМ, управление движением, регулирование, позиционирование и т.п.) существенно сокращается, повышается точность управления. Некоторые функции, например, релейно-импульсное сдергивание задвижки при ее открытии или импульсный дожим при ее закрытии, вообще проблематично выполнить с помощью контроллера верхнего уровня из-за их высокой динамики.

Живучесть систем, построенных на базе интеллектуальных механизмов повышается в соответствие с одним из системных законов – чем меньше функциональная централизация системы, тем выше ее живучесть.

Как правило, интеллектуальными средствами управления наделяют ЭИМ. Среди Российских компаний интеллектуализацией ЭИМ плодотворно в течение многих лет занимается ОАО «ЗЭиМ», ООО «Элконт» (г. Чебоксары), ОАО «МЗТА» (г. Москва), ЗАО «Тулаэлектропривод» (г. Тула) и др. Среди зарубежных компаний, зарекомендовавших себя как устойчивые партнеры на Российском рынке, можно отметить такие как Siemens, Sauter, Danfoss, Belimo, Schneider Electric и др. Что их объединяет, так это то, что СУИМ этих производителей имеют в своем составе микропроцессорный контроллер и иные программно-технические средства для осуществления так называемых «интеллектуальных» функций.

К интеллектуальным функциям СУИМ относят:

– дистанционное управление ЭИМ сигналами 0 – 10 В, 0 – 1 В, 0–20 мА, 4–20 мА;

– передача информации о текущем положении клапана или иного рабочего (регулирующего) органа;

– электронная диагностика и блокировка ЭИМ в случае аварийных ситуаций ИМ – механических перегрузок, включая заклинивание механических элементов;

– интеграция СУИМ в информационные сети АСУТП с полноценным доступом как в части управления ЭИМ, так и получения выходной информации о его состоянии и др.

10.1. Функциональная структура интеллектуальной СУИМ

Логическим развитием функциональных структур АСУТП в направлении их децентрализации является интеллектуализация самого нижнего уровня систем – датчиков, ИМ и, как следствие, СУИМ.

На рис. 10.1 приведена обобщенная функциональная схема интеллектуальной СУИМ, характерная для многих централизованных и децентрализованных АСУТП. Рассмотрим состав и функции интеллектуальных СУИМ, разрабатываемых одним из ведущих в данной области на Российском рынке предприятием ОАО «ЗЭиМ».

Рис. 10.1. Функциональная схема интеллектуальной СУИМ

Обозначения на схеме:

ВП – встроенный пульт;

ПП – портативный пульт;

ПК – персональный компьютер;

КВУ – контроллер верхнего уровня;

КИМ – контроллер исполнительного механизма;

УСО – устройство связи с объектом;

ПБР – пускатель бесконтактный реверсивный;

ЭД – электродвигатель;

ИМ – исполнительный механизм;

РО – рабочий орган;

БСПМ – блок сигнализации положения механизма.

Контроллер верхнего управления уровня КВУ обеспечивает связь с основным интеллектуальным модулем СУИМ – контроллером исполнительного механизма (КИМ) – непосредственно через аналоговые и дискретные каналы ввода-вывода через устройства связи с объектом УСО (сосредоточенные системы) или через его полевую сеть (распределенные системы). Поскольку управление через полевую сеть имеет более низкие динамические показатели, чем через непосредственные каналы УСО, то для сохранения динамических свойств сетевые устройства должны иметь достаточно широкие функциональные возможности для автономного выполнения функций управления.

В состав средств интеллектуализации исполнительных механизмов помимо КИМ входят пускатели бесконтактные реверсивные (ПБР) интеллектуальные серии ПБР-И, блок сигнализации положения механизма БСПМ.

Пускатели бесконтактные реверсивные интеллектуальные ПБР-2И и ПБР-3И являются дальнейшим функциональным развитием пускателей ПБР-2М и ПБР-3А, выпускаемых ОАО «ЗЭиМ», обеспечивая повышение качества контроля и управления исполнительным механизмом. Пускатели ПБР-2И и ПБР-3И предназначены для бесконтактного реверсивного управления электрическими исполнительными механизмами трубопроводной арматуры соответственно с однофазным и трехфазным двигателями. Конструктивно пускатели выполнены в виде блоков с габаритами 110х100х150 мм и возможностью монтажа на DIN-рейку. Пускатели выполняют функции контроля параметров и управления исполнительным механизмом, индикации его состояния и настройки.

Блок сигнализации положения механизма БСПМ предназначен для сопряжения исполнительного механизма с устройством верхнего уровня по полевой сети с двухпроводной линией связи. Конструктивно БСПМ размещается в корпусе механизма. БСПМ совместно с КВУ и КИМ выполняет функции контроля параметров, управления и защиты исполнительного механизма, ШИМ-модуляции, позиционирования, индикации его состояния, обмена данными по полевой сети с устройствами верхнего уровня управления, настройки блока.

Контроллер исполнительного механизма КИМ является полнофункциональным многоцелевым устройством контроля и управления ИМ и сопряженной с ним арматурой, интегрирующим функции всех рассмотренных выше устройств. Области применения контроллера – системы управления с централизованной и децентрализованной архитектурой, а также автономные локальные системы. Подключение контроллера к средствам верхнего уровня осуществляется в зависимости от исполнения контроллера одним из двух способов – через информационные и командные каналы контроллера (непосредственное подключение) или через полевую сеть (сетевое подключение). В автономном режиме контроллер выполняет все свои функции самостоятельно или по командам оператора.

Функции контроллера определяются аппаратными ресурсами соответствующего исполнения. Полный набор функций включает контроль параметров, управление и защиту механизма и арматуры, ШИМ-модуляцию, позиционирование и регулирование, технологические защиты, индикацию значений параметров механизма, арматуры и технологических параметров, архивацию параметров, обмен данными по полевой сети с устройствами верхнего уровня управления, настройку параметров контроллера. Выбор конкретного алгоритма регулирования осуществляется при настройке контроллера (ПИ, ПИД, ПДД, позиционер и т.п.).

Настройка контроллера осуществляется с помощью встроенного пульта (ВП), портативного пульта (ПП), либо от промышленного компьютера (ПК), подключаемых к сетевому порту блока. В состав параметров настройки входят все предельно допустимые значения параметров ЭИМ (токи, напряжения и температура обмоток, моменты, скоростьи ускорение движения и т.п.), зависимости токов, напряжений, активной мощности и момента на валу от положения ИМ, параметры движения (зоны импульсного движения при сдергивании и дожиме, положения виртуальных концевых, путевых и моментных выключателей), параметры прикладных программ (ШИМ-модулятора, позиционера, регулятора, защит по технологическим параметрам и т.п.), параметры архивизации, параметры полевой сети (состав, сетевые номера, скорости сетей, конфигурация сетей и т.п), а также другие параметры.

Встроенный пульт (ВП) содержит цифровой светодиодный шестиразрядный (8-ми сегментный с точкой) индикатор для индикации номеров выбираемых параметров и их значений, восемь светодиодов для сигнализации режимов и состояний контроллера и механизма, три трехпозиционных переключателя для установки режима работы контроллера, режима настройки и ручного изменения положения механизма (ОТКРЫТЬ–ЗАКРЫТЬ) или значения настраиваемого параметра (БОЛЬШЕ–МЕНЬШЕ). В контроллере предусмотрена возможность индикации положения вала на встроенном пульте при отключении питания механизма.

Портативный пульт (ПП) настройки содержит двухстрочный алфавитно-цифровой ЖКИ-дисплей, клавиатуру и инфракрасный канал для связи с КИМ. Функции пульта и индицируемые и/или настраиваемые параметры контроллера идентифицируются не номерами, а именами. Имя параметра и его значение индицируются одновременно в разных строках алфавитно-цифрового ЖКИ-дисплея. Настройка контроллера с помощью пульта осуществляется как в режиме On-line, так и в автономном режиме путем установки значения каждого настраиваемого параметра с последующей загрузкой значений всех параметров в контроллер по одной команде пульта.

Персональный компьютер (ПК) для работы с контроллером КИМ содержит программный пакет КОНФИГУРАТОР и подключается к полевой сети непосредственно или через устройство верхнего уровня. Персональный компьютер обеспечивает более высокий по сравнению с пультами сервис при работе с контроллером КИМ и дистанционный доступ к контроллеру через полевую сеть.

Обмен данными блока БСПМ при сетевых исполнениях контроллера КИМ с КВУ ведется в режиме «ведущий-ведомый» по полевой сети с интерфейсом RS-485, при этом КВУ является ведущим устройством, БСПМ и КИМ – ведомыми устройствами.

Дата добавления: 2014-11-29