Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 12
Текст из файла (страница 12)
е. осложнить достижение и поддержку требуемой концентрации. Временные ц паздывания создаются не только длинными трубами. Многие типы датчиков хары теризуются некоторым временем, необходимым для получения нового значешг измеряемой величины, что ведет к задержке системы управления и, как следствл к неустойчивости.
Хорошей иллюстрацией последствий запаздывания в распространении сигнм сл жит эксперимент, демонстрируемый в некоторых музеях науки и техники. ып .В с у ворите в микрофон и слышите собственный голос в наушниках. Если сигнал от цяг рофона поступает с задержкой более чем на несколько долей секунды, то вы бгяст1 сбиваетесь и прекращаете говорить. Этот пример наглядно демонстрирует неустоз чивость, вызванную задержками во времени.
Подобный эффект иногда встречаетс при разговоре по телефону через спутник. Запаздывания такого рода осложняют рв говоры. Регулятор в системе с временными задержками должен "помнить" старые упри ляюшне воздействия, т. е. он должен хранить значения выходных управляющих си," палов и использовать их для последующих расчетов. Сушествузот регуляторы, спг собные компенсировать временные задержки. Они содержат модель управляема процесса в той или иной форме и оценивают по специальным алгоритмам текущл значения тех переменных, которые нельзя измерить прямо без запаздывания.
. Реп ляторы этого типа анализируются в главе 6. Учет внутренних взаимосвязей добавляет массу сложностей в модель процесо даже если он в основе своей прост. Примером в этом смысле может служить зада регулирования температуры в комнатах здания, Если открывается окно в одной г комнат, то температура меняется не только локально, но и до некоторой степени в а седних комнатах.
Систему с внутренними связями, где изменение на одном из вхолз влияет сразу на несколько выходов, можно представить в виде блок-схемы, р .ы,п ик денной на рис. 2.11. Рис. 2.11. Внутренние взаимосвязи техн ического процесса едачи электрической энергии характерны больше' Для систем производства и переда б . системз чрезвычаи'о сложна эо всех смыслах ство из отмеченных ранее проблем. их, обладает нелинейной динамикой, дол бг имеет большое число составляюших, 2.9. с З Особенности систем цифрового УпРавления в рамках жестких временных ограничений, подвержена постоянному изменению тать в нагру узки и внешних условий, требует очень высокой управляемости и надежнос1.и Об спечить круглый год без перебоев наличие в любой розетке электрической энергии с пост по оянными значениями напряжения и частоты далеко не просто.
Эффективно управля' „„ть такими большими системами можно только с помощью компьютеров. 2,З. Особенности систем цифрового управления Примеры, приведенные в разделе 2.2, отражают ряд свойств, которые необходимо учитывать в системах управления. Управляемый технический процесс представляет лишь то.лько часть проблемы; другая ее часть — это управляющий компьютер. Система управления используется не только для регулирования и определения последовательности технологических операпий типа описанных выше, но должна выполнять и ряд дополнительных функций, например распознавать нештатные ситуации и адекватно на них реагировать.
Кроме того, она собирает текущие рабочие данные, рассчитывает статистические параметры, отображает информацию для операторов и исполняет их команды.!1аиболее важные задачи, решаемые системой управления техническим процессом, представлены парис. 2.12. Рне. 2, . 2.12. Задачи, решаемые компьютером при управлении процессом При а Р разработке проекта, включая определение необходимых вычислительных 1'есурсов, Р в, необходимо исходить из требований, предъявляемых ко всей техничестеме, т. е. совокупности технического процесса и системы управления кой сис (табл 2 1ь .1), Основное требование к системе управления заключается в том, что ее Ресу с, УР ы должны соответствовать целям управления и параметрам Управляемой снстемы 60 61 Соответствующие компоненты проекта системы управления Характеристика технического процесса Глава 3 5 5,6 7,8 10 Динамика системы, модель системы Частота измерений Частота управляющих воздействий Требования к аппаратным средствам Требования к программному обеспечению Масштаб времеви Измерительная аппаратура, датчики Частота измерений Тип пврвмвнггых процесса 3,5 Фильтрация Внд обработки Возмунгвния в измерениях Аппаратные средства управления, исполнительные механизмы Управляемость системы 3, б, 7 Стратегия управления, взаимосвязь входных н выходных сигналов Алгоритмы регулирования Требования к аппаратным средствам Требования к программному обеспечению Операционная система, языки программирования Требования к коммуникациям Ураввнь сложности системы 3, б, 7 7,8 10 10 6,7,12 Стратегия управления Назначение (цель) системы Сбор данных, коммуникации, сети, протоколы Межпрограммный объем Распределенное управление Топология инфврлгационных потапов 10 12 Интерфейс апвратара Психологические факторы Интерфейс пользователя 7, 8, 9, 12 12 централизованное г распределенное управление Архитектура системы Распределение ресурсов Надежность Глава 2.
Особенности цифрового управления процессамь Таблица 2.1. Характеристики управляемого технического процесса влияющие на решения по системе управления Отображение развития процесса во времени Данные, полученные в результате измерений, должны с требуемой точност -тьЮ отображать динамику процесса. Особую важност~ при этом имеет частота выборки т. е. периодичность измерения новых данных.
Ее определение обычно является нв тривиальной задачей. Высокая частота выборки влечет за собой боль'пу загРУаку компьютера, так как он должен обрабатывать больше данных В Ряде случаев Речь может идти даже о фи нансовых затратах, связанных со сбором данин'х процесса, например, прн измерсгп1- 23 со 3 Особенности систем цифрового управления ях ко онцентрации, где необходимы химические реагенты.
Это означает, что число измере ний необходимо минимизировать, однако их частота должна быть достаточно высо ой для обнаружения важных изменений в контролируемых параметрах про„другими словами, должен бьггь найден компромисс между затратами па измерен „„и, еной последствий, к которым может привести потеря части информации об и менениях в процессе. На загрузку компьютера влияет не только частота измерений, цо и сложность счетов в промежутках между измерениями. Эта проблема будет рассмотрена бое подробно в следующих главах книги. Сбор данных измерений и обРаботка сигналов Все сипзалы измерений содержат как полезную информацию, так и помехи. Измерения всегда приблизительны из-за ошибок калибровки, неточности датчиков или наличия шума. Сигнал, передающийся от датчика к компьютеру через электрический провод, может быть искажен электромагнитным шумом.
Из повседневного опыта известно, что фильтрация сигналов и извлечение информации являются важными задачами. Если несколько человек за столом начнут говорить, то микрофон будет фиксировать лишь набор звуков, из которого невозможно получить полезную информацию, В то же время человеческое ухо способно "отфильтровать" определенные голоса среди прочих и извлечь требуемую информацию. То же самое нужно делать с измерительной информацией с помощью фильтра. Фильтр в своей основе представляет устройство, обрабатывающее поступающий сигнал и извлекающее из него информацию в соответствии с заданным критерием.
Очевидно, что фильтр должен быть спроектирован таким образом, чтобы он пропускал полезную информацию и блокировал ненужную. Фильтры могут быть выполнены как по аналоговой, так и по цифровой технологии. Обе разновидности фильтров обсуждаются в главе 5. Даже если мы используем точный датчик и передаем сигнал без помех, тем не менее пол чае у аемые данные могут не всегда адекватно представлять интересующие параметры п огесса. Р Р цесса.
Например, измерение уровня жидкости может быть некорректным из-за зыби, а гби, а концентрации — из-за наличия неоднородностей. У ревень сложности системы Уровень слож ожности технического процесса отражается на конфигурации упРавляющего компьюте ютера. Количество датчиков и исполнительных механизмов определяет необхо имое чи д ое число портов ввода/вывода и в целом требует более мощного процессора, большего объема оперативнон и внешнеи памяти и т д Аппаратные средства инте фейса Ра, йсастехни ..кимпроцессом — дат 1ки исполнителю'ыемеханиз чы и сис стемные шины — описаны в главах 4 и 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
