 |
Практическая работа № 1 – Разработка технического задания для проектирования адаптивной системы управления
|
|
|
|
Практическая работа № 1 – Разработка технического задания для проектирования адаптивной системы управления
Цель работы: Получить базовые навыки разработки технического задания на проектирование адаптивной АСУ ТП.
Методические указания к выполнению работы
Адаптивные системы – системы, у которых управляющие параметры или алгоритмы управления адаптируются к возмущающим воздействиям с целью оптимального управления системой. В условиях, когда другие системы с заранее заданными входными параметрами и структурой не могут обеспечить требуемое управляющее воздействие из-за изменения динамических характеристик объекта управления, применяются адаптивные системы.
По способу управления адаптивные системы подразделяются на:
-самонастраивающиеся системы
-самоорганизующиеся системы
-самообучающиеся системы
Самонастраивающиеся системы – системы, желаемое управляющее воздействие которых достигается изменением параметров управляющего устройства в зависимости от данных о внешнем возмущении, данных об изменении динамических характеристик объекта управления в процессе управления.
Рис. Структурная схема самонастраивающейся системы управления
УУ – управляющее устройство, ОУ – объект управления,
ДО – датчик отклонений
Датчик отклонений (ДО) вырабатывает сигнал, позволяющий определить изменение параметров соответствующего звена или внешнего возмущения и в соответствии с этим оптимизировать управляющее воздействие.
Экстремальные системы применяются для автоматического поиска экстремума управляемого параметра, и, в зависимости от изменения его положения, автоматически меняющие алгоритм действий.
|
|
|
Приспосабливающиеся системы в большинстве случаев являются оптимальными системами, т. к. в процессе работы находятся в автоматическом поиске оптимальных параметров. Существуют пассивные и активные методы адаптации систем.
При пассивном методе адаптации взаимосвязанность звеньев системы и ее настроек с меняющимися внешними возмущениями задается на основе аксиоматических данных и существующего опыта. В случае, если объект нестационарен и известны закономерности изменения величин его параметров, то возможно применение указанного метода.
Активный метод адаптации применяется в случае изменения параметров объекта по неустановленной закономерности, в виде изменения звеньев и их настроек в зависимости от текущих данных, поступающих в процессе управления.
В зависимости от применяемого метода адаптации самонастраивающиеся системы управления подразделяются на поисковые и беспоисковые.
Поисковые системы вносят пробное изменение в параметры управляющего устройства, контролируя при этом отклик системы на данное изменение. При улучшении управляющих параметров системы, система продолжает изменение параметров управляющего устройства в том же направлении, при ухудшении качества управления, система меняет направление изменения параметров.
Беспоисковые системы регулируют управляющие параметры на основе сравнения параметров заданной эталонной модели и фактических выходных параметров.
Самоорганизующиеся системы – системы, в которых изменяются управляющие параметры, структура системы (могут включаться дополнительные звенья) и могут изменятся параметры звеньев системы.
Самообучающиеся системы – системы, у которых могут изменяться управляющие параметры, структура и параметры самой системы, кроме того, данные системы способны улучшать качество управления на основании ранее полученного опыта, т. е. запоминать и изменять алгоритм своей работы в направлении улучшения качества.
|
|
|
Рис. 16. Структурная схема беспоисковой системы.
УУ – управляющее устройство, ОУ – объект управления,
ЭМ – эталонная модель, АУМ – анализатор качества управления эталонной
Модели, АОК - анализатор основного контура системы,
СИУ – самонастраивающееся исполнительное устройство
По своим параметрам системы могут подразделяться на стационарные и нестационарные.
Принадлежность источника энергии, создающего управляющие воздействия, характеризует системы прямого и непрямого действия. В системах прямого действия объект управления использует свою энергию, в системах непрямого действия – энергию из другого источника.
Для определения принципов построения системы, разработки новых принципов, структур и технических средств, удовлетворяющих техническому заданию, выполняется инженерный анализ.
Инженерный анализ начинается с характеристики производственного процесса как объекта автоматизации. Значительное место в инженерном анализе занимают моделирование производственных процессов и оптимизация их систем управления.
Производственные процессы рассматривают как последовательную смену состояний технологических операций во времени, определяемую входными и выходными переменными.
Для химико-технологических процессов входными переменными (факторами) являются физические параметры входных потоков сырья или исходных продуктов, а также параметры различных физико-химических воздействий окружающей среды (температура, давление, влажность и т. п. ). Выходными переменными служат физические параметры химических продуктов. Эти параметры подразделяются на параметры состояния (массовый расход, концентрация компонентов, температура и т. д. ) и параметры свойств потоков (теплоемкость, плотность, вязкость и т. п. ).
Различают также конструкционные параметры, определяемые технологическим оборудованием (машины, аппараты), и технологические параметры (температура, влажность, условия перемещения потоков компонентов), которые влияют на скорость технологических процессов, выход и качество готовых продуктов.
|
|
|
Важное значение для производственного процесса, как объекта автоматизации, имеют текущие величины технико-экономических показателей – удельные расходы сырья и энергии на единицу продукции, себестоимость получаемого продукта и др.
Возмущающими воздействиями для производственного процесса служат: неуправляемые нарушения технологического режима (изменение расхода, состава или энергетического состояния исходных материалов, отказы оборудования, изменение его характеристик и т. д. ); оперативные воздействия на изменение условий работы (изменения нагрузки), которые характеризуются контролируемыми возмущениями
Исследование производственных процессов как объектов автоматизации связывают с задачами анализа и синтеза. Задача анализа связана с изучением свойств и эффективности функционирования производственного процесса в зависимости от структуры технологических связей, от значений конструкционных и технологических параметров. Цель анализа состоит в том, чтобы математически связать характеристики состояния производственного процесса (значения выходных переменных) с параметрами и характеристиками состояния его элементов в зависимости от структуры технологических связей между элементами производственного процесса.
Задача синтеза связана с выбором структуры и параметров производственного процесса в зависимости от требуемых свойств процесса и показателей его эффективности (максимальная производительность, степень превращения сырья в готовый продукт, наилучшее качество продукта при заданной производительности, минимум времени окупаемости капитальных затрат, минимум себестоимости получаемого продукта).
Для управления объектами, параметры которых и действующие возмущения практически не изменяются в процессе работы или их изменения заранее известны, применяются автоматические системы с неизменяемыми характеристиками и алгоритмом управления (системы стабилизации и программного управления). Если характеристики объектов управления неизвестны или трудно определить, и действующие возмущения изменяются существенно и заранее неизвестным образом, то для управления проектируются адаптивные системы, алгоритм управления которых автоматически изменяется целенаправленным образом. Если в системах изменяются только параметры управляющего устройства без изменения его структуры, то такие системы относятся к классу самонастраивающихся (экстремальные автоматические системы). Если целенаправленно изменяются параметры и структура управляющего устройства, то системы относятся к классу самоорганизующихся (системы управления переменной структуры). При изменении параметров, структуры и алгоритма управления, системы относятся к классу самообучающихся (замкнутые дискретные системы, реализующие сложный многошаговый процесс с использованием управляющей ЭВМ).
|
|
|
Решения по комплексному автоматизированному управлению технологическими процессами зависят от свойств объекта управления и функций, реализуемых управляющей частью системы.
Существенным классификационным признаком технологического процесса как объекта управления является число контролируемых и управляемых параметров в соответствии со степенью сложности производственного процесса.
При описании требований в общем виде к АСУ необходимо дать характеристику следующим основным данным:
- назначение системы; условия эксплуатации системы (общий срок службы, продолжительность непрерывной работы, режимы эксплуатации);
- окружающие объективные условия эксплуатации (температура, влажность, давление, вибрации, ускорения, радиационные и биологические воздействия, условия транспортировки и хранения);
- условия обслуживания и ремонта;
- требования к точности и стабильности выходных параметров относительно заданных значений и допустимые отклонения;
- требования к надежности работы, к габаритам, массе и компоновке;
- другие данные, определяемые особенностями системы, спецификой эксплуатации, особыми условиями производства.
Техническое задание на проектирование системы автоматизации технологического процесса должно содержать следующие данные и материалы:
- наименование предприятия и перечень цехов, агрегатов, установок, охватываемых проектом автоматизации, с указанием особых условий, например, класс взрыво- и пожароопасных помещений, категории взрывопасных смесей, наличие агрессивной, влажной, запыленной окружающей среды;
- технологические схемы с характеристиками автоматизируемого оборудования;
- перечень задач автоматизации и требования к надежности систем автоматизации;
|
|
|
- перечень контролируемых и регулируемых величин с необходимыми характеристиками и данными;
- рекомендации по централизации управления технологическими процессами, предложения по структуре управления;
- перечень изыскательских, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по системам автоматизации и разработке новых технических средств автоматизации;
- планируемый уровень капитальных затрат на создание систем автоматизации.
Пример - Техническое задание на разработку АСУТП ( Курсивом выделен возможный вариант ТЗ).
На этой стадии производится формализация и утверждение требований к системе, что во многом определяет конечный результат. Документ полностью должен соответствовать ГОСТ 34. 602-89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы». Ниже приведен пример содержания этого документа. Курсивом выделен возможный вариант ТЗ.
|
|
|
