1.2 Особливості побудови систем керування періодичними технологічними процесами

Найбільше часто, як відзначалося вище, розглянуті технологічні процеси реалізуються в апаратурі періодичної дії. При розробці АСУ комплексом такої апаратури виникає необхідність рішення задач автоматизованого керування окремим АПД і узгодження роботи комплексу АПД із роботою іншого безупинно діючого устаткування.

Задачі керування комплексом АПД розглянуті нижче. Зупинимося на методиці рішення задач, що виникають при розробці систем автоматизованого керування окремим АПД, виділяючи наступні основні етапи: вибір критерію керування і формулювання мети керування; розробка математичної моделі АПД; вибір структури системи керування; синтез алгоритмів керування; технічна реалізація системи керування.

Вибір критерію керування АПД здійснюють на основі аналізу критерію керування комплексом АПД і узагальнених економічних показників виробництва. Як критерій керування такими апаратами може бути використаний один з наступних показників: тривалість циклу (τ_ц); кількість одержуваного за цикл (b_ц), за одиницю часу (b_ц/τ_ц) продукту чи напівпродукту; питома витрата сировини чи енергії за цикл γ_ц = g_ц (де g_ц— кількість сировини або енергії, яка витрачена за цикл), або питомий вихід продукту чи напівпродукту за цикл β = 1/γ_ц= b_ц/g_ц; відхилення величини, що характеризує якість одержуваного наприкінці циклу продукту чи напівпродукту, від її номінального значення.

Мета керування (при використанні одного з перерахованих показників як критерій керування) звичайно формується таким чином, щоб максимальне (мінімальне) його значення приводило до максимізації технологічної складової прибутку.

Розробка математичної моделі АПД. Ця модель має логіко-динамічну структуру, тому що такі апарати можуть бути віднесені до складних систем, для опису яких необхідно використовувати аналітичні і логічні залежності. Логічна частина моделі включає логічні умови, що визначають стан об'єкта і зовнішні впливи, наявність яких створює умови для переходу від однієї операції циклу до іншої, і команди (мікро команди), під дією яких цей перехід здійснюється. Динамічна частина моделі описує реакцію інерційного об'єкта на команди (мікро команди), що надходять на початку операції, і впливи, що збурюють. Для АПД нестаціонарний режим є природним технологічним режимом у відмінності від АПД, для яких характерний квазістаціонарний режим, що складається з ряду аналогічних періодично повторюваних незавершених перехідних процесів.

Особливістю динамічних моделей АПД є їхня не лінійність і не стаціонарність. Ці властивості зв'язані насамперед з тим, що перехід від однієї стадії циклу до іншої може викликати не тільки зміну коефіцієнтів диференціальних рівнянь моделі, але і зміна її структури (модель з перемінною структурою). Причому кінцеві умови попередньої стадії завжди є початковими для наступної.

Нестаціонарність динамічної моделі АПД може бути також обумовлена зміною їхніх властивостей від циклу до циклу.

Таким чином, у залежності від тимчасового інтервалу, на якому зважується задача керування АПД, його математична модель, будучи моделлю з перемінною структурою, може враховувати внутрістадійну, внутріциклову і міжциклові не стаціонарності і не лінійності.

У деяких випадках для лінеаризації нелінійних моделей АПД, якщо їхня не лінійність має внутрістадійний характер, можна використовувати окремий математичний опис кожної операції робочої стадії.

Вибір структури системи керування АПД обумовлений тією обставиною, що в загальному випадку така система складається з логічної і динамічної підсистем. Логічна підсистема реалізує алгоритм керування, яким фактично є логічна частина моделі. Динамічна підсистема забезпечує керування технологічним процесом у період операції чи стадії, найчастіше робочої.

Вибір структури системи керування визначається сформульованою метою керування, класифікаційними ознаками АПД як об'єкта керування, наявністю необхідних технічних засобів і насамперед вимірювальних перетворювачів для одержання інформації про значення керованих величин.

Так, при відсутності зазначених перетворювачів, система автоматизованого керування апаратом, що не має підживлення, може будуватися без динамічної підсистеми. У тих же випадках, але для апаратів з підживленням, динамічна підсистема проектується незамкнутою з програмним керуванням витратами компонентів підживлення, а при наявності приладів для виміру керованих величин — із програмним керуванням значеннями основних керованих величин.

Синтез алгоритмів керування АПД містить у собі синтез алгоритмів логічного і динамічного керування. Синтез алгоритму логічного керування здійснюється шляхом переходу від логічної частини моделі до логічної структури системи керування. Число алгоритмів динамічного керування визначається числом стадій, на яких приходиться вирішувати задачу динамічного керування. Результатом рішення останньої найчастіше є програма зміни змінних у функції чи часу інших змінних. Можливо кілька способів побудови таких програм. У найбільш простому випадку синтез програми зводиться до відтворення вимог технологічного регламенту, що жорстко задає функцію переходу і, отже, траєкторію руху об'єкта керування з початкового в кінцевий стан. Якщо технологічний регламент не визначає цю траєкторію, а тільки накладає обмеження на характер зміни змінних, то можливі два переходи до синтезу програми. Перший — у результаті рішення задачі оптимального керування, другий — евристичними методами з використанням досвіду кращих операторів АПД.

Можливий і інший підхід, коли при наявності обмежень, що накладаються на значення рушійної сили процесу, алгоритм оптимального керування реалізується за допомогою не лінійності релейного типу і прогнозуючої фізичної моделі .

Технічна реалізація системи керування повинна забезпечити реалізацію синтезованих алгоритмів керування при найкращих показниках ефективності функціонування системи. На цьому етапі можлива мінімізація логічної структури системи керування відомими методами. При виборі елементної бази необхідні також порівняльні розрахунки, що визначають ефективність експлуатації системи при різних варіантах її апаратурної реалізації з погляду надійності й економічної ефективності.

Розвиток систем автоматизованого керування АПД йде від застосування релейно-контактних схем програмного керування і програмних регуляторів до створення систем керування за допомогою пневматичної агрегатно-модульної системи засобів циклічної автоматики ЦИКЛ, комплексу пневматичних засобів ЦЕНТР — ЛОГІКА мікро-УВК на ВІСах. В останніх випадках система автоматизованого керування АПД розглядається як УВК локальної підсистеми ієрархічної АСУ ТП, що має двосторонній зв'язок з координуючим УВК мікропроцесорні пристрої, керуючі ЕОМ.