Б -1

\ Понятие об иерархической структуре АСУ ТП. Иерархия уровней комплексных АСУ ТП.

Группы задач, каждая из которых характеризуется соответствующими требованиями по времени реакции на события, происходящие в управляемом процессе:

задачи сбора данных с объекта управления и прямого цифрового управления (время реакции, секунды, доли секунды);

задачи экстремального управления, связанные с расчётами желаемых параметров управляемого процесса и требуемых значений уставок регуляторов, с логическими задачами пуска и остановки агрегатов и др. (время реакции — секунды, минуты);

задачи оптимизации и адаптивного управления процессами, технико-экономические задачи (время реакции — несколько секунд);

информационные задачи для административного управления, задачи диспетчеризации и координации в масштабах цеха, предприятия, задачи планирования и др. (время реакции — часы).

Очевидно, что иерархия задач управления приводит к необходимости создания иерархической системы средств управления.

Кроме того, многие производственные системы имеют собственную иерархию, возникающую под влиянием объективных тенденций научно-технического прогресса, концентрации и специализации производства, способствующих повышению эффективности общественного производства. Чаще всего иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем выстраивается иерархическая пирамида управления. Управляемые процессы в сложном объекте управления требуют своевременного формирования правильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принимались бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления. Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.

Комплексная АСУ ТП

Под комплексной АСУ ТП подстанции понимается распределенная иерархическая система, работающая в темпе протекания технологического процесса. Система интегрирует в себя информацию со всех смежных подстанционных систем, таких, как РЗА (релейная защита и автоматика), ПА (противоаварийная автоматика), АИИС КУЭ (Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии), система контроля, мониторинга и управления основным оборудованием, ОМП (определения места повреждения), РАС (регистрации аварийных событий) и передает данную информацию на верхние уровни иерархии управления режимами и эксплуатацией электрических сетей. АСУ ТП обеспечивает возможность управления объектами без постоянного присутствия оперативного персонала.

Структура АСУ ТП

Комплекс технических средств АСУ ТП подстанции, как правило, имеет трехуровневую структуру, включающую в себя нижний (полевой), средний и верхний уровни.

К нижнему (полевому) уровню относятся устройства, непосредственно связанные с объектом управления. С их помощью обеспечивается сбор информации и выдача команд управления, необходимых для функционирования системы. К программно-техническим средствам нижнего уровня относится набор локальных микропроцессорных устройств (контроллеров), в том числе устройства измерения, сигнализации и управления, подключаемые к промышленным сетям передачи данных. К полевому уровню относятся также микропроцессорные устройства смежных подсистем, в том числе РЗА, ПА, системы мониторинга и диагностики основного электротехнического оборудования, АИИС КУЭ, системы регистрации аварийных событий.

Средний уровень образуют устройства, выполняющие функции сбора, обработки и концентрации информации для передачи ее на верхний уровень и в удаленные центры управления. На данном уровне осуществляется интеграция смежных подстанционных систем.

К верхнему уровню относятся серверы, автоматизированные рабочие места персонала и средства локальной вычислительной сети, осуществляющие хранение, представление и передачу информации.

Б – 3

Алгоритмы регулирования. Понятие о пид-законе регулирования.

Пропорциональная составляющая

Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной равен нулю.

Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал (мощность нагревателя) постепенно уменьшается при приближении температуры к заданной, и система стабилизируется при мощности равной тепловым потерям. Температура не может достичь заданного значения, так как в этом случае мощность нагревателя станет равна нулю, и он начнёт остывать.

Чем больше коэффициент пропорциональности между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления, при наличии задержек в системе, могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.

Интегральная составляющая

Интегральная составляющая пропорциональна интегралу от отклонения регулируемой величины. Её используют для устранения статической ошибки. Она позволяет регулятору со временем учесть статическую ошибку.

Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая. Тем не менее, интегральная составляющая также может приводить к автоколебаниям.

Дифференциальная составляющая

Дифференциальная составляющая пропорциональна темпу изменения отклонения регулируемой величины и предназначена для противодействия отклонениям от целевого значения, которые прогнозируются в будущем. Отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему.

ПИД-регулятор предназначен для стабилизации заданного параметра в контуре автоматического управления с пропорционально-интегрально-дифференциальным законом регулирования. При этом стабилизируемый параметр контролируется датчиком, выходной сигнал которого подается на вход обратной связи блока, а стабилизация указанного параметра вблизи предварительно заданного или динамически изменяемого значения выполняется выходным сигналом регулятора с использованием ряда его дополнительных параметров.

ПИД является одним из наиболее широко распространенных законов регулирования. Он позволяет подстраивать управляющее воздействие в соответствии с заданными постоянными времени в зависимости от динамики управляемого процесса. Указанная возможность обеспечивает столь широкое признание, которое получил пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования. Регулирование осуществляется путем минимизации значения рассогласования (ошибки), получаемого путем вычитания сигнала обратной связи из уставки (значения стабилизации). ПИД-регулятор является одним из наиболее эффективных типов регуляторов.

Для позиционных регуляторов процесс регулирования представляет собой колебания вокруг заданной точки. Естественно это связано с «релейной» статической характеристикой Y(U-X).