Инструкции по оборудованию / Upravlenie_nasosnoy_perekachivayuschey_stantsiey_Metodichka_1

•Интеграция в системы управления;

•Техническая поддержка;

•Простота разработки и развития;

•Простота обслуживания;

•Стоимость.

Зарубежные SCADA-системы

Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA:

–WinCC (Siemens, Германия);

–InTouch (Wonderware, США);

–RSView32 (Rockwell Automation, США);

–Genesis64 (Iconics, США);

–Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).

Отечественные SCADA-системы

Наиболее популярные отечественные модели SCADA:

–MasterSCADA (ИнСАТ, Москва);

–TRACE MODE (AdAstra, Москва);

–Круг2000 (Круг, Пенза).

Вотличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PCсовместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на Logix других платформах, например, Linux на процессоре с архитектурой ARM.

Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе «Trace Mode» упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.

Встенде используется SCADA Simp Light.

SIMP Light – это интегрированный пакет поддержки АСУТП, предназначенный для визуального представления, моделирования и мониторинга физических и виртуальных устройств, подключенных к компьютеру с целью обеспечения автоматизации или эмуляции технологических процессов.

SIMP Light предоставляет удобный интерфейс для непрерывного сбора первичной информации от устройств нижнего уровня, а также сохраняет данные в форматах, удобных для математической обработки.

SIMP Light позволяет разрабатывать и редактировать мнемосхемы устройств нижнего уровня любой сложности, а также автоматизировать ведение мониторинга аварий и контроля квитирования (выхода значения за установленные пределы) в технологических процессах.

101

Пакет SIMP Light состоит из нескольких взаимодополняющих функциональных модулей:

•Редактор каналов

•Монитор

•Редактор мнемосхем

•Модуль просмотра графиков

•Менеджер проектов

Руководство пользователя данного программного обеспечения приведено в приложении 3.

Рассмотрим создание мнемосхем в Simp Light.

1.Запустите Редактор мнемосхем SIMP Light.

2.Выберите пункт меню Файл → Новый для создания нового пустого проекта мнемосхемы.

Главное окно Редактора мнемосхем выглядит следующим образом (рис. 2):

Рис. 2.

1)Панель графических компонент и их свойств содержит палитру графических компонент, которые можно добавлять к мнемосхеме. Кнопка с двойной стрелкой вниз открывает панель свойств текущей активной компоненты.

2)Окно редактирования вида мнемосхемы. В данной области отображается визуальное представление компонент мнемосхемы. Вид компонент можно настраивать: изменять размер, положение, вид сетки, группировать и выравнивать.

3)Строка состояния координаты относительно сетки, название и размеры текущей активной компоненты.

3. Для создания вашей первой мнемосхемы просто перетащите необходимые графические компоненты из палитры компонент (1) в окно редактирования (3). Для связи с каналом ОРС сервера служат графические компоненты индикаторов. Индикаторы отображают текущее значение канала в режиме реального времени в модуле Монитор SIMP Light. Редактор мнемосхем позволяет настроить представление текущего значения канала в наиболее подходящем для целей проекта виде, например:

102

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией, описанием стенда и приложением 3.

2.Изучить графические средства управления и индикации среды разработки (см. разделы «Компоненты управления» и «Индикаторы»)

3.Создать мнемосхему светофора, управляемого вручную с помощью команд оператора. Ознакомиться с работой проекта в режиме эмуляции

4.Проанализировать результаты, сделать выводы.

103

Лабораторная работа 8. Изучение замкнутой системы поддержания расхода: задание величины расхода в рассматриваемой системе.

Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения расхода до восстановления прежнего уровня

Цель работы: Изучение замкнутой системы поддержания расхода.

Краткая теория: Замкнутые системы автоматического управления

(САУ) отличаются от разомкнутых применяемой аппаратурой и полнотой автоматизации. В разомкнутой САУ задающее устройство (включающая, регулирующая аппаратура) не получает информацию о фактическом режиме работы электроустановки (приводного электродвигателя, рабочей машины).

Взамкнутой САУ информация передается на элементы управления, что сопровождается подачей соответствующих командных сигналов. Цепочка, передающая такую информацию, замыкает контур управления, образуя замкнутую САУ, или САУ с обратными связями.

Различие между замкнутой и разомкнутой САУ можно пояснить па примере регулирования скорости электродвигателя в системе генератор-двигатель (Г- Д). В разомкнутой САУ (рис. 1, а) заданная скорость электродвигателя устанавливается вручную потенциометром П. Контроль скорости осуществляется визуально по тахометру, получающему питание от тахогенератора ТГ. Всякое отклонение скорости от заданной оператор устраняет воздействием на движок потенциометра.

Взамкнутой САУ (рис. 1, б) якорь тахогенератора ТГ включен в цепь обмотки возбуждения генератора ОВГ, создавая замкнутую систему, или систему с обратной связью (в данном случае с обратной связью по скорости).

Рис. 1. Схема регулирования электродвигателя в системе Г- М:

а – разомкнутая САУ, б – замкнутая САУ

Ток, создаваемый тахогенератором (Iтг) в замкнутой цепи, направлен навстречу току потенциометра (Iп), и в цепи действует результирующий ток, равный геометрической разности этих токов. Движком потенциометра оператор устанавливает такое значение результирующего тока в обмотке возбуждения ОВГ, при котором обеспечивается соответствующая скорость электродвигателя. На этом роль оператора заканчивается. В дальнейшем

104

система автоматически с определенной точностью поддерживает заданный режим работы электропривода.

Допустим, что в результате наброса нагрузки скорость электродвигателя уменьшилась по сравнению с заданной. Уменьшение скорости сопровождается соответствующим уменьшением скорости тахогенератора и напряжения на его зажимах. Это в свою очередь вызовет уменьшение тока Iтг в цепи обратной связи и в определенном положении движка потенциометра — увеличение результирующего тока в обмотке возбуждения генератора. Соответственно возрастут напряжение на генераторе и скорость электродвигателя.

Процесс увеличения скорости и напряжения будет продолжаться до тех пор, пока ток в цепи обратной связи не достигнет установленного значения, а скорость электродвигателя – заданной величины.

При анализе систем автоматического управления широко используют функциональные схемы. На рис. 2 показана функциональная схема САУ, которая включает следующие элементы:

1 – задающее устройство, которое задает режим работы, подает командный, начальный импульс или сигнал, 2 – элемент сравнения. В него входит сигнал Х1 от задающего устройства,

сигнал Х0, определяющий норму или уровень контролируемой величины. С учетом сигнала от элемента 9-й главной обратной связи элемент 2 сравнивает поступившие сигналы и посылает дальше скорректированный сигнал Х2, 3 – преобразующий элемент, поступающий в него сигнал он преобразует в

другую форму, более удобную для дальнейшей передачи. Например, сигнал Х2 был дан в форме гидравлического (пневматического, механического) давления. Элемент 3 преобразовал его в электрический ток. Так как подобного рода преобразование может требовать дополнительной энергии, то элемент 3 связан с источником энергии ПЭ, 4 – суммирующий элемент, в него поступают два сигнала: Х3 и Х8 от

корректирующего элемента 8. Эти сигналы суммируются элементом 4 и направляются в следующий элемент, 5 – элемент усиления, входящий сигнал Х1 может быть слабым и для

последующей передачи должен быть усилен. Это делается элементом 5, который связан с источником энергии ПЭ, 6 – исполнительный элемент, выполняет полученный сигнал

(электродвигатель, электромагнитное реле, серводвигатель), 7 – регулируемый объект, или рабочая машина.

Данная система является системой с двумя контурами обратной связи: внешним (с датчиком 9) и внутренним (с датчиком 8).

105

Рис. 2. Функциональная схема САУ

Каждый элемент автоматики — это преобразователь энергии, на вход которого подается величина X', а с выхода снимается величина X". Для каждого элемента в установившемся режиме существует определенная зависимость X" (X') называемая статической характеристикой.

Замкнутая система автоматического управления характеризуется наличием обратных связей, она имеет по крайней мере одну обратную связь, соединяющую выход системы с ее входом. Кроме того, могут быть так называемые внутренние обратные связи, соединяющие выход и вход отдельных элементов САУ.

Обратные связи делятся на жесткие и гибкие. Жесткие связи действуют как в переходном, так и в установившемся режимах работы системы, гибкие— только в переходном. Различают положительные обратные связи и отрицательные. При увеличении регулируемой величины положительная связь еще больше ее увеличивает, а отрицательная, наоборот, уменьшает. Обратные связи могут передавать сигналы, пропорциональные углу поворота, скорости, напряжению, току и т. п. и соответственно называются обратными связями по углу, скорости, напряжению, току.

По принципу действия САУ можно разделить на три группы:

•непрерывного действия, в которых не нарушается связь между контролируемой и заданной величинами,

•импульсного действия, в которых связь между контролируемой и заданной величинами осуществляется через определенные промежутки времени,

•релейного действия, в которых связь осуществляется только тогда, когда заданная величина достигает определенного значения.

Взависимости от закона, по которому изменяется заданная величина во времени, САУ можно разделить также на три группы:

•системы с постоянным или малоизменяющимся значением заданной величины, в которых автоматически регулируемая величина поддерживается постоянной. Это системы стабилизации, которые по существу являются системами автоматического регулирования (САР),

106

•системы, в которых заданная величина изменяется по определенной, заранее установленной программе. Это система программного управления,

•системы, в которых заданная величина может изменяться в широких пределах и по произвольному закону, т. е. следящие системы.

Законы управления будут подробнее рассмотрены в следующей лабораторной работе.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Подготовить стенд к работе (используется левая половина). Открыть краны 1, 4, 6, 8, открыть задвижку Y2.

Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

3.Задать автоматический режим регулирования расхода с помощью клапана Y3 (установить режим работы насоса М1 «частота = const» в положении

«вкл.»).

4.Задать P, I, D коэффициенты регулятора ПИД Y3, задать частоту М1. Задать уставку расхода. Нажмите кнопку «старт» автоматического управления.

Примечание. Рекомендуемые коэффициенты P, I, D приведены в приложении 13, однако учащимся рекомендуется установить коэффициенты самостоятельно.

5. Дать поработать системе и через некоторое время закрыть задвижку Y2.

6. Через некоторое время открыть задвижку Y2. Ознакомиться с графиком расхода жидкости (рекомендуется использовать инструмент «тренды»

SCADA Simp Light).

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического управления.

8.Повторить пункты 4-7 для разных значений коэффициентов P, I, D.

9.Проанализировать результаты, сделать выводы.

107

Лабораторная работа 9. Изучение замкнутой системы регулирования расхода при изменении закона управления. Пропорциональное, пропорционально-интегральное и пропорционально-интегрально- дифференциальные законы управления.

Цель работы: Знакомство с законами управления; изучение замкнутой системы регулирования расхода при изменении закона управления.

Краткая теория: Системой автоматического регулирования называют такую систему, которая может поддерживать неизменное значение заданной характеристики технологического процесса (скорости движения, температуры, влажности, положения в пространстве и проч.) или изменять его по определенной программе без участия человека, то есть автоматически. Обеспечение заданных характеристик технологического процесса в некотором объекте обеспечивается путем регулирования его состояния.

Обобщенная структура системы автоматического регулирования замкнутого типа представлена на рисунке 1. Она представляет собой взаимодействующие объект регулирования (сокращенно ОР) и автоматический регулятор (Р).

Рис. 1.

При экспериментальном исследовании характеристик объектов управления на реальных технологических установках стремятся по возможности пользоваться методом активного эксперимента, сущность которого заключается в приложении ко входу предпочитаемой формы сигнала (например, единичное ступенчатое воздействие, гармоническое или импульс). Получаемые при этом результаты легче обрабатываются и итоговые данные имеют высокую достоверность. Если ко входу прилагают ступенчатое воздействие, то на выходе получают функцию (рис. 1), которую в графическом изображении называют кривой разгона или переходной характеристикой.

108

Рис. 2

Взависимости от того, обладает объект регулирования свойством самовыравнивания (способностью самостоятельно приходить в состояние равновесия) или нет, его переходная характеристика имеет разный вид. На рисунке 2 приведены графики объектов (б) с самовыравниванием и (а) – без самовыравнивания.

Как видно из графика 2б значение выходного сигнала объекта с самовыравниванием с течением времени стремится к одному значению (следовательно, объект приходит в равновесие), тогда как у объекта без самовыравнивания сигнал с течением времени непрерывно изменяется. Объект с самовыравниванием в общем случае легче регулируется, чем объект без самовыравнивания, и регулятор для объекта с самовыравниванием необходим, в первую очередь, для ускорения процесса регулирования. Объект без самовыравнивания без участия регулятора вообще не способен приходить

вравновесие, так как он неустойчив.

Взависимости от вида переходной характеристики объекта регулирования выбирают его математическую модель. Математическая модель представляет собой совокупность типовых динамических звеньев, отражающую в целом характер объекта регулирования.

Математическая модель объекта с самовыравниванием имеет вид:

∙ −

( ) = ∙ + 1

Такой объект регулирования представляется последовательным соединением инерционного звена и звена чистого транспортного запаздывания (см. рис. 3).

Рис. 3 Инерционное звено моделирует изменение амплитуды пропускаемого

сигнала и инерцию объекта при изменении его состояния, а звено чистого транспортного запаздывания – замедление отклика на внешние воздействия.

График переходной характеристики такой модели схож с переходной характеристикой реального объекта и имеет вид, представленный на рис. 4.

109

Рис. 4. Переходная характеристика модели ОР с самовыравниванием (Красным сплошным – область характеристики, формируемая звеном чистого транспортного запаздывания, зеленым пунктиром с точкой - область характеристики, формируемая инерционным звеном)

Математическая модель объекта без самовыравнивания имеет вид:

Данный объект регулирования представляется последовательным соединением интегрирующего звена и звена чистого транспортного запаздывания (см. рис. 5).

Рис. 5.

Интегрирующее звено моделирует постоянно возрастающий сигнал, а звено чистого транспортного запаздывания – замедление отклика.

Переходная характеристика данной модели представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Переходная характеристика модели ОР без самовыравнивания (Красным сплошным – область характеристики, формируемая звеном чистого транспортного запаздывания, зеленым пунктиром с точкой - область характеристики, формируемая интегрирующим звеном)

После выбора модели объекта регулирования требуется определить конструктивные параметры составляющих его звеньев.

Для объекта регулирования, описываемого моделью на рис. 3. требуется оценить параметры:

110