Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование технологических контроллеров в среде Unity. Учебное пособие.pdf
111
В промышленности широкое распространение получили линейные
д
и
0
1 ()
() () () .
t
de t
Ut Ket etdt T
T dt
U(t)
e(t)
K
V(t)
ОУ
и
1
T
д
d
T
dt
y(t)
типовые регуляторы, к которым относятся пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД)-регулятор и его модификации: П-,
ПИ-, И-, ПД-регуляторы [15].
Метод пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)
регулирования. Уравнение непрерывного ПИД-регулятора имеет сле-
дующий вид:
Здесь e(t) – ошибка регулирования; K – коэффициент пропорциональной составляющей; T
T
– постоянная времени дифференцирования.
д
– постоянная времени интегрирования;
и
Функциональная схема замкнутой системы с ПИД-регулятором в
прямом канале представлена на рис. 6.20.
Рис. 6.20. Функциональная схема замкнутой системы
с ПИД-регулятором
Каждая из компонент ПИД-регулятора выполняет свою роль:
П: увеличение коэффициента K (уменьшает ошибку воспроизведения входа, но при этом ухудшает запас устойчивости);
И: накопление и подавление статической ошибки (чем меньше T
тем быстрее интегральная составляющая парирует ошибку);
Д: улучшение динамических свойств (вида переходной характеристики) системы.
Характер закона регулирования может оставаться неизменным для
довольно широкого круга различных по своей физической природе и
динамическим свойствам объектов. Однако численные значения коэф-
,
и
112
фициентов ПИД-регулятора необходимо подбирать строго индивиду-
() () ().
pd
Ut K yt K yt
()yt
d
K
ОУ
)t(y
)t(y
)t(U
)t(V
p
1
p
K
U(t)
V(t)
()yt
y(t)
Kd
Kp
1
p
ально для каждого объекта.
На практике для управления достаточно широким классом объектов получили распространение ПД-регуляторы в обратном канале.
Уравнение такого регулятора имеет вид
Здесь y(t) – выходная переменная;
ходной переменной; K
щей; K
– коэффициент дифференциальной составляющей.
d
– коэффициент пропорциональной составляю-
p
– скорость изменения вы-
Функциональная схема замкнутой системы с таким регулятором
представлена на рис. 6.21.
Рис. 6.21. Функциональная схема замкнутой системы
с ПД-регулятором в обратном канале
Большинство современных систем программирования технологических контроллеров, в том числе и система программирования Unity
Pro, предлагают готовые функциональные блоки, реализующие дискретные алгоритмы ПИД-регулирования, полученные различными
способами [13, 14]. К примеру, при использовании интегрирования по
методу прямоугольников дискретный алгоритм управления принимает
вид [15]
1
k
() () () () ( 1) ,
Uk K ek ei ek ek
где k – дискретный момент времени; e(k) – ошибка регулирования на
T
TT
и
0
i
T
д
текущем такте; e(k – 1) – ошибка регулирования на предыдущем такте;
113
K – общий коэффициент усиления регулятора; Tи – постоянная време-
TT
ни интегрирования; T
– постоянная времени дифференцирования;
д
T – шаг дискретизации.
Если интегрирование осуществляется более точным методом трапеций, дискретный алгоритм управления имеет следующий вид [15]:
1
k
i
1
T
д
T e ek
(0) ( )
Uk K ek ei ek ek
() () () () ( 1) .
2
и
6.2. Разработка систем автоматического регулирования
в пакете Unity Pro
Библиотека функциональных блоков для разработки систем автоматического регулирования в пакете Unity Pro насчитывает свыше
80 блоков FFB. Они разбиты на несколько групп.
В группе базовой библиотеки Base Lib в разделе CLC_INT находятся три функции, позволяющие осуществлять регулирование с целыми числами.
В группе Obsolet Lib в двух разделах (CLC и CLC_PRO) содержится 35 алгоритмов.
В группе CONT_CTL для управления непрерывными процессами
насчитывается 45 алгоритмов в шести разделах: Conditioning – для обработки данных измерений и других цифровых сигналов; Controller –
для регулирования и автонастройки, Mathematics – специализированные арифметические функции, ориентированные на применение в контуре регулирования; Measurement – для измерений; Output processing –
для управления различными типами исполнительных механизмов;
Setpoint management – для формирования сигналов задания.
6.3. Библиотека для управления аналоговым вводом/выводом
6.3.1. Управление вводом/выводом аналоговых сигналов
(IO Management)
Библиотека управления аналоговым вводом/выводом при использовании контроллера Quantum содержит разделы Analog I/O
Configuration, Analog I/O Scaling, Immediate I/O и Quantum I/O
Configuration.
114
Библиотека Explicit Exchange применяется для конфигурирования
аналоговых сигналов ввода/вывода при использовании контроллера
Premium.
Библиотека IO Management содержит блоки FFB, которые в своем
большинстве являются модульно-независимыми. Изменение прямых
адресов входных/выходных параметров автоматически обновляется
блоками аналогового ввода/вывода.
Обработку аналоговых вводов/выводов в контроллере Quantum рекомендуется разделить как минимум на две секции: секцию настроек и
секцию масштабирования.
Секция настроек используется для конфигурации модулей ввода/вывода и контроля обмена данными между аналоговыми блоками
FFB и оперативной памятью состояния (State RAM).
Секция масштабирования применяется для обработки аналоговых
значений.
Разделение на секцию настроек и масштабирующие секции уменьшает нагрузку процессора. Секция настроек выполняется только один
раз, сразу после загрузки. Управление секцией настроек реализуется
посредством EN-входов каждого FFB-блока секции, на которые поступает безадресная переменная, устанавливаемая в «1» после первого
сканирования.
6.3.2. Блоки настройки конфигурации
Настройка аналоговых модулей ввода/вывода проводится с использованием блоков FFB, входящих в раздел Quantum I/O Configuration
библиотеки I/O Management. Библиотека включает в себя следующие
блоки:
• ACI030: Блок конфигурации модуля ACI 030 00;
• ACI040: Блок конфигурации модуля ACI 040 00;
• AC0020: Блок конфигурации модуля AC0 020 00;
• AC0130: Блок конфигурации модуля AC0 130 00;
• ALL330: Блок конфигурации модуля ALL 330;
• ALL33010: Блок конфигурации модуля ALL 33010;
• AMM090: Блок конфигурации модуля AMM 090;
• ARI030: Блок конфигурации модуля ARI 030;
• ATI030: Блок конфигурации модуля ATI 030 00;
• AVI030: Блок конфигурации модуля AVI 030 00;
• AVO020: Блок конфигурации модуля AVO 020 00;
115
• DROP: Блок конфигурации модулей удаленного ввода / вывода;
INT
ACI030
SLOT
CHANNEL1
ANL_IN
• QUANTUM: Блок конфигурации главного модуля;
• XBP: Блок конфигурации расширителя объединенной платы.
Рассмотрим подробно некоторые функциональные блоки данной
библиотеки.
Краткое описание
Функциональный блок используется для редактирования данных
конфигурации модуля Quantum ACI 030 00 и дальнейшего использования блоками масштабирования.
Модуль имеет восемь однополярных входных каналов для совместной обработки напряжений и токов.
Для конфигурирования ACI 030 00 функциональный блок соединяется в секции конфигурирования с соответствующим выходом SLOT
функциональных блоков QUANTUM или DROP. 3х-адреса, заданные в
карте ввода/вывода, автоматически назначаются отдельным каналам,
следовательно, допускается назначение только ранее не назначенных
переменных.
Аналоговые значения в дальнейшем могут быть обработаны с помощью блоков I_NORM, I_PHYS, I_RAW, I_SCALE библиотеки Ana-
log I/O Scaling.
Представление
• Символическое
6.3.2.1. Блок конфигурации модуля ACI 030 00 (ACI030)
CHANNEL2
CHANNEL3
CHANNEL4
CHANNEL5
CHANNEL6
CHANNEL7
CHANNEL8
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
116
• Параметрическое
Параметр
Тип данных
Значение
CHANNEL2
ANL_IN
Канал 2
CHANNEL4
ANL_IN
Канал 4
CHANNEL5
ANL_IN
Канал 5
CHANNEL7
ANL_IN
Канал 7
SLOT INT Слот модуля
CHANNEL1 ANL_IN Канал 1
CHANNEL3 ANL_IN Канал 3
CHANNEL6 ANL_IN Канал 6
CHANNEL8 ANL_IN Канал 8
Ошибки функционирования
Если с определенным входом SLOT сконфигурирован не модуль
ACI 030 00, появится сообщение об ошибке.
Сообщение «Разомкнутый цикл или перенапряжение в канале»
может быть просмотрено в регистре состояния, определенном в карте
ввода/вывода.
6.3.2.2. Блок конфигурации модуля AC0 020 00
Краткое описание
Функциональный блок используется для редактирования данных
конфигурации модуля Quantum ACO 020 00 и дальнейшего использования блоками масштабирования.
Модуль имеет четыре выходных канала для обработки токов в диапазоне 4…20 мА.
Для конфигурирования ACO 020 00 функциональный блок соединяется в секции конфигурирования с соответствующим выходом SLOT
функциональных блоков QUANTUM или DROP. 4х-адреса, заданные в
карте ввода/вывода или в информации состояния (если сконфигурирована), автоматически назначаются отдельным каналам, следовательно,
допускается назначение только ранее не назначенных переменных.
Аналоговые значения в дальнейшем могут быть обработаны с помощью блоков O_NORM, O_RAW, O_SCALE библиотеки Analog I/O
Scaling.
117
Представление
AC0020
SLOT
CHANNEL1
CHANNEL4
ANL_OUT
ANL_OUT
INT
• Символическое
CHANNEL2
CHANNEL3
ANL_OUT
ANL_OUT
• Параметрическое
Параметр Тип данных Значение
SLOT INT Слот модуля
CHANNEL1 ANL_OUT Канал 1
CHANNEL2 ANL_OUT Канал 2
CHANNEL3 ANL_OUT Канал 3
CHANNEL4 ANL_OUT Канал 4
Ошибки функционирования
Если c определенным входом SLOT сконфигурирован не модуль
ACO 020 00, появится сообщение об ошибке.
Сообщение «Разомкнутый цикл в канал» может быть просмотрено
в регистре состояния, определенном в карте ввода/вывода.
конфигурации модуля Quantum ATI 030 00 и дальнейшего использования блоками масштабирования.
ется в секции конфигурирования с соответствующим выходом SLOT
функциональных блоков QUANTUM или DROP. 3х-адреса, заданные в
карте ввода/вывода, автоматически назначаются отдельным каналам,
6.3.2.3. Блок конфигурации модуля ATI 030 00
Краткое описание
Функциональный блок используется для редактирования данных
Модуль имеет восемь входных каналов-термопар.
Для конфигурирования ATI 030 00 функциональный блок соединя-
118
следовательно, допускается назначение только ранее не назначенных
ATI030
SLOT
CHANNEL1
INTERNAL
ANL_IN
ANL_IN
переменных.
Аналоговые значения в дальнейшем могут быть обработаны с по-
мощью блоков I_NORM, I_NORM_WARN, I_PHYS, I_PHYS_WARN,
I_RAW, I_SCALE, I_SCALE_WARN библиотеки Analog I/O Scaling.
Представление
• Символическое
CHANNEL2
CHANNEL3
CHANNEL4
CHANNEL5
CHANNEL6
CHANNEL7
CHANNEL8
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
• Параметрическое
Параметр Тип данных Значение
SLOT INT Слот модуля
CHANNEL1 ANL_IN Канал 1
CHANNEL2 ANL_IN Канал 2
CHANNEL3 ANL_IN Канал 3
CHANNEL4 ANL_IN Канал 4
CHANNEL5 ANL_IN Канал 5
CHANNEL6 ANL_IN Канал 6
CHANNEL7 ANL_IN Канал 7
CHANNEL8 ANL_IN Канал 8
INTERNAL ANL_IN Температура модуля
119
Ошибки функционирования
ARI030
SLOT
CHANNEL1
ANL_IN
ANL IN
INT
Если c определенным входом SLOT сконфигурирован не модуль
ATI 030 00, появится сообщение об ошибке.
Предупреждение о превышении допустимого диапазона для кана-
лов может быть получено при использовании функциональных блоков
I_NORM_WARN, I_PHYS_WARN, I_SCALE_WARN библиотеки Ana-
log I/O Scaling.
Сообщение «Превышение диапазона в канале» может быть про-
смотрено в регистре состояния, определенном в карте ввода/вывода.
6.3.2.4. Блок конфигурации модуля ARI 030 00
Краткое описание
Функциональный блок используется для редактирования данных
конфигурации модуля Quantum ARI 030 00 и дальнейшего использования блоками масштабирования.
Модуль имеет восемь входных каналов-терморезисторных датчиков
температуры (RTD) для обработки четырехпроводных RTD-датчиков.
Для конфигурирования ARI 030 00 функциональный блок соединя-
ется в секции конфигурирования с соответствующим выходом SLOT
функциональных блоков QUANTUM или DROP. 3х-адреса, заданные в
карте ввода/вывода, автоматически назначаются отдельным каналам,
следовательно, допускается назначение только ранее не назначенных
переменных.
Аналоговые значения в дальнейшем могут быть обработаны с по-
мощью блоков I_NORM, I_NORM_WARN, I_PHYS, I_PHYS_WARN,
I_RAW, I_S C A LE, I_SCALE_WARN библиотеки Analog I/O Scaling .
Представление
• Символическое
CHANNEL2
CHANNEL3
CHANNEL4
CHANNEL5
CHANNEL6
CHANNEL7
CHANNEL8
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
ANL_IN
120
• Параметрическое
Параметр
Тип данных
Значение
SLOT
INT
Слот модуля
CHANNEL1
ANL_IN
Канал 1
CHANNEL2
ANL_IN
Канал 2
CHANNEL3
ANL_IN
Канал 3
CHANNEL4
ANL_IN
Канал 4
CHANNEL5
ANL_IN
Канал 5
CHANNEL6
ANL_IN
Канал 6
CHANNEL7
ANL_IN
Канал 7
CHANNEL8
ANL_IN
Канал 8
Ошибки функционирования
Если c определенным входом SLOT сконфигурирован не модуль
ARI 030 00, появится сообщение об ошибке.
Предупреждение о превышении допустимого диапазона для кана-
лов может быть получено при использовании функциональных блоков
I_NORM_WARN, I_PHYS_WARN, I_SCALE_WARN библиотеки Ana-
log I/O Scaling.
Сообщение «Разомкнутый цикл или перенапряжение в канале»
может быть просмотрено в регистре состояния, определенном в карте
ввода/вывода.
6.3.2.5. Блок конфигурации модуля AVI 030 00
Краткое описание
Функциональный блок используется для редактирования данных
конфигурации модуля Quantum AVI 030 00 и дальнейшего использования блоками масштабирования.
Модуль имеет восемь двухполярных входных каналов для совме-
стной обработки напряжений и токов.
Для конфигурирования AVI 030 00 функциональный блок соединя-
ется в секции конфигурирования с соответствующим выходом SLOT
функциональных блоков QUANTUM или DROP. 3х-адреса, заданные в
карте ввода/вывода, автоматически назначаются отдельным каналам,
следовательно, допускается назначение только ранее не назначенных
переменных.
Аналоговые значения в дальнейшем могут быть обработаны с по-
мощью блоков I_NORM, I_NORM_WARN, I_PHYS, I_PHYS_WARN,
I_RAW, I_SCALE, I_SCALE_WARN библиотеки Analog I/O Scaling.