14.5. Прямое цифровое регулирование

В случае прямого цифрового регулирования управляющая ЭВМ принимает на себя выполнение функций регулятора контура регулирования, который на рис. 14.7 обведен рамкой.

Рис. 14.7

Очень часто ЭВМ моделирует работу нескольких регуляторов R; при этом осуществляется прямое цифровое многофункциональное управление процессомS. Каждая функция регулятора моделируется управляющей ЭВМ последовательно во времени. Аппаратные и программные средства выполняют свои функции, как это представлено на рис. 14.8 для контура регулирования.

Рис. 14 8

Датчик номинальных значений, точка сравнения сигналов и регулятор реализуются в виде программных алгоритмов, а устройство сбора и регистрации измеренных величин и выдачи управляющих сигналов – в виде программируемого функционального устройства.

На входе вычислительной системы осуществляется опрос сигналов процесса; они преобразуются в цифровые сигналы и представляются в виде приведенных к масштабу значений. На выходе осуществляется выдача рассчитанных цифровых управляющих значений в соответствующие выходные каналы контуров управления и занесение их в регистр. Данная процедура осуществляется через мультиплексор, распределяющий управляющие сигналы по контурам.

Преобразование этого цифрового сигнала управления uв исполнительный сигналxосуществляется периферийным функциональным устройством.

Для контроля работы контуров управления и ручного управления (в случае выхода из строя ЭВМ) необходимо предусмотреть индикацию номинальных и действительных значений.

14.8. Микропроцессор как универсальный регулятор

Применение микропроцессора для обычных задач регулирования показывает, что этот цифровой регулятор обладает более значительной гибкостью, чем обычный аналоговый регулятор. Поэтому можно осуществить цифровые многоцелевые регуляторы, которые при помощи стандартных алгоритмов и их соответствующих соединений могут подключаться к сложным структурам автоматического регулирования.

На рис. 14.18, а приведена структура автономного цифрового многоканального регулирования. Ввод и вывод осуществляются аналоговыми измерительными и исполнительными устройствами, причем измерительный сигнал преобразуется 10-разрядным АЦП, а уставка преобразуется 8-разрядным ЦАП. С помощью такого многоцелевого регулятора можно обслужить п отдельных регуляторов алгоритмами типа ПИД.

При соответствующей обработке входа/выхода в периферии регулятора число п регулируемых контуров прежде всего ограничивается временем вычисления и считывания. Для контуров регулирования n= 2 минимальное время считывания равно 50 мс, вследствие чего практически можно обслужить 10 контуров регулирования.

Уставки и параметры регулирующего алгоритма, содержащиеся в памяти, можно изменять от руки или программным способом. На рис. 14.18,б показана программа запуска для заданных начальных: условий, содержащихся в памяти.

Рис. 14.18

Описанный цифровой многоцелевой регулятор на микропроцессорной базе использует непрограммируемую микро-ЭВМ. Его функции могут изменяться через обмен со специальным устройством.

Цифровой принцип построения такого микропроцессорного регулятора облегчает создание иерархических автоматизированных систем.

На рис. 14.19 показана структура цифрового многоцелевого регулятора с 8-разрядным микропроцессором.

Рис. 14.19

С одним таким регулятором, имеющим mвходовхiиnвыходовyi, можно реализовать в мультиплексном режимеnотдельных систем регулирования с алгоритмами регулирования типа ПИД с различными уставками и коэффициентами, входящими в закон регулирования.

Рассмотрим структуру для 4-канального регулятора. Первые два рабочих канала 1 и 2 обеспечивают максимальное использование двух каскадных цепей регулирования, причем задающий и следящий регулятор используют каждый канал. Оба следующих канала 3 и 4 предусмотрены для двух одноконтурных цепей регулирования. Для каждого из четырех каналов регулирования применяется своя уставка и можно задать максимум 16 измерительных сигналов, проходящих через аналоговые АФ и цифровые ЦФ фильтры (четыре из них служат для ввода обратной связи). Поэтому 12 входов могут заполняться какими угодно величинами регулирования или вспомогательными величинами. Всего для каждой цепи регулирования используются, следовательно, три аналоговых входных сигнала (регулируемая величина и две вспомогательных). К каждому рабочему каналу 1 – 4 могут подключаться максимум 6 входных сигналов уставки ri. Каждая связь между всеми измерительными сигналами и уставками, с одной стороны, и входами каналов регулированияP, с другой, осуществляется не при помощи проводной связи входов и выходов регуляторов, а через конфигурацию математического обеспечения при помощи программно включаемых сигналов, т.е. через коммутатор сигналов КС.

Для микропроцессорного регулятора можно использовать структуру переработки сигнала, которая может представлять различные варианты (рис. 14.20,а,б).

Рис. 14.20

Для каждой измеряемой величины нужно осуществить требуемую предварительную переработку (см. рис. 14.19), которая предусматривает как аналоговые операции (например, преобразование ток-напряжение, аналоговая фильтра--ция), так и цифровые операции. В частности, можно осуществить коррекцию нелинейности, например, при изменении потока через дроссельное устройство. Блок устраняет интегральное насыщение при переходных процессах, связанных с пуском или при больших изменениях уставок.

242

Ручное или автоматическое включение организуется при помощи сравнения уставки регулятора или ручной уставки цепи обратной связи.

Все эти главные и вспомогательные функции микропроцессорный регулятор осуществляет через специальное программное обеспечение, которое является составной частью его программного обеспечения.