Министерство общего и профессионального образования РФ

Пензенский государственный университет

Кафедра "Автоматика и телемеханика"

Семенов А.Д.

Проектирование систем управления

Методические указания к практическим занятиям

по курсу «Автоматизация проектирования систем и средств управления»

2011

Задание

на практическую работу

1. По указанию преподавателя выбрать технологический объект, для которого нужно спроектировать систему управления.

2. Составить техническое задание на проектирование.

3. Составить календарный план работ по проектированию системы.

4. Утвердить техническое задание и календарный план работ у преподавателя.

5. Составить математическую модель технологического объекта и всей системы в Simulink.

6. Провести настройку параметров регуляторов, обеспечивающих заданное качество регулирования.

7. Подключить входные и выходные параметры системы к ОРС – серверу.

8. Убедится в правильном приеме и передачи данных ОРС – сервером.

9. «Рисование» статических частей мнемосхемы в Data Rate.

10. Заполнение мнемосхем динамическими элементами.

11. «Подключение» к разработанной математической модели системы к Data Rate через ОРС – сервер.

12. Отладка системы.

13. Комплектация системы.

14. Оформление технической документации.

1. Экспериментальные методы настройки ПИД – регуляторов

Экспериментальные методы настройки регуляторов заключаются в проведении экспериментов на действующей системе регулирования или ее модели с последующим изменением параметров регулятора по результатам экспериментов. Наиболее распространенным из этих методов является метод, разработанный американскими учеными Циглером и Никольсом [60].

Метод незатухающих колебаний. В работающей системе отключаются интегральная и дифференциальная составляющие регулятора путем установки времени изодрома и времени дифференцирования, т.е. в системе используется в П-закон регулирования.

Путем последовательного увеличения с одновременной подачей небольшого скачкообразного сигнала задания добиваются возникновения в системе незатухающих колебаний с периодом. Это соответствует выведению системы на границу колебательной устойчивости. При возникновении данного режима работы фиксируются значения критического коэффициента усиления регулятораи периода критических колебаний в системеПри появлении критических колебаний ни одна переменная системы не должна выходить на уровень ограничения.

По значениям ирассчитываются параметры настройки модифицированного ПИД-регулятора с передаточной функцией

. (9.5)

П - регулятор: ; ПИ –регулятор:,;

ПИД - регулятор: ,,.

Учитывая, что собственная частота ОУ совпадает с критической частотойколебаний замкнутой системы с П-регулятором, величиныимогут быть определены по амплитуде и периоду критических колебаний собственно объекта управления.

В том случае если выведение объекта на границу колебательной устойчивости нежелательно из - за возможности возникновения аварийной ситуации или к выпуску бракованной продукции используется метод затухабщих колебаний.

Метод затухающих колебаний. Применение этого метода позволяет настраивать регуляторы без выведения системы на критические режимы работы. Также, как и в предыдущем методе, для замкнутой системы с П - регулятором, путем последовательного увеличения добиваются возникновения в системе колебательного переходного процесса с логарифмическим декрементом затухания. Далее определяется период этих колебанийи значения постоянных интегрированияи дифференцированиярегулятора.

Для ПИ-регулятора: .

Для ПИД-регулятора: ,.

После установки вычисленных значений ина регуляторе производится дополнительная подстройка коэффициентадо получения исходного декремента затухания, что обычно приводит к уменьшениюна 20÷30 %. Аналогичный метод настройки используется в адаптивных регуляторах американской фирмы "Фоксборо".

2. Работа с opc -сервером

OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами.

Назначение

Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 90-х у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.

Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).

Стандарты

OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:

OPC DA (Data Access) — основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК, РСУ, ЧМИ, ЧПУ и другими устройствами.

OPC AE (Alarms & Events) — предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуации, действия оператора, информационные сообщения и другие.

OPC Batch — предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом (в соответствии с стандартом S88.01)

OPC DX (Data eXchange) — предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена данными между устройствами и программами разных производителей.

OPC HDA (Historical Data Access) — в то время как OPC Data Access предоставляет доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным.

OPC Security — определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.

OPC XML-DA (XML-Data Access) — предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через SOAP и HTTP.

OPC UA (Unified Architecture) — последняя по времени выпуска спецификация, которая основана не на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.

Matrikon opc

Данный свободно распространяемый программный пакет состоит из трех частей:

1. MatrikonOPC Analyzer

2. MatrikonOPC Explorer

3. MatrikonOPC Server for Simulation

1. MatrikonOPC Analyzer – утилита сбора системной информации. Позволяет получить информацию о системе (System Information), лог файлы (Log Files), конфигурационные файлы (Configuration Files) информацию о состоянии DCOM в формате *.txt, а так же их автоматическую упаковку в zip-архив.

2. MatrikonOPC Explorer – утилита, позволяющая находить и подключаться к существующим OPC – серверам, запущенным как на текущем компьютере (local host), так и на любом компьютере в локальной сети или сети интернет.

3. MatrikonOPC Server for Simulation – утилита, позволяющая создавать OPC-сервер.

Настройка и запуск MatrikonOPC Server for Simulation и MatrikonOPC Explorer.