Программно-технические комплексы
Разрабатываемые ЗАО «Интеравтоматика» АСУТП базируются на применении программно-технических комплексов (ПТК), выпускаемых фирмой SIEMENS.
SIEMENS выпускает большую номенклатуру микропроцессорных средств и систем для автоматизации в различных отраслях. Однако, среди всего многообразия продукции SIEMENS, ЗАО «Интеравтоматика» ориентировано на комплексные системы (не путать с «разрозненными» ПЛК и SCADA-система-ми), предназначенные для создания «больших» систем автоматизации тепло- и электроэнергетического оборудования. Эти ПТК учитывают особенности применения микропроцессорной техники в условиях электростанций и имеют богатые программно-алгоритмические средства, ориентированные на соответствующие приложения.
К таким системам относятся семейство ПТКTeleperm (ME, MEA, XP, XP-R), PCS 7 PS (Power Solution) и новейшая система SPPA-T3000.
Несмотря на то, что все эти ПТК базируются на различных платформах как на контроллерном, так и на информационно-вычислительных уровнях, однако использование очень близкого, преемственного программно-алгоритмического обеспечения позволяет легко и быстро переносить технические решения по автоматизации и накопленный опыт с одной платформы на другую.
Наряду с обычно выделяемыми характеристиками ПТК, такими как надежность аппаратуры, высокоразвитое базовое математическое обеспечение, наличие «сквозного» САПР, гибкость и т.п., необходимо особо выделить диагностические свойства. Одна из сторон диагностики — диагностика полевого оборудования. Свойства ПТК, наличие развитых диагностических функций, богатство операторского интерфейса — предпосылки достижения высокого уровня автоматизации. Не секрет, что именно ненадежность работы отечественного полевого оборудования: отказы датчиков, неоткрытие арматуры, ложная информация о состоянии концевых выключателей и др., — не позволяли обеспечить работоспособность пошаговых программ и других сложных алгоритмов управления из-за необходимости постоянного контроля оперативного персонала за их работой. Использование в базовом ПО применяемых ПТК алгоритмов автоматической диагностики периферийных устройств, усовершенствованных ЗАО «Интеравтоматика» с учетом особенностей самого российского периферийного оборудования и условий его эксплуатации (в частности, организации электропитания), позволило обеспечить широкое внедрение пошаговых программ всех уровней, управляемых (отключаемых) блокировок и т.д. Диагностируются такие события, как появление сигнала срабатывания моментной муфты на задвижке ранее прихода сигнала концевого выключателя, одновременное существование сигналов концевых выключателей «Больше» и «Меньше» задвижки или регулирующего клапана или сигналов «Включен» и «Выключен» электродвигателя, исчезновение электропитания с арматуры или двигателя, превышение заданного времени открытия или закрытия задвижки, включения или отключения двигателя и т.д. Для каждого из таких событий предусмотрены сигнализация оператору и соответствующие условия квитирования. Эту же информацию можно использовать в алгоритмах автоматического управления и контроля.
Обеспечение постоянного нахождения в работе большого числа сложных алгоритмов управления невозможно без диагностики и анализа алгоритмических нарушений. Стандартными средствами используемых ПТК диагностируются превышение небаланса на входе регулятора, исчерпание времени сбора условий шага пошаговой логической программы или его выполнения, неготовность «автоматического ввода резерва» (АВР). ЗАО „Интеравтоматика» дополнительно разработаны алгоритмы диагностики „застревания» регулирующего клапана, отсутствия условий своевременного ввода защит и т.д. Специализированный операторский интерфейс позволяет достаточно быстро выявить причину обнаруженного алгоритмами диагностики нарушения.
Сравнение систем с разомкнутым и замкнутым контуром
| Параметры сравнения | Система открытого цикла | Замкнутая система |
|---|---|---|
| Установка | Он экономичен и легко монтируется. | Сложный монтаж и дороговизна. |
| Перфоманс | Система с разомкнутым контуром может работать лучше, если калибровка выполнена надлежащим образом. | Замкнутая система может работать лучше благодаря обратной связи. |
| Стабильность | Система Open Loop более стабильна. | Замкнутая система сравнительно менее стабильна. |
| Оптимизация | Для желаемого результата оптимизация не может быть выполнена. | Это можно сделать очень быстро. |
| Обслуживание | Меньше обслуживания | Высокое техническое обслуживание |
Рекомендации
- Надежное обнаружение неисправностей в разомкнутом контуре по сравнению с замкнутым контуром | Публикация конференции IEEE | IEEE Исследуйте
- Гибридная замкнутая система: эволюция и практическое применение | Технология и терапия диабета (liebertpub.com)
Разница между системами разомкнутого и замкнутого цикла
- В разомкнутой системе выход не зависит от входа, тогда как в замкнутой системе выход зависит от входа.
- Системы с разомкнутым контуром более поверхностны, чем системы с замкнутым контуром, поскольку они не требуют обратной связи.
- Системы с разомкнутым контуром не являются самокорректирующими и могут отклоняться от желаемой работы при изменении условий, тогда как системы с замкнутым контуром будут самокорректироваться.
- Open-loop systems can be used in applications where accuracy and точность are not critical, whereas closed-loop systems are better suited for applications that require higher accuracy and precision.
- Системы с разомкнутым контуром менее дороги, чем системы с замкнутым контуром, из-за необходимости использования компонентов обратной связи.
Что такое система открытого цикла?
Системы с разомкнутым контуром — это системы, в которых выход не возвращается на вход. Эти системы также известны как системы без обратной связи. Информация не корректируется на основе вывода в разомкнутых системах. Выход системы с разомкнутым контуром определяется исключительно входными и передаточными характеристиками системы.
Система управления без обратной связи — это система, в которой входные данные не измеряются и не сравниваются с желаемыми выходными данными. Механизм распространен в повседневных вещах, таких как автономный стиральные машины, которые запускаются и останавливаются без вмешательства пользователя.
Системы с открытым контуром выгодны, потому что они просты в использовании и экономичны. В разомкнутой системе управления эталонный ввод подается системе для получения желаемого результата. Они не требуют сложных контуров обратной связи или датчиков для измерения выходного сигнала, что упрощает их проектирование и установку. Кроме того, разомкнутые системы надежны и эффективны, поскольку им не нужно постоянно контролировать и регулировать выходную мощность.
Но система не учитывает достигнутый результат для дальнейшего эталонного ввода. Вход доставляется на контроллер системы в соответствии с требуемым выходом. В зависимости от достигнутого входа контроллер выдает управляющий сигнал, подаваемый на блок обработки. Следовательно, в соответствии с управляющим сигналом достигается надлежащая обработка и вывод.
Разомкнутые и замкнутые системы САУ
В схеме САУ, изображенной на рисунке 1 на управляющее устройство поступают три вида информации: информация о величине X, определяющей состояние объекта, информация о величине Х3, задающей цель управления, информация от F – возмущениях, нарушающих режим работы объекта.
Однако возможны САУ, в которых используется лишь часть перечисленной информации. При этом в зависимости от видов используемой управляющим устройством информации различают два основных типа САУ – разомкнутые системы и замкнутые системы.
В р а з о м к н у т ы х САУ выходная величина объекта X не измеряется, т. е. нет контроля за состоянием объекта.
Возможны разомкнутые САУ, в которых управляющее устройство измеряет только одно задающее воздействие Х3, одно возмущение F и,наконец, оба эти сигнала одновременно.
В первом варианте разомкнутой САУ управление осуществляется по з а д а ю щ е м у в о з д е й с т в и ю: поступающие извне команды Х3 приводят путем изменения управляющего воздействия U к соответствующему изменению выходной величины объекта X. Точность обеспечиваемого при этом соответствия между X и Х3 целиком определяется постоянством параметров системы и возмущений и никак не контролируется.
Практически такие системы пригодны лишь при достаточно высокой стабильности указанных выше условий работы системы и невысоких требованиях к точности.
Примером системы этого типа служит разомкнутая система программного управления напряжением синхронного генератора, изображенная на рисунке 2
Рисунок 2- Разомкнутая система программного управления генератора
Системы управления напряжением синхронного генератора: разомкнутая система компенсации влияния нагрузки представлена на рисунке3
Рисунок 3. Системы управления напряжением синхронного генератора разомкнутая система компенсации влияния нагрузки
В замкнутых САУ на вход управляющего устройства подаются задающее воздействие Х3 и выходная величина объекта X. Исходя из величины Х3, управляющее устройство определяет соответствующее требуемое значение X и, имея информацию о текущем значении X, обеспечивает необходимое соответствие между X и Х3 путем воздействия на объект.
В такой САУ управляющее устройство стремится ликвидировать все отклонения X от его значения, определяемого заданием Х3, независимо от причин, вызвавших эти отклонения, включая любые возмущения, внешние и внутренние помехи, а также изменения параметров системы.
САУ такого типа представляют собой з а м к н у т ы й к о н т у р, образованный объектом и управляющим устройством. При этом управляющее устройство создает о б р а т н у ю с в я з ь вокруг объекта, связывая его выход со входом.
Замкнутые САУ называются с и с т е м а м и с о б р а т н о й с в я з ь ю и л и с и с т е м а м и у п р а в л е н и я п о о т к л о н е н и ю .
Эти системы могут обеспечить принципиально неограниченную точность управления и представляют собой основной тип САУ.
Пример Системы управления напряжением синхронного генератора замкнутая система управления по отклонению представлена на рисунке 4
Рисунок 4. Замкнутая система управления по отклонению управления напряжением синхронного генератора
К о м б и н и р о в а н н ы е САУ представляют собой объединение в одну систему замкнутой системы управления по отклонению и разомкнутой системы управления по внешнему воздействию.
Добавление к замкнутой системе управления разомкнутой системы компенсации влияния на выходную величину объекта какого-либо возмущения облегчает задачу замкнутой САУ и тем самым позволяет упростить ее и повысить точность управления. Лучшее качество управления в комбинированных системах объясняется тем, что в них наиболее полно используется информация об объекте и внешней ситуации.
Пример Комбинированная система управления отклонению с компенсацией влияния нагрузки представлена на рисунке 5
Объектом управления здесь является синхронный генератор Г, вращаемый с постоянной скоростью двигателем Д: Выходная величина объекта – напряжение генератора – определяется напряжением возбуждения, подаваемым на обмотку возбуждения генератора ОВ от устройства задания графика напряжения УЗГ. Последнее является управляющим устройством. Напряжение возбуждения автоматически изменяется во времени в соответствии с заложенной в УЗГ программой, обеспечивая соответствующее изменение напряжения генератора.
Замкнутые САУ
Характерным для замкнутой САУ является наличие обратной связи, замыкающей выход системы с ее входом. Направление передачи информации в цепи обратной связи происходит с выхода системы на ее вход, где происходит сравнение текущего значения управляемой величины с задающим воздействием.
Рассмотрим типовую функциональную схему САУ с одной управляемой величиной y(t) (рис. 1.6).
gthtzthtxthtztut
Усилительно-преобразовательное устройство 3 предназначено для усиления мощности сигналов. Оно управляет энергией, которая поступает от постороннего источника энергии.
Исполнительное устройство 4 вырабатывает управляющее воздействие u(t), непосредственно прикладываемое к объекту управления 5. Для повышения устойчивости и улучшения динамических свойств САУ в функциональную схему могут быть включены корректирующие устройства, не указанные на рис. 1.6. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.
В качестве примера замкнутой САУ рассмотрим схему системы автоматического регулирования угловой скорости вращения электродвигателя, построенную на базе схемы, приведенной на рис. 1.4 (рис. 1.7)
Uпдgg
Пусть момент сопротивления на валу электродвигателя увеличился. Это приведет к уменьшению скорости вращения на некоторую величину
На входе усилителя дополнительно к сигналу
Этот сигнал будет усилен и вызовет увеличение напряжения на выходе усилителя:
Приращение напряжения на выходе усилителя вызовет увеличение тока в цепи якоря двигателя, и, следовательно, увеличение вращающего момента двигателя, что приведет к росту угловой скорости
Принцип управления, основанный на использовании обратной связи, ценен тем, что не требует точной градуировки и сохраняет свою точность и в тех случаях, когда параметры элементов системы со временем изменяют свои значения.
Следует заметить, что обратную связь системы по управляемой величине называют главной обратной связью, а возможные обратные связи, охватывающие отдельные элементы, называют местными обратными связями.
Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 28 ; Нарушение авторских прав
Полученные результаты
В результате разработки АСУТП энергоблоков удалось достичь принципиально иного уровня автоматизации таких процессов, как: автоматическое управление процессом горения крупных пылеуголь-ных котлов с прямым вдуванием пыли, включая многосвязные АСР каждой пы-лесистемы, многосвязную АСР общего топлива и питания с многоконтурной температурной коррекцией; автоматический учет всех типов ограничений; шаговые программы пуска-останова каждой пыле-системы и их координации;
• обеспечение автоматизации практически всех ответственных операций пуска энергоблоков, включая координацию розжига горелок и программу нагру-жения котла; переход с сепараторного на прямоточный режим работы прямоточного котла; прогрев паропроводов, толчок, разворот и нагружение турбины; программы подъема температур первичного и вторичного пара; подключение по пару деаэратора, ПНД и ПВД и т.д.;
• внедрение более 20 САРЧМ газомазутных и пылеугольных энергоблоков с получением сертификата их готовности к выполнению энергосистемных требований, в том числе, получение осенью 2006-го года 4-х из первых 6-ти сертификатов на соответствие Стандарту СО-ЦДУ ЕЭС по полному участию в нормированном первичном и автоматическом вторичном регулировании частоты; еще 4-6 энергоблоков будут сертифицированы в 2007-ом году; • внедрение АСУТП первых в России ПГУ утилизационного типа, ориентированных на реализацию практически полной автоматизации пус-ко-остановочных режимов (ПГУ-450 Северо-Западной ТЭЦ г. Санкт-Петербург и Калининградской ТЭЦ-2, ПГУ-325 Ивановской ГРЭС, ПГУ-39 Сочинской ТЭС).
Это позволило, начиная с внедрения в 1997-ом году АСУТП пылеугольного энергоблока 500 МВт Рефтинской ГРЭС (что было первым подобным решением для таких энергоблоков в России, и насколько нам известно, в мировой практике), перейти на принципиально новую концепцию построения блочного щита управления (БЩУ) с отсутствием резервного дистанционного управления на традиционных средствах за исключением небольшой группы ключей аварийного останова). Пример реконструированного помещения БЩУ энергоблоков 800 МВт № 1 и № 2 Березовской ГРЭС представлен на рис. 3. Накопленный опыт эксплуатации внедренных АСУТП показывает, что достигнутый на стадии передачи системы в промышленную эксплуатацию объем автоматизации впоследствии не только не снижается, а заметно увеличивается усилиями, в первую очередь, самого эксплуатационного персонала электростанции, ощутившего доверие к новым средствам и их возможностям.
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ САУ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Под управлением технологическим процессом понимается совокупность операций, необходимых для осуществления таких целей, как пуск и остановка технологического процесса, поддержание какого-либо параметра процесса на заданном уровне, изменение параметра по заданной программе и т.п.
Установку, машину, агрегат, в котором протекает исследуемый технологический процесс, называют объектом управления.Управление может быть ручным или автоматическим. В первом случае операции управления осуществляет человек, а во втором – управляющее устройство. Сочетание объекта управления и управляющего устройства образует систему автоматического управления (САУ).
Рис.11.1. К понятию системы автоматического управления
На работу системы автоматического управления влияют различные воздействия. Будем называть их входными воздействиями, входными величинами или просто входами (xвх) (рис.11.1).
Параметры процесса, которые в той или иной степени характеризуют его качество и изменяются под действием входных величин, будем называть выходными величинами или просто выходами(xвых). Входные воздействия, которые нарушают заданный закон изменения выходных величин, будем называть возмущающими воздействиями или просто возмущениями. Возмущения можно подразделить на два вида: нагрузку (Н) и помехи (П). Изменение нагрузки обычно обусловлено технологическим процессом, а помехи вызываются изменениями внешних условий (например, температуры окружающей среды) или свойств отдельных элементов системы.
Воздействие управляющего устройства на объект управления называется управляющим воздействием (У).Оно также относится к входным воздействиям.
ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ.
При построении системы автоматического управления широко применяют обратные связи.
Обратную связь называют внешней, если она соединяет выход системы с ее входом, и внутренней или местной, если она соединяет выход одного или группы элементов системы с их входом.
Если подача выходной величины элемента системы на его вход усиливает действие входной величины на выходную, то такая обратная связь называется положительной.
Обратная связь называется отрицательной, если подача выходной величины элемента системы на его вход ослабляет действие входной величины на выходную.
По характеру передачи воздействий обратные связи делятся на жесткие и гибкие. Жесткая связь действует как в установившемся, так и в переходном режиме, гибкая действует только в переходном режиме, а в установившемся режиме ее действие прекращается.
РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ САУ.
Системы автоматического управления делятся на разомкнутые и замкнутые.
Разомкнутыми называются такие системы автоматического управления, в которых отсутствует внешняя обратная связь и, следовательно, отсутствует контроль результата управления.
В разомкнутой САУ с жесткой программой(рис.11.2,а) на управляющее устройство подается жесткое задание З. Управляющее устройство оказывает воздействие У на объект управления в соответствии с этим заданием. Под действием некоторого возмущенияxвх (например, изменение нагрузки) могут возникнуть отклонения выходной величиныxвых объекта от задания. Однако эти отклонения в разомкнутой САУ с жесткой программой не контролируются и не влияют на работу управляющего устройства.
Рис.11.2. Разомкнутые системы автоматического управления (САУ)
К таким системам относятся, например, системы автоматического пуска и остановки насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.
Замкнутыминазывают системы автоматического управления, в которых имеется обратная связь, обеспечивающая контроль выходной величины (рис.11.3,а).
При этом управляющее устройство формирует управляющее воздействие У в зависимости от отклонения входной величины xвых от задания З.
1.3. Основные законы управления
Если вернуться к последнему рисунку (структурная схема САУ на рис. 1.2.3), то необходимо “расшифровать” роль, которую играет усилительно-преобразующее устройство (какие функции оно выполняет).
Если усилительно-преобразующее устройство (УПУ) выполняет только усиление (или ослабление) сигнала рассогласования ε(t), а именно: , где – коэффициент пропорциональности (в частном случае = Const), то такой режим управления замкнутой САУ называется режимом пропорционального управления (П-управление).
Если УПУ выполняет формирование выходного сигнала ε1(t), пропорционального ошибке ε(t) и интегралу от ε(t), т.е. , то такой режим управления называется пропорционально-интегрирующим (ПИ-управление). ==> , где b – коэффициент пропорциональности (в частном случае b = Const).
Обычно ПИ-управление используется для повышения точности управления (регулирования).
Если УПУ формирует выходной сигнал ε1(t), пропорциональный ошибке ε(t) и ее производной, то такой режим называется пропорционально-дифференцирующим (ПД-управление): ==>
Обычно использование ПД-управления повышает быстродействие САУ
Если УПУ формирует выходной сигнал ε1(t), пропорциональный ошибке ε(t), ее производной, и интегралу от ошибки ==> , то такой режим называетсято такой режим управления называется пропорционально-интегрально-дифференцирующим режимом управления (ПИД-управление).
ПИД-управление позволяет зачастую обеспечить “хорошую” точность управления при “хорошем” быстродействии