10_Методичка ЛР (2). Микропроцессорных контроллеров управления в задачах автоматизации
 Скачать 2.88 Mb.
|
|
3.2 Порядок выполнения работы 3.2.1 Создать новый проект, таблицу тэгов для системы непрерывного импульсного регулятора в разомкнутой системе. Ознакомиться с работой импульсного регулятора CONT_S. CONT_S (step controller) - функциональный блок, который служит для регулирования систем с помощью двоичных управляющих сигналов для интегрирующих исполнительных элементов в системах автоматизации. Принцип действия основан на алгоритме ПИ-регулирования дискретного регулятора и дополнен функциональными звеньями для формирования двоичного выходного сигнала из аналогового выходного сигнала. Функция ”CONT_S” служит для регулирования технических процессов с помощью двоичных выходных сигналов регулирующего значения для интегрирующих исполнительных звеньев на контроллерах SIMATIC S7. Блок схема алгоритма работы функционального блока CONT_S приведен на рисунке 3.1.Здесь приняты следующие обозначения сигналов: - SP_INT – INTERNAL SETPOINT/ Вход заданного значения (уставка); - PV_IN – PROCESS VARIABLE IN/ Вход сигнала обратной связи (ОС); - PV_PER – PROCESS VARIABLE PERIPHERY/ Фактическое значение с технологического процесса; - GAIN – PROPORTIONAL GAIN/ Пропорциональный коэффициент усиления регулятора; - TI – RESET TIME/ Время интегрирования; - PULSE_TM – MINIMUM PULSE TIME/ Минимальная длительность импульса; - BREAK_TM – MINIMUM BREAK TIME/ Минимальная длительность паузы; + PV_PER SP_INT CRP_IN % PV_NORM Мертвая PV_IN PV_FAC PV_OFF PVPER_ON - + PV DEADB_W X GAIN ER 0 1 THREE_ST INT LMNR_SIM LMNS_ON LMNUP LMNDN PULSEOUT AND AND AND AND LMNR_HS LMNR_LS QLMNDN QLMNUP 100.0 0.0 -100.0 0.0 1/MTR_TM X INT LMNLIMIT OR 1 0.0 + - 0.0 LMNS_ON 0 1 0 1 0 0 1 1 0 X 1/TI 1 0 + DISV - адаптивно LMNRS_ON, LMNRSVAL 100.0 , MTR_TM PULSE_TM, BREAK_TM зона - Рисунок 3.1 - Структурная схема алгоритма функции импульсного регулятора - MTR_TM – MOTOR MANIPULATED VALUE/ Постоянная времени двигателя; - COM_RST – COMPLETE RESTART/ Перезапуск; - LMNS_ON – MANIPULATED SIGNALS ON/ Включение ручного режима регулирующих сигналов; - LMNUP – MANIPULATED SIGNALS UP/ Регулирующий сигнал (больше); - LMNDN – MANIPULATED SIGNALS DOWN/ Регулирующий сигнал (меньше); - PVPER_ON - PROCESS VARIABLE PERIPHERY ON/ Включение фактического значения с технологического процесса; - LMNR_HS – HIGH LIMIT SIGNAL REPEATED MANIPULATED VALUE/ Сигнал достижения ИМ верхнего конечного положения в сторону «больше». На вход «Сигнал достижения верхнего упора в ответном сообщении о положении» подается сигнал «Исполнительный вентиль у верхнего упора». LMNR_HS=TRUE означает: Исполнительный вентиль находится у верхнего упора; - LMNR_LS – LOW LIMIT SIGNAL REPEATED MANIPULATED VALUE/ Сигнал достижения ИМ нижнего конечного положения в сторону «меньше» На вход «Сигнал достижения нижнего упора в ответном сообщении о положении» подается сигнал «Исполнительный вентиль у нижнего упора». LMNR_LS=TRUE означает: Исполнительный вентиль находится у нижнего упора; - CYCLE – SAMPLE TIME/ Длительность цикла опроса; - DEADB_W – DEAD BAND WIDTH/ Ширина мертвой зоны; - PV_FAC – PROCESS VARIABLE FACTOR/ Множитель фактического значения; - PV_OFF – PROCESS VARIABLE OFFSET/ Смещение фактического значения; - DISV – DISTURBANCE VARIABLE/ Возмущающее воздействие. Для подключения возмущающего воздействия на вход «Возмущающее воздействие» подается возмущающее воздействие. 3.2.2 Произвести настройку импульсного регулятора согласно варианту преподавателя. Снять выходные импульсные характеристики системы (не менее 10). Импульсный регулятор имеет выходные импульсные характеристики в виде импульсов, которые целесообразно оценивать с помощью показателя скважности импульсов: 𝛾 = 𝑡 𝑖 𝑡 𝑖 + 𝑡 𝑝 Рекомендуемые значения установки начальных значений других параметров: Т а б л и ц а 3.2 Рис.3.1 Символ Рис.3.1 Симво л Рис.3.1 Символ COM_RST perezapusk SP_INT zadanie PV_FAC 1.0 LMNR_HS 0 PV_IN OC PV_OFF 0.0 LMNR_LS 0 PV_PER нет PULSE_TM vrema_impuls a LMNS_ON man/avt GAIN Kp BREAK_T M vrema_pausi LMNUP man_bolse TI Ti MTR_TM Tm LMNDN man_mens e DEADB_ W 0.0 DISV 0.0 PVPER_O N 0 QLMNUP Q4.0 CICLE 1ms QLMNDN Q4.1 Программирование следует выполнять, пользуясь структурой на рисунках 3.1, а также таблицами 3.1 и 3.2. Сопоставьте свои программные единицы с примером. Если созданная вами программа не удовлетворяет требованиям лабораторной работы, можно сохранить проект «Лаб10-ПТК» под другим именем. Выполните отладку программы, загрузив в контроллер программы Step7. Обратите внимание, что новый запуск регулятора можно выполнить по сигналу входа «перезапуск», или сбрасывая задание до 0, а затем повторяя ввод того же значения. Пример выходных импульсных графиков на диспетчерском пункте показан на рисунке 3.2. Рисунок 3.2 – Пример импульсных характеристик в диспетчерском окне 3.2.4 Построить графики зависимости влияния настроечных параметров на выходную характеристику скважности согласно варианту. Таблица 3.1 – Варианты заданий Номер варианта Какой настроечный параметр изменять на регуляторе Зависимости 1 GAIN =f(GAIN) 2 Ti =f(Ti) 3 Td =f(Td) 4 ti, tp =f(GAIN) 5 TMLAG =f(ti); =f(tp); 6 SP =f(SP) 7 PV =f(PV) 8 GAIN/Ti =f(GAIN/Ti) 9 GAIN/Td =f(GAIN/Td) 10 TMLAG/Ti =f(TMLAG/Ti) 3.2.4.Объяснить результаты полученных переходных характеристик. Используя материалы лекций и структурную схему 3.1, объясните полученный график переходных характеристик и график зависимостей. 3.2.5 Сделать выводы. Заполнить отчет. Сделайте выводы о проведенных исследованиях и результатах переходных характеристик. Выведите результаты проведенных исследований в итогом виде, отразите полученные вами знания. Пример результатов в таблице 3.2 и графиков на рисунке 3.3. Талица 3.2 – Исследование параметров CONT_S регулятора № GAIN t i (с) t p (с) t i + t p (с) γ 1 2 5 50 55 0.09 2 3 5 27 32 0.16 3 4 5 20 25 0.2 4 5 5 15 20 0.25 5 6 5 15 20 0.25 6 7 5 9 14 0.357 7 8 5 8 13 0.38 8 9 5 7 12 0.42 9 10 5 5 10 0.5 10 11 8 5 13 0.615 11 12 8 5 13 0.615 12 13 10 5 15 0.667 13 14 12 5 17 0.706 14 15 15 5 20 0.75 15 16 20 5 25 0.8 16 17 27.6 5 32.6 0.847 17 18 45 5 50 0.9 18 19 47.5 5 52.5 0.905 19 20 51 5 56 0.911 Рисунок 3.3 – график зависимости γ от GAIN 3.3 Контрольные вопросы 1. Как влияет изменение настроечных параметров ti, tp на вид импульсной характеристики и объясните почему так? 2. Как влияет изменение настроечных параметров GAIN на вид импульсной характеристики и объясните почему так? 3. Как влияет изменение настроечных параметров TMLAG на вид импульсной характеристики и объясните почему так? 4. Как влияет на скважность изменение заданного значения? 5. Как влияет на скважность импульсов постоянная времени регулирования? 6. Как влияет на скважность импульсов постоянная времени дифференцирования? 7. Как конфигурировать различные структуры регуляторов (П -, ПИ, ПИД-, ПД) на импульсном регуляторе? Лабораторная работа №4. Программирование и исследование импульсного регулятор в замкнутой системе Цель работы: Получить навыки настройки импульсного регулятора для заданного технологического объекта. Исследовать влияние параметров импульсного регулятора на выходные характеристики в замкнутой системе. 4.1 Задание к лабораторной работе 1. Создать новый проект согласно варианту конфигурации регулятора, таблицу тэгов для замкнутой системы импульсного регулятора. 2. Произвести настройку импульсного регулятора, согласно варианту преподавателя. 3. Получить переходные характеристики системы для заданного варианта конфигурации импульсного регулятора. 4. Объяснить результаты полученных переходных характеристик. 5. Сделать выводы. Заполнить отчет. 4.2 Порядок выполнения работы 4.2.1 Создать новый проект согласно варианту конфигурации регулятора, таблицу тэгов для замкнутой системы импульсного регулятора. В предыдущий проект необходимо добавить модель объекта регулирования на базе функции CONT_C, который конфигурируется как интегральное звено. Учесть, что интегральное звено, охваченное отрицательной обратной связью, реализует апериодическое звено. Этот факт отражает конфигурация на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 - Пример конфигурации объекта регулирования –инерционное звено Таким образом структура системы, которую необходимо создать в этом проекте представлена на рисунке 4.2. Рисунок 4.2 – Схема исследуемой системы 4.2.2.Произвести настройку импульсного регулятора, согласно варианту преподавателя. В окне диспетчерского пункта задайте, согласно варианту, параметры регулятора из таблицы 4.1. На графике необходимо зафиксировать не менее 6 импульсов. Снимите графики переходных процессов выходного сигнала регулятора не менее трех раз. Снимите графики с помощью кнопки «Prit Scrin» или запишите архивные файлы. Измените параметры регулятора, согласно заданию преподавателя и снимите графики, запишите архивный файл. Архивный файл необходимо обработать при подготовке отчета в электронной таблице Excel. Постройте графики и сравните их с полученными на занятиях графиками. 4.2.3.Получить переходные характеристики системы для заданного варианта конфигурации импульсного регулятора. Переходные характеристики отражают качество регулирования. Необходимо снять не менее 6 графиков для того выполнить анализ влияния параметров настройки на качество регулирования. Вид переходной характеристики представлен на рисунке 4.3. Рисунок 4.3 – Импульсы и PV регулятора CONT_S при GAIN=5 4.2.4 Объяснить результаты полученных переходных характеристик. Сопоставьте графики выходных характеристик регулятора, объясните изменения на них, выделите составляющие переходных режимов регулятора. 4.2.5 Сделать выводы. Заполнить отчет. Отчет должен содержать: - цель работы; - структурную схему программного обеспечения; - экспериментальные графики переходных процессов; - таблицы архивных данных; - графики архивных данных. Таблица 4.1 – Варианты заданий Вариант Тип объекта Исследовать, изменяя следующий параметр 1 Интегрирующее звено TMLAG 2 Интегрирующее звено второго порядка ti 3 Исполнительный механизм постоянной скорости Ti 4 Температура жидкости GAIN 5 Расход нефти SP 6 Давление жидкости в трубопроводе tp 7 Инерционное звено первого порядка TMLAG 8 Инерционное звено второго порядка ti 9 Последовательные звенья интегрирующее и инерционное первого порядка Ti 10 Уровень жидкости в резервуаре GAIN Контрольные вопросы 1. Поясните, для каких целей используется импульсный регулятор для регулирования температуры перегретого пара? 2. Каковы функции подсистемы защиты регулятора? 3. Каково назначение переменной «перезапуск»? 4. Как реализован импульсный регулятор на контроллерах фирмы Siemens? 5. Объясните: как формируется сигнал отклонения от желаемого значения на структурной схеме регулятора? 6. Объясните структуру программного обеспечения. 7. Как увеличить (уменьшить) постоянную времени интегрирования? 8. Как увеличить (уменьшить) период импульсов регулятора? 9. Объясните изменения на выходных переходных характеристиках регулятора. 10. Как и в каких целях формировались архивные файлы? 11. Перечислите составляющие SCADA системы TIA Portal. 12. Объясните, какие программные единицы проекта были созданы и в каком порядке они создаются. Лабораторная работа №5. Определение зоны регулирования на примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции Цель работы: получить навыки работы с физическим стендом насосной станции. Определить зоны регулирования технологического объекта на примере системы регулирования - уровень жидкости насосной станции. 5.1 Задание к лабораторной работе 1. Ознакомиться с лабораторным стендом насосной станции. 2. В ручном режиме управляя ручными и автоматическими клапанами исследовать процесс регулирования. 3. Определить зоны регулирования технологического объекта на примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции. 4. Получить результаты исследования. Объяснить результаты полученных данных. 5. Сделать выводы. Заполнить отчет. 5.2 Порядок выполнения работы 5.2.1 Ознакомиться с лабораторным стендом насосной станции. Лабораторный стенд "Насосная станция" ДП-СПЛК1 ТО-НС представляет собой: 2 резервуара с водой. Между двумя резервуарами проведены различные конфигурации трубопроводов, с механическими, аналоговыми и электрическими клапанами. Внешний вид стенда показан на рисунке 5.1, где 1 – шкаф управления ТО-НС (клиент); 2 – насос; 3 – аналоговый клапан; 4 – датчик уровня; 5 – датчик давления; 6 – датчик температуры; 7 – расходомер; 8 – электрические клапаны. Рисунок 5.1– Лабораторный стенд «Насосная станция» Управление и регулирование осуществляет контроллер (Simatic S-1200), CPU 1212C, с модулем ввода / вывода аналоговых сигналов SIMATIC S7, ANALOG INPUT/ OUTPUT SM 1234. Схема конфигурации трубопроводом изображена на структурной схеме рисунка 5.2, выполненная для HMI панели. Панель отображает все текущие значения ИИС, предоставляет возможность выбора вида регулирования (рисунок 5.3) конфигурации трубопровода, с помощью клапанов, включения насоса, управления системой в целом, модель объекта не определена. 4 1 8 7 3 2 5 6 Рисунок 5.2 – Конфигурация трубопровода. Окно управления Рисунок 5.3 – Окно выбора регулятора Разработано отдельное окно для регулирования уровня жидкости в баке (рисунок 5.4). Окно позволяет выбрать необходимый режим работы регулятора. В автоматическом режиме необходимо лишь указать начальные параметры регулятора, при необходимости, или же в ручном режиме самостоятельно подавать сигнал на исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства выступает аналоговый клапан, на него подается управляющий сигнал с контроллера, и в зависимости от этого сигнала изменяется его положение в диапазоне от 0 до 100 %. Уровень отображается в миллиметрах (мм). Kp, Ti, Td – параметры ПИД регулятора. При нажатии на кнопку «График», открывается окно с графическим отображением переходного процесса системы (рисунок 5.5). HMI панель поздних версий не позволяет осуществлять архивирование данных, и достаточно небольшая панель не позволяет полностью отображать необходимые данные, поэтому возникла необходимость в использовании PC станции (рисунок 5.6). Рисунок 5.4 – Окно управления процессом регулирования уровня Рисунок 5.5 – Окно визуализации графиков переходных процессов объекта Для работы с функциональным блоком необходимо произвести конфигурацию контроллера, с включением контроллера SIMATIC S7-1212С - это модульный программируемый контроллер универсального назначения; ЦПУ, и сигнальный модуль аналоговых сигналов SM 1234, как показано на рисунке 5.6. Так же сконфигурировали дополнительное оборудования для проверки робастности регулятора по управляющему и возмущающему воздействию на регулируемы технологический объект, как показано на рисунке 5.7. Дополнительно к ЦПУ подключается HMI панель KTP600 Basic panel, и PC станция. Связь между устройствами осуществляется на основе сетей PROFIBUS DP и/или PROFINET IO. Рисунок 5.6 – Конфигурация оборудования Рисунок 5.7 – Промышленная сеть 5.2.2 В ручном режиме управляя ручными и автоматическими клапанами исследовать процесс регулирования. В ручном режиме (рисунок 5.4) установите заданный вариант конфигурации трубопровода (рисунок 5.2). Откройте клапан на 50%. Включите насос и на графике наблюдайте изменение уровня в баке реальное и отображаемой в диспетчерском окне. Согласно варианту задания, управляя ручными клапанами слива и подачи жидкости, добейтесь стабилизации уровня по заданию преподавателя Lst. Объясните функцию регулятора согласно выполненным действиям. Не меняя положений остальных клапанов, управляя положением электрического клапана на 10%, 20%, 30%, 40%...100%, определите на сколько процентов от установленного Lst возможно стабилизировать уровень жидкости посредством электрического клапана. 5.2.3 Определить зоны регулирования технологического объекта на примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции. Переведите систему в автоматический режим (рисунок 5.4). Задавая задание регулятору от 5% до 75%, определите зону регулирования диапазон ∆SP и ∆LMN. Заполните таблицу 5.2. Таблица 5.2 № SP% LMN% Lmm L% ∆SP ∆LMN 5.2.4 Получить результаты исследования. Объяснить результаты полученных данных. Результаты исследований приведите в виде описания функции PID Tuning. Составьте структуру программного и аппаратного обеспечения. Поясните функцию регулятора и роль исполнительного электрического клапана в системе регулирования. Обработайте результаты эксперимента. 5.2.5 Сделать выводы. Заполнить отчет. Отчет должен содержать: - цель работы; - структурную схему программного обеспечения; - экспериментальные таблицы данных; - анализ экспериментальных данных; - выводы по работе. |