3. Автоматизация технологических процессов с применением локальных средств регулирования. Базовые автоматические системы управления

Задача синтеза систем управления ТОУ на стадии ТЗ, как правило, сводится к расчету одноконтурных систем. По результатам расчета проводится оценка качества работы проектируемых систем с целью определения соответствия их технологическому регламенту. Проверяется возможность применения наиболее простых алгоритмов, если качество их работы не удовлетворяет проектировщика, то переходят к более сложным алгоритмам или используют схемные методы повышения качества.

Современные производства насчитывают несколько сот, а крупные предприятия, например, химические комбинаты и производственные объединения тысячи автоматических систем регулирования. Это порождает необходимость проведения большого объема работ по их наладке, а поскольку большинство систем настраивается лишь по интуиции наладчиков, то имеются большие скрытые резервы по дальнейшей оптимизации процессов.

Современные БАСУ это сложные в сравнении с одноконтурными системы: каскадные, комбинированные, многосвязные, с использованием ПИ, ПИД и более сложных алгоритмов управления. В таких системах, имеющих не менее трех параметров настройки, применение интуитивных и простейших методов настройки регуляторов, обеспечивающих лишь устойчивость систем, становится все более нецелесообразным и неэффективным. Использование при построении АСР средств вычислительной техники, позволяющих реализовать более широкий спектр современных систем управления и регулирования, приводит к необходимости усиления значения расчетных методов настройки регуляторов, которые в свою очередь, целесообразно проводить на ЭВМ.

В теории управления разработаны различные методы расчета АСР при заданных критериях качества. Исторически разработка инженерных методов расчета настройки промышленных регуляторов АСР началась до появления ЭВМ, а методы были ориентированы на ведение расчетов человеком. Основными показателями и достоинствами методов при этом считалась простота идентификации объектов, достаточная для практики точность и низкая трудоемкость расчетов.

С проявлением и широким распространением ЭВМ, с разработкой новых принципов построения АСР и их машинного проектирования, с широким созданием АСУ ТП требования к инженерным методам расчета существенно меняются. Во-первых, методы переориентируются на возможность их применения на ЭВМ, во-вторых, наряду с точностью расчетов, существенными становятся: необходимое машинное время и объем памяти ЭВМ для проведения расчетов. Для современных ЭВМ последние два вопроса практически сняты.

Что же понимают под инженерными методами выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов? Как правило, это методы, которые доведены до определенных рекомендаций (в виде формул, номограмм, графиков), предписывающих использование той или иной информации об объекте с целью выбора типового закона регулирования и получения оптимальных настроек регулятора с этим законом. К ним относятся методы, доведенные до алгоритмов (правил), предписывающих ход ведения расчетов по выбору типового закона регулирования и оптимальных настроек регуляторов аналитическим путем или посредством эксперимента.

Инженерные методы базируются на расчете одноконтурной линейной АСР, так как последняя лежит в основе структур каскадных, инвариантных и других классов АСР, как аналогового, так и цифрового и импульсного действия.

По основным характеристикам методы принято их делить на классы и группы. Методы также различают по структуре цепей настройки, по наличию поиска и по влиянию на работу системы.

В основу деления на классы положен признак предназначения метода. Согласно ему можно выделить четыре класса:

1) упрощенные (прикидочные, экспрессные, приближенные, экспериментальные) методы;

2) аналитические, рассчитанные на ведение расчетов человеком;

3) аналитические для ведения расчетов с применением ЭВМ;

4) итерационные методы и методы самонастройки.

В основу деления на группы положен тип применяемых для расчета динамических характеристик объекта. При этом выделяют две группы:

а) группа «точных» методов, основанных на использовании при расчете всей временной или частотной характеристики объекта, либо наиболее существенного ее участка;

б) группа грубых методов, основанных на использовании характеристики некоторой модели объекта (или разомкнутой АСР), полученной путем той или иной аппроксимации исходной характеристики. В качестве такой аппроксимации, как было рассмотрено выше, принимается модель не выше второго порядка с запаздыванием или без запаздывания.

При делении методов по структуре цепей настройки различают методы с замкнутой и разомкнутой структурой. Под замкнутыми понимают структуры настройки с замкнутыми цепями оптимизации. Обычно это структуры с обратной связью по настраиваемым параметрам. Соответственно, под разомкнутыми – структуры с разомкнутыми цепями оптимизации.

По влиянию на работу АСР различают методы без изменения структуры исходной АСР и с изменением структуры. В последних в процессе настройки меняется структура и режим работы АСР.

Наконец, по наличию поиска различают поисковые и беспоисковые методы. Поисковые методы, при которых оптимальные параметры находятся при помощи пробных шагов по всем или некоторым параметрам настройки. Беспоисковые методы, при которых движение к оптимуму определяется при фиксированных параметрах настройки без пробных шагов.

Среди других характеристик методов можно отметить:

1) используемые критерии оптимизации;

2) вид возмущающих воздействий, при которых находятся оптимальные настройки, и место их приложения в АСР;

3) исходная информация, на которой базируется метод и подход к получению результата;

4) трудоемкость метода

Упрощенные методы, позволяют сравнительно быстро оценить рабочие параметры регулятора, качество переходных процессов. Обычно приближенные методы применяют для выбора начальных значений переменных в итеративных методах расчета сложных систем или на начальной стадии проектной разработки систем автоматизации.

После расчета системы, производится выбор элементов системы (РО, ИМ, первичные преобразователи, вторичные преобразователи, алгоритмы управления).