Материал: 1382
41
вывода и далее в контроллер.
5.2.6 Языки, для программирования логических контроллеров
Международной электротехнической комиссией рекомендованы некоторые стандартные языки для программирования контроллеров. На рис.5.3 представлены языки для программирования контроллеров.
Рисунок 5.3 - Команды языков программирования контроллеров; а) – LD; б) – IL; в) – ST; г) – FBD; д) CFC
Язык LD
Язык LD по сути повторяет язык релейно-контактных символов. Собрав логическую последовательность, можно коммутировать входную и выходную шины, расположенные на экране.
Язык IL – это программирование на ассемблере, используемое всеми производителями.
Язык ST – это аналог языков С, Pascal.
Язык FBD – это язык функциональных блоков. Язык подобен языку релейно-контактных символов и удобен для специалистов, проектирующих системы на элементах логики.
Язык CFC – это язык функциональных блоков FBD, снабженный дополнительными командами выдержки времени или параметров перехода между операциями.
5.3Пневматические устройства управления
Пневматическая аппаратура на газовых струях проста в обслуживании, дешева, пожаро – и взрывобезопасна. Она может работать при очень высоких температурах и сильной радиации. Системы работают от вентилятора при атмосферном давлении. В основу работы пневматических элементов положены эжектирующие эффекты, эффекты перехода турбулентного потока в ламинарный, различные кромочные эффекты, эффекты взаимодействия струй с преградой и струй между собой.
42
Система пневмоавтоматики имеет набор разнообразных устройств: усилители, модуляторы, триггеры, генераторы, интеграторы, пневматические вычислительные машины и мн. др.
На рис. 5.4 представлены простейшие схемы пневматических элементов.
Рисунок 5.4 – а) – схема работы логического пневматического элемента типа триггер с функцией «да – нет»; б) – схема струйного усилителя
Пассивные пневматические элементы способны к самостоятельному выполнению функций на основе газодинамических эффектов. Это пневматические сопротивления, емкости, индуктивности, фильтры, резонаторы, линии задержки.
Активные пневматические элементы требуют дополнительной энергии для стимулирования эффектов. В ряде случаев для стимулирования используется тлеющий, дуговой или искровой разряд, температура, энергия дополнительной газовой струи.
На рис. 5.5 представлены схемы пассивных и активных элементов.
Рисунок 5.5 – а) - схема пассивного пневмоэлемента; б), в) - схемы активных пневмоэлементов
5.4Порядки и типы управляющих систем технологического
|
оборудования |
|
|
По степени |
математического описания |
системы |
управления |
разделяются на три уровня – порядка. |
|
|
|
Системы первого порядка описывают |
процесс и |
регулятор |
|
линейными уравнениями. (Например, насколько поднимается напряжение
43
питания – настолько поднимается температура нагрева). Системы второго порядка применяются, если регулятор или объект описываются уравнениями второго порядка. Система третьего порядка применяется для отслеживания колебательных процессов и описывается уравнениями третьего порядка и математическими рядами. Сходимость ряда – признак устойчивости системы.
Различают несколько типов систем для управления процессами. Некоторые из них следующие:
−системы с фазовой подстройкой;
−системы с угловым сопровождением параметров;
−системы временного сопровождения;
−системы с частотной подстройкой;
−системы с подстройкой по уравнениям.
Обычно при анализе систему управления разбивают на звенья. Передаточную характеристику каждого звена описывают по аналогии с уравнениями электрической цепи. Например:
U =U0eJω |
(5.2) |
Для ряда традиционных схем в справочниках приведены амплитудно
– фазовые и частотные характеристики. Исследование системы упрощается при переходе от дифференциального уравнения к алгебраическому (так называемое преобразование Лапласа). Например, производные могут быть заменены оригиналами изображений при нулевых начальных условиях:
dx |
≈ |
∆x |
(5.3) |
|
dt |
∆t |
|||
|
|
При моделировании работоспособности систем используют пропускание калиброванных сигналов по цепи.
5.5Устойчивость технологических процессов
Система называется устойчивой, если после снятия воздействия по окончании переходного процесса система приходит в исходное состояние или в состояние равновесия. Обычно выходная и входная величины системы связаны с помощью дифференциального уравнения.
X (t) = X вын (t) + X св (t) |
(5.4) |
Решение этого уравнения состоит из двух |
составляющих: |
вынужденной X вын(t) и свободной X св (t) . Именно свободная составляющая
определяет переходный процесс.
Устойчивость процесса автоматики определяется критерием Вышнеградского, критерием Гурвица, критерием Михайлова, критерием Найквиста.
Критерий Вышнеградского. Для устойчивости системы необходимо, чтобы произведение средних коэффициентов уравнения, описывающего
44
процесс, было больше произведения крайних коэффициентов.
Например. Напуск газа в вакуумную систему отслеживается уравнением:
5p3 +6 p2 = 8p +1 = 0 ,
критерий Вышнеградского определится соотношениями: a3 = 5 , a2 = 6 , a1 = 8 , a0 =1.
Таким образом: 6 · 8 > 5 · 1. Ответ: система устойчива.
Критерий Гурвица используется, если процесс описывается
уравнениям в виде степенного ряда: |
|
|
|
|
|
||
A( p) = a |
0 |
Pn + a Pn−1 |
+... + a |
n−1 |
+ a |
n . |
(5.5) |
|
1 |
|
|
||||
Для определения устойчивости по критерию Гурвица необходимо из коэффициентов уравнений процесса составить определитель. На рис. 5.6 представлен вид определителя.
Рисунок 5.6 – Определитель Гурвица
Концы строк заполняются нулями. Число столбцов – n соответствует порядку уравнения. Система устойчива, если определитель положителен. На границе устойчивости ∆=0, аn=0, а0=0.
Критерий устойчивости Михайлова используется при анализе цепей, имеющих реактивные элементы. Такие цепи описываются
комплексными функциями типа: |
|
A(Jω)=X(ω) –JY(ω), |
(5.6) |
где X(ω) – действительная часть, содержащая четные степени; Y(ω) – мнимая часть с нечетными степенями.
На рис. 5.7 представлен вид графика устойчивости (так называемого годографа Михайлова).
Рисунок 5.7 – Годограф Михайлова для системы четвертого порядка
45
Согласно критерию устойчивости Михайлова: система устойчива, если годограф А(ω) начинаясь на положительной действительной полуоси, огибает против часовой стрелки последовательно «n» квадрантов, где: n – порядок описания системы. Прохождение годографа через начало координат соответствует границе неустойчивости.
Критерий устойчивости Найквиста предназначен для определения устойчивости систем с изменяющимися амплитудными и фазовыми характеристиками. Условие устойчивости сводится к требованию, чтобы амплитудно – фазовая частотная характеристика не захватывала отрицательную ось. На рис. 5.8 представлены две амплитудно – фазовые частотные характеристики, иллюстрирующие критерий устойчивости Найквиста.
Рисунок 5.8 – Критерий устойчивости Найквиста: 1 – система неустойчива; 2 – система в основном устойчива
Устойчивость систем со случайной подстройкой моделируется при обработке статических выходных данных.
5.6Анализ сложных технологических систем
Принцип Кюри в технологических системах
Принцип Кюри – это принцип расчленения сложной системы автоматики на составные части. Выделяют: общую (симметричную), специализированную (принадлежащую только данному объекту) и сменную части (принадлежащую более чем одной системе управления). В электрофизических установках такими частями могут быть: вакуумная схема, электрическая схема, высоковольтная схема, схема охлаждения элементов, схема индикации параметров, гидравлическая схема и т.д.
Ядро технологического процесса
Основная задача заключается в выделении наиболее главной операции (ядра), обеспечивающего достаточно полный контроль процесса. Для построения ядра технологического процесса следует:
− провести лексический анализ задачи. Цель лексического анализа заключается в уточнении метода достижения задачи с учетом конкретных