книги / SCADA-╤Б╨╕╤Б╤В╨╡╨╝╤Л ╨║╨░╨║ ╨╕╨╜╤Б╤В╤А╤Г╨╝╨╡╨╜╤В ╨┐╤А╨╛╨╡╨║╤В╨╕╤А╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П ╨Р╨б╨г ╨в╨Я

влять при помощи технологии DDE (dynamic data exchange - ди­ намический обмен данными).

Для реализации процесса разделения нефти (рис. 7.47) ис­ пользуется ряд секций (или печей) предварительного подогрева нефти 1, узел смешения отдельных потоков нефти от печей 2, длинный трубопровод 3 для подачи подогретой нефти в колонну разделения 4 [21].

Ректификационная

колонна

Рис. 7.47. Технологический процесс разделения нефти

Основными регулируемыми параметрами данного технологиче­ ского процесса являются температура подогретой нефти на выходе печи г, и температура r нижней части колонны г. Если обеспечива­ ется поддержание на заданном уровне указанных температур, то тем самым обеспечивается и заданное качество получаемых продуктов из нефти. Так как данный технологический процесс сопровождается действием возмущений со стороны окружающей среды, необходимо иметь систему регулирования, обеспечивающую поддержание за­ данных температур X/ и ,v и одновременно компенсирующую влия­ ние возмущений на значения этих температур.

Определение оптимальных настроек регулятора. Опти­ мальные настройки регулятора будут определяться для системы, изображенной на рис. 7.48. Условия качественного ведения техно­ логического процесса обеспечиваются следующими значениями переменных (рабочие точки): Х| = 360 °C; х = 340 °C; вых2 = 60 %. Положение вых2 регулирующего органа (заслонки) задается в

303

процентах: 0 % — заслонка перекрыта, 100 % — заслонка открыта полностью.

Рис. 7.48. Структурная схема каскадной системы регулирования

Использование так называемого каскадного регулятора связано с тем, что печь подогрева является более быстродействующим объектом, чем колонна. Следовательно, инерционность внутренне­ го контура регулирования значительно меньше, чем инерцион­ ность внешнего контура. Поэтому можно считать, что переходные процессы во внутреннем контуре успевают практически полно­ стью закончиться до того, как они возникнут во внешнем контуре. В этом случае имеется возможность произвести выбор настроек регуляторов независимо друг от друга.

Поскольку инерционность внутреннего контура регулирования значительно меньше инерционности внешнего контура, быстро­ действие регулятора РЕГ.2 может быть сделано существенно большим быстродействия регулятора РЕГ.1. В связи с этим изме­ нение заданного регулятору РЕГ.2 значения зад2 происходит на­ столько медленно, что практически этот регулятор успевает под­ держивать промежуточную регулируемую величину Xi почти точно на заданном значении, т. е. в процессе работы системы регу­ лирования соблюдается равенство

системы уравнений

304

*1 (5) = Wn (5). вых2($);

x(s) = Жоб (5). вых2(^);

X\ (s) as зад1(5).

Исключив из этой системы A',(s) и вых2($), найдем

Таким образом, в рассматриваемом случае структурная схема системы, приведенная на рис. 7.48, может быть заменена прибли­ женной структурной схемой одноконтурной системы с одним ре­ гулятором РЕГ. 1 и регулируемым объектом с передаточной функ­ цией ^об.е2(-у) = ^к(«у) (рис. 7.49),

Рис. 7.49. Замена структурной схемы двухконтурной системы одноконтурной для РЕГ. 1

Оптимальные настройки для регулятора РЕГ.2 будем находить из предположения, что регулятор РЕГ.1 выключен. Тогда струк­ турную схему, приведенную на рис. 7.48, можно заменить схемой, приведенной на рис. 7.50. Преобразованная система моделируется в Трейс Моуд.

Оптимальные настройки для каждого из регуляторов опреде­ ляются в MatLab по приближенной амплитудно-фазовой частотной характеристике (АФЧХ) разомкнутой системы. Использование этого метода целесообразно в том случае, если система регулиро­ вания уже смонтирована, т. е. при ее наладке [22].

Суть метода заключается в определении значения АФЧХ ра­ зомкнутой системы для частоты пересечения ее с отрицательной вещественной полуосью при произвольной настройке регулятора,

305

где rc - возвращаемый код: 1 либо 0;

channel - канал, назначенный для обмена данными функцией ddeinit;

item - имя переменной, значение которой будет изменено; в нашем случае - имя одного из изменяемых каналов Трейс Моуд: К1, КП, К2, KI2;

data - новое значение переменной; в нашем случае - рассчи­ танные оптимальные значения параметров регулятора.

После того как обмен данными завершен, необходимо закрыть связь между приложениями. Для этого в пакете MatLab использу­ ется функция ddeterm, которая имеет один аргумент - канал, на­ значенный для обмена данными функцией ddeinit. Функция ddeterm возвращает единицу, в случае успешного закрытия связи, либо нуль, в случае, если связь закрыть не удалось.

Для пересылки рассчитанных оптимальных параметров на­ стройки регуляторов из пакета MatLab в Трейс Моуд была написа­ на функция regul, которая осуществляет расчет оптимальных па­ раметров регуляторов при помощи вызова функции иг, а затем пересылает вычисленные значения параметров в Трейс Моуд при помощи описанных выше функций. Функция regul не имеет ни входных, ни выходных параметров.

Результаты моделирования показали, что обмен данными про­ исходит динамически в режиме реального времени.

7.4. Нечеткая система обогрева-охлаждения здания

Нечеткие логические регуляторы (НЛР) позволяют управлять процессами, для которых сложно получить математическое описа­ ние. В Трейс Моуд реализована возможность управлять объектами, параметры которых заданы с помощью качественного описания.

Структура НЛР показана на рис. 7.51. Определение управляю­ щих воздействий состоит из четырех основных этапов:

1)получение отклонения;

2)преобразование значения отклонения к нечеткому виду, та­ кому как «сильное», «среднее», «слабое»;

3)оценка приращения управления по заранее сформулирован­ ным нечетким правилам принятия решения;

4)вычисление детерминированного выхода, необходимого для регулирования процесса.

308

Рис. 7.51. Структура нечеткого логического регулятора

НЛР работают на основе нечеткой логики, основным понятием которой является понятие нечеткого множества. Нечеткое множе­ ство описывает параметр процесса на естественном языке, напри­ мер множество больших чисел, множество очень высоких темпе­ ратур. Нельзя однозначно сказать, принадлежит число нечеткому множеству больших чисел или нет, для этого надо определить сте­ пень принадлежности числа данному множеству. Пусть имеется четкое множество X целых чисел от 1 до 10 и нечеткое множество больших чисел. Степень принадлежности - это число от 0 до 1, например степень принадлежности числа 10 нечеткому множеству больших чисел равна 1, числа 8 - 0.8, числа 5 - 0.5, числа 1 - 0.1. Математически нечеткое множество описывается функцией при­ надлежности Цбч, которая формируется из отдельных степеней принадлежности и изменяется в интервале от 0 до 1. Для нечеткого множества больших чисел функция принадлежности может иметь вид, показанный на рис. 7.52.

Операции нечеткой логики, используемые при обработке пра­ вил и при выводе, те же, что и в четкой логике, т. е. И, ИЛИ, НЕ. Этих операций достаточно для описания любых правил управления (например, операция И эквивалентна операции ТО). Операции не­ четкой логики производятся над нечеткими множествами, т. е. над их функциями принадлежности. Операция И реализуется как опе­ рация взятия минимума, ИЛИ - как операция взятия максимума.

Вывод управляющего воздействия производится на основе композиционного правила вывода, которое вычисляется как максиминная композиция функции принадлежности поступившего отклонения и имеющихся нечетких правил.

Результатом нечеткого вывода является функция принадлеж­ ности управления, т. е. управление в нечетком виде. В качестве

309

метода преобразования полученного нечеткого управляющего воз­ действия в четкое, который называется дефазификацией, обычно используется метод центра тяжести, или метод весов.

Рис. 7.52. Функция принадлежности множества больших чисел

НЛР могут использоваться как для объектов, имеющих только качественное описание, так и для объектов, имеющих существенно нелинейные характеристики. Мировая практика показывает, что и в этом случае НЛР действуют лучше линейных регуляторов.

Нечеткий регулятор в Трейс Моуд (FZCTR). Библиотека не­ четкого управления в Трейс Моуд содержит два функциональных блока.

Функциональный блок FZCTR реализует функцию нечеткого регулятора и находится в библиотеке алгоритмов «Регулирование» (рис. 7.53). Он имеет три функциональных входа и два выхода. На вход INP подается регулируемая величина. Вход PV предназначен для ввода значения уставки (задания). Вход МАХ ограничивает величину приращения управляющего воздействия. Это ограниче­ ние вычисляется как произведение данного входа и рассогласова­ ния задания и регулируемой величины.

На выходе Q блока формируется величина управляющего воз­ действия. Выход dQ используется для вывода величины прираще­ ния управляющего воздействия на текущем пересчете блока.

Значения выходов формируются по следующему алгоритму:

Q — Q\ + dQ,

dQ = kg dQx + kn dQ„ + ks dQ,,

где Q - управляющее воздействие;

310