2.5Ідентифікація об’єктів управління

Технологічні процеси служать матеріальною базою будь-якого виробництва, тому для підвищення таких характеристик виробництва, як продуктивність, якість (надійність) продукції, що випускається, рентабельність виробництва, необхідно забезпечити «керованість» процесів і впровадити автоматизовані системи керування ними.

У поняття «технологічний процес як об'єкт керування» включається, зокрема, технологічне устаткування, крім датчиків і виконавчих органів, що є конструктивними елементами устаткування, але входять до складу технічних засобів АСУТП, тому керування технологічним процесом у наступному викладі означає керування режимами роботи технологічного устаткування.

Під терміном «керований технологічний процес» надалі розуміється такий процес, для якого визначені вхідні контрольовані впливи (керуючі, керовані), установлені детерміновані або імовірністні залежності між вхідними впливами і вихідними параметрами виробу, що випускається, (продукту), розроблені методи автоматичного виміру вхідних впливів і вихідних параметрів (всіх або їхньої частини) і методи керування процесом. Таким чином, керований технологічний процес являє собою процес, у принципі підготовлений для впровадження АСУТП, тобто для створення системи технологічний процес – АСУТП (рис. 2.3).

Системний підхід при проектуванні АСУТП – нова характерна риса автоматизації виробництва на сучасному етапі. У розроблювача системи в період підготовки процесу до керування за допомогою АСУТП з'являються додаткові можливості і модифікувати сам процес. При цьому розробка керованого технологічного процесу може бути тим ефективніше, ніж складніше система: від окремої елементарної технологічної операції до комплексу технологічних процесів. Варто помітити, що принципово байдуже, чи є процес керування в системі цілком автоматичним або ж в окремих (або усіх) контурах керування бере участь людина – оператор. Строго говорячи, на сучасному етапі без участі людини (принаймні в підготовчих, допоміжних, контрольних операціях) не вдається здійснити керування технологічними процесами будь-якого виробництва, тому термін АСУТП виступає поки найбільш загальним.

1 – ЕОМ; 2 – пристрою зв'язку з оператором; 3 – оператор; 4 – УСО;

5,9 – автономні пристрої візуального контролю; 6,9 – датчики;

7 – виконавчі органи; 10 – ТОУ

Рисунок 2.3 – Узагальнена блок-схема системи технологічний процес – АСУТП

Системами автоматичного керування можна умовно назвати сучасні системи, що забезпечують виконання основної технологічної операції і тим більше послідовності операцій у керованому процесі без утручання людини.

Задачу, виконувану в системі технологічний процес – АСУТП, можна сформулювати в такий спосіб: по отриманим даним про технологічний процес скласти прогноз ходу технологічного процесу, а також скласти і реалізувати такий план керуючих впливів (у тому числі зміна режимів роботи устаткування), щоб у визначений момент часу стан технологічного процесу відповідало деякому екстремальному значенню узагальненого критерію якості процесу. Для рішення цієї задачі необхідно мати математичну модель процесу, що складає основний зміст алгоритму керування, реалізованого АСУТП.

Математична модель

У загальному виді математична модель системи технологічний процес – АСУТП являє собою залежність виду

₍₁₎

де у = {у₁, y₂, ..., y_n} – вихідна перемінна;

– час від початкового циклу дії АСУТП до одержання контрольної інформації про результати цієї дії;

А – оператор дії АСУТП у цілому;

– вхідні контрольовані впливи;

В и F – оператори керуючих і некеруючих впливів;

– контрольовані, але некеровані впливи (наприклад, вимірювані параметри вихідних матеріалів, використовуваних у процесі);

– неконтрольовані впливи.

У вираженні (1) інтервали зміни тимчасових параметрів і

_,

де – початок відліку часу;

– тривалість інтервалу спостереження за поводженням процесу.

У початковий момент часу в (t₀) = 0, тобто результат дії системи керування дорівнює нулю. Отже, у(t) для АСУТП є кусочно–гладка монотонна неубутна функція, оскільки негативне значення випуску продукції не має змісту. За t₀ у функції в (t) можна прийняти будь-який момент часу.

З урахуванням обмежених ресурсів системи керування і процесу вид математичної моделі в першу чергу залежить від співвідношення між часом реалізації керуючого впливу і тривалості циклу технологічного процесу. У загальному випадку час запізнювання керуючого впливу щодо зміни стану технологічного процесу

_{, (2)}

де п – деяка константа, 0 < n < ;

– час, що пройшов від зміни стану вхідних параметрів процесу до зміни вихідних параметрів (час процесу).

Для АСУТП із керуючими ЕОМ завжди п > 0; якщо 0 < n  1, те можливо синхронне керування в реальному часі. У цьому випадку

_{, (3)}

де і – час введення й обробки інформації про процес в ЕОМ;

– час відпрацьовування керуючого впливу;

– час «чистого» запізнювання, тобто час від початку дії нових керуючих впливів By (t) до одержання контрольної інформації про нове значення вихідної перемінної.

Одним із простих практичних прикладів реалізації математичної моделі з тимчасовим співвідношенням 0 < п  1 служить багатоконтурна стабілізація параметрів процесу по одному з відомих законів регулювання (П, ПІ, ПИД) у режимі прямого цифрового керування від ЕОМ.

При п > 1 можна керувати не поточним, а тільки наступним станом стаціонарних процесів. У цьому випадку керуюча ЕОМ реалізує циклічний алгоритм керування в масштабі часу, кратному реальному (п = 1, 2, 3 ...).

Практичними прикладами можуть служити також різні алгоритми адаптивного керування. Слід зазначити, що граничний випадок має ясний фізичний зміст; він відповідає стану системи керування без зворотного зв'язку (з порушеним зворотним зв'язком).

Досить часто при проектуванні АСУТП, що реалізує синхронний алгоритм керування, приходиться враховувати, що існуючі в процесі некеровані впливи і можуть бути визначені і враховані не в поточному, а в наступному стані процесу (наприклад, після попередньої статистичної обробки результатів керування процесом).

Оскільки – вектор випадкових впливів, характер яких у загальному випадку невідомий, вираження (1) приймає вид

_{, (4)}

де – символ математичного чекання.

У цьому випадку доцільно говорити про «синхронно–циклічний» алгоритмі керування.

Приведений загальний аналіз алгоритму роботи системи технологічний процес АСУТП можна поширити на процеси як безперервні, напівбезперервні, так і на дискретні з обліком ієрархічності виробництва.