3.1. Алгоритмы, входящие в состав простого регулятора

ВАА (07) – ввод сигналов аналоговый по группе А (рис. 5); АВА – вывод аналоговых значений (рис. 6).

	Х1, Х2 – выходные сигналы, например, регулятора
Рис. 5. Структура алгоритма ввода аналоговых сигналов	Рис. 6. Структура алгоритма вывода аналоговых сигналов

Алгоритм АВА предназначен для выдачи информации из контроллера через модуль УСО МАС на ту же группу, так как модуль МАС в нашем случае находится в группе А. Код алгоритма АВА равен 11. Максимальное значение модификатора m равно двум. Итак, алгоритм ВАА вводит информацию с УСО контроллера, а алгоритм АВА – выводит. Это всё происходит в ОЗУ контроллера, а нам надо наблюдать значения сигналов, параметров. Для этого служит алгоритм оперативного контроля ОКО. Необходимо только подать на его входы наши сигналы и мы автоматически увидим их на лицевой панели (ЛП) контроллера. Значения параметров будут отображаться на цифровых индикаторах ЛП, состояния дискретных сигналов – на светодиодах ЛП в соответствии с алгоритмом работы ОКО. На рис. 10 перечислены входы алгоритма ОКО и их взаимосвязь с ЛП.

Рассмотрим три алгоритма: ЗДН, РАН, РУЧ, которые являются основой стандартного ПИД-регулятора в контроллере Р-130.

ЗДН – Алгоритм формирования задания регулятору

Алгоритм формирования задания регулятору ЗДН, код 24, представлен на рис. 7. В алгоритме ЗДН формируется задание регулятору.

С помощью переключателя вида задания выбирается один из трех видов задания: ручное задание РЗ, программное задание ПЗ или внешнее задание ВЗ.

Рис. 7. Структура алгоритма ЗДН

Ссб – признак статической балансировки; Сдб – признак динамической балансировки; Vдб – скорость динамической балансировки; РЗ – ручное формирование задания регулятору; ВЗ – внешнее задание; ПЗ – программное задание; Хвн – сигнал внешнего задания; Хпр,1 – вход первого программного задатчика. В нашем случае сюда подают сигнал задания с выхода алгоритма ПРЗ. Yздн – выход алгоритма, значение задания, которое поступает на первый вход алгоритма РАН в качестве задания.

Через этот алгоритм к регулятору подключаются также программные задатчики Хпр и сигнал внешнего задания Хвн.

3.2. Безударные переключения регулятора

Вначале рассмотрим переход регулятора из ручного режима в автоматический. В ручном режиме регулятор отключен. Для безударного перехода из ручного режима в автоматический в контроллере Р-130 следует установить признак статической балансировки. Признак статической балансировки задаётся командой Ссб = 1 по первому входу алгоритма ЗДН. В контроллерах Ремикон Р-130 [22, 25] такой режим формирования задания регулятору назван статической балансировкой. Название выбрано разработчиками, с точки зрения автора, неудачное. Этот признак лучше назвать признаком безударного перевода регулятора с ручного режима в автоматический. В дистанционном или ручном¹¹ режиме (когда регулятор отключается) в алгоритме ЗДН включается режим слежения, при котором Хздн = Xi, то есть сигнал задания отслеживает значение регулируемой переменной, и в момент переключения в автоматический режим величина рассогласования равна нулю ( = Хздн – Хi ≈ 0). В данном случае мы имеем процедуру обратного счета [13, 25, справочник Редитора Р-130]. На выходе алгоритма РАН в этот момент сигнал регулирования не изменяется: ∆U = 0. Поэтому положение исполнительного механизма (ИМ) остаётся неизменным. Такой переход с ручного режима на автоматический называют безударным. Если Ссб = 0, то в ручном режиме в алгоритме ЗДН никакого слежения не происходит (задание не меняется). В этом случае возможны удары при переходе регулятора в автоматический режим.

При переходе из режима автоматического регулирования на ручное сигнал регулирования на выходе алгоритма РУЧ сохраняется неизменным, следовательно, и положение ИМ сохраняется неизменным, то есть переключение осуществляется безударно. В этом случае безударность обеспечивает алгоритм РУЧ. Таким образом, обеспечивается безударный переход в обоих направлениях.

Существует ещё один момент при практической реализации регулятора: при работе в автоматическом режиме (режим стабилизации) в большинстве случаев переход с одного задания на другое должен осуществляться плавно. Для этого в алгоритме ЗДН предусмотрен другой признак, признак динамической балансировки Сдб. Корректнее было бы его назвать признак плавного изменения задания. Скорость динамической балансировки или скорость перехода с одного задания на другое обозначается Vдб. Скорость изменения задания установлена в %/с. Например, оператор изменил задание скачком с 40 на 60. Если Vдб = 5, то это значит, что задание регулятору изменится не скачком, а плавно, шагами: начиная с 40, через одну секунду будет 45, ещё через секунду 50 и так далее до 60. К сожалению, в контроллере Р-130 режим динамической балансировки реализован не совсем так.

В автоматическом режиме задание регулятору можно изменять или с ЛП, или с ПЭВМ, если настроен пакет верхнего уровня (работает SCADA-система).

Вопросу безударных переключений уделяет внимание и Эндрю Парр [141, с. 204-206]. По сути, он предлагает то же самое, но реализация сложнее и не так очевидна. Проблема безударности относится в основном к задачам автоматического регулирования.

РАН – Регулирование аналоговое

Код алгоритма 20.

Алгоритм РАН является основным в структуре регулятора (рис. 8). Алгоритм используется при построении ПИД-регулятора, имеющего аналоговый выход.

Рис. 8. Структура алгоритма РАН

Х1 – задание; Х2 – значение регулируемой величины; Км – коэффициент масштабирования; Тф – постоянная экспоненциального фильтра; Х – зона нечувствительности; Кп – коэффициент пропорциональности; Ти – время интегрирования; Кд – коэффициент дифференцирования; Xmin, Xmax – ограничения сигнала регулирования по минимуму и максимуму; Y – выход регулятора; Y – величина рассогласования (₁); ₁ – рассогласование до зоны нечувствительности; ε2 – величина рассогласования после зоны нечувствительности; Dmax, Dmin – признак выхода сигнала регулирования или за верхнюю границу (Xmax), или за нижнюю границу (Xmin). Алгоритм будет правильно работать, только если Хmax > Хmin.

Узел автонастройки коэффициентов регулятора: Кп, Ти и Кд. При дискретном сигнале на входе Снас = 1 алгоритм РАН переходит в режим настройки, и в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания. Параметры этих колебаний (амплитуда и период), которые контролируются на выходе Yе, используются для определения параметров настройки регулятора (методика настройки приведена в описании алгоритма автонастройки АНР). Для перехода в режим работы устанавливается сигнал Снас = 0. Необходимо отметить, что существуют более эффективные методы нахождения настроек регулятора.

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев: фильтр, сумматор, звено, реализующее зону нечувствительности, сам ПИД-регулятор, ограничение на сигнал регулирования. Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два входных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования (без учета фильтра) равен 1 = X1 – Kм · X2.