1 0.5 0
0.1
0.1
0.2
0.3
Рисунок 18 –Полученный годограф в программе MathCAD
Построение области заданного запаса устойчивости АСР:
Для ПИ-регулятора:
W
inv
(
−mω+ jω
)
=
1
W
0
(−mω+ jω)
=R
¿
(
m, ω
)
+ j I
¿
(m, ω)
W
p
(
−mω+ jω,
c
)
=−R
¿
(
m, ω
)
− j I
¿
(m , ω)
W
p
(
p ,
c
)
=
c
0
p
+c
1
c
0
−mω+ jω
+c
1
=−R
¿
(
m , ω
)
− j I
¿
(
m , ω
)
=−R
¿
− j I
¿
c
0
+c
1
(−mω+ jω)=(−R¿¿¿− j I
¿
)(−mω+ jω)¿
c
0
−c
1
mω+c
1
jω=R
¿
mω+ j I
¿
mω−R
¿
jω+I
¿
ω
c
1
ω=I
¿
mω−R
¿
ω
c
1
=I
¿
m−R
¿
c
0
=c
1
mω+R
¿
mω+I
¿
ω=ω(m
2
+1)I
¿
На рисунке 19 изображена область заданного запаса устойчивости
для АСР с ПИ-регулятором:
45
Wo1
( )
1
90 m
i
( ) 1 40 m
i
( )[ ]
2
e
10 m i ( )
Winv
( )
1
Wo1
( )
C0
( )
m
2
1
Im Winv
( )( )
C1
( ) m Im Winv
( )( ) Re Winv
( )( )
C
0
(ω)
C
1
(ω)
Рисунок 19 – Область заданного запаса устойчивости для АСР с ПИ-
регулятором
Для ПИД-регулятора расчет поверхности заданной степени
колебательности в пространстве параметров настройки
{
с
0
, с
1
, с
2
}
осуществляется путем расчета ряда сечений [1].
Рассмотрим способ определения
Т
д
ПИД-регулятора через
соотношение
α=
Т
д
Т
и
.
На основании формулы:
* *
0
* * *
0
1
( , ) ( ),
( )
( )
p
W m j C R jl
W m j
где R jl W m j инверсная РКЧХ объекта
Координаты получаемого сечения поверхности заданной степени
колебательности рассчитываются следующим образом:
* 2 2 2
1
2
1
0
* *
1
2 2
2 2
(1 )
;
1
2
;
4 1
,
1 4
R m l a aR
С
a
m C
C
C R ml
m m
a
m m
α <2.11
46
На рисунке 20 изображено сечение для ПИД-регулятора при
α=2
.
0 1 2 3
0.01
0.02
0.03
C0
( )
C1
( )
Рисунок 20 – Область заданного запаса устойчивости для АСР
регулирования температуры при
α=2
При расчете оптимальных параметров ПИД-регулятора для различных
значений
α
были получены параметры настройки, при которых
переходный процесс не устанавливается.
Приведем расчетные значения параметров настройки ПИД-регулятора
для значения
α=2
в таблице 5.
Таблица 5 – Интегрально-квадратичный критерий ПИД – регулятора при
α=2
ω,
рад/с
C
0
=
k
p
T
u
C
1
=k
p
Tu ,
с
Td ,
с
I
2 ,
ед.изм
2
0.019 1.6438291 57.8326758 35.1816839 70.3633677 0.00545
47
0.02 1.77197 59.2987487 33.4648709 66.9297417 0.0049297
0.021 1.8878502 60.2518615 31.9155948 63.8311896 0.0045525
0.022 1.9875503 60.6444039 30.5121348 61.0242695 0.0042944
0.023 2.0669044 60.4298618 29.2368927 58.4737855 0.0041421
0.024 2.121518 59.5630944 28.0756966 56.1513932 0.0040915
0.025 2.1467955 58.0007585 27.0173658 54.0347317 0.0041489
0.026 2.1379817 55.7019978 26.0535429 52.1070857 0.0043334
0.027 2.0902307 52.6296336 25.1788636 50.3577271 0.0046848
0.028 1.9987292 48.7523585 24.3916771 48.7833543 0.0052796
При данных параметрах система будет неустойчива, покажем это на
рисунке 21.
Рисунок 21 – Переходной процесс с АСР с ПИД-регулятором при α=2
Рассчитаем интегрально-квадратичный критерий для параметров
настройки ПИД-регулятора при α=0,5 и занесем его в таблицу 6. Для
расчета воспользуемся программой MathCAD:
Таблица 6 – Интегрально-квадратичный критерий ПИД – регулятора при
48
C0 0.024( ) 2.121518
C1 0.024( ) 59.5630944
Tu 0.024( ) 28.0756966
Td 0.024( ) 56.1513932
I2 0.024( ) 0.0040915
α=0,5
ω,
рад/с
C
0
=
k
p
T
u
C
1
=k
p
Tu ,
с
Td ,
с
I
2 ,
ед.изм
2
0.019 0.0345954 3.105388 89.7630848 44.8815424 8.9145499
0.02 0.0361939 3.2195073 88.9517422 44.4758711 7.9637485
0.021 0.0374509 3.3161746 88.5473213 44.2736607 7.3040197
0.022 0.0383283 3.3941997 88.5560207 44.2780103 6.8670831
0.023 0.0387954 3.4525635 88.9941215 44.4970608 6.611303
0.024 0.0388305 3.4904223 89.8885906 44.9442953 6.5128759
0.025 0.0384221 3.5071069 91.278333 45.6391665 6.5609217
0.026 0.0375698 3.5021154 93.2162523 46.6081261 6.7547707
0.027 0.036285 3.4750971 95.7724019 47.8862009 7.102516
0.028 0.0345908 3.4258294 99.0386996 49.5193498 7.6203191
При данных параметрах система будет устойчива, покажем это на
рисунке 22.
Рисунок 22– Переходной процесс с АСР с ПИД-регулятором при α=0,5
Таким образом, оптимальными параметрами настройки ПИД-
регулятора будут:
k
p
=3 ,49 ; T
u
=89 ,89 ;
Td =44,94;
α=0.5
.
W
p
ПИД
(
p
)
=k
p
(
1+
1
T
и
p
+α T
и
p
)
=3 , 49+
3 , 49
89 , 89 p
+156 ,84
49
Покажем точку с оптимальными параметрами настройки на линии
заданного запаса устойчивости для ПИД-регулятора на рисунке 23.
0 1 2 3
0.01
0.02
0.03
C0
( )
C0 0.024( )
C1
( ) C1 0.024( )
Рисунок 23 – Линия запаса устойчивости при оптимальных параметрах
ПИД-регулятора
Полученные показатели качества указывают, что система управления
технологическими процессами регулирования температуры ресторана
ООО «Аврора Руско» нуждается в совершенствовании.
На основании выполненного анализа АСУТП ООО «Аврора Руско»
можно сделать выводы:
- ООО «Аврора Руско» применяет собственные разработки АСУТП,
в условиях, необходимых для заявленных требований по хранению, а
также изготовлению холодильных шкафов АСУ технологическим
процессом в объеме, необходимом для хранения пищевой продукции в
нужном температурном режиме на основе комплектующих и
программного обеспечения мировых производителей;
- в настоящее время в деятельности применяется автоматическая
система управления микроклиматом, которая позволяет вести контроль и
поддержку температурно-влажностных режимов для хранения картофеля,
50
а также овощной продукции и снижения потерь при различных методах
хранения;
- полученные показатели качества указывают, что система
управления технологическими процессами регулирования температуры
ресторана ООО «Аврора Руско» нуждается в совершенствовании.
51
3. МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ РЕСТОРАНА
«АВРОРА РУСКО»
3.1. Постановка задачи модернизации АСУ ТП на примере ООО
«Аврора Руско»
Современные АСУ ТП позволяют реализовывать инновационные
механизмы, а также принципы управления разного типа оборудованием за
счет производительности современных аппаратных систем и
использования новых алгоритмов управления [27].
В условиях теперешнего кризиса, модернизация АСУТП становится
насущной необходимостью, так как является одним с основных
инструментов для сокращения уровня производственных издержек.
Модернизация, а также внедрение современных автоматизированных
систем управления ТП гарантирует достижение целей:
повышение точности функционирования оборудования;
увеличение качества ТП;
оптимизация производственных циклов при получении
продукции с качественными показателями;
расширение круга разных выполняемых задач на уровнях
производства;
снижение влияния ошибок персонала.
Вложения в автоматизацию разного рода технологических процессов
позволяет получать эффективный инструментарий для управления
производством.
И тем самым обеспечить практическое достижение оптимальных
производственных показателей, оптимальной экономической
эффективности предприятия.
52
Рассмотрим основные причины для выполнения модернизации и
внедрения новых АСУТП в ООО «Аврора Руско» [39]:
– отсутствие точных инструментов для контроля работы АСУ
холодильного оборудования, поскольку эта АСУ была создана силами
ООО «Аврора Руско»;
– отсутствие плавного изменения температуры. В результате
этого «шоковые» перепады температуры для хранимой пищевой
продукции с негативной стороны влияет на ее качество и срок годности;
– отсутствие совокупности воздушных каналов, которые бы
равномерно охлаждали весь объем холодильного оборудования;
– отсутствие АСУТП для хранения и обработки молочной
продукции;
– отсутствие перечня средств защиты имеющихся в ООО
«Аврора Руско» АСУТП;
– использования устаревшего программного и аппаратного
обеспечения для функционирования АСУ ТП.
После проведения ООО «Аврора Руско» работ по внедрению
описанной АСУ ТП, режимы холодильного оборудования должны
отвечать следующим требованиям:
– поддержание температурных режимов для всех зон
холодильников, за счёт автоматического управления работой
охладительного и вентиляционного оборудования;
– плавный набор температуры за счёт работы холодильников;
– контроль температуры потока холодного воздуха, отбираемого
на участке охлаждения с удержанием температурных порогов на переходе;
[16]
– контроль температуры каждого вида продукции, выходящего с
холодильного оборудования, не превышая заданной;
53
– контроль температуры, а также объём отбираемого
теплоносителя;
– контроль по удержанию разных аэродинамических
показателей загрузки и выгрузки холодильного оборудования, не нарушая
технологического режима для конкретного вида пищевой продукции;
– общий контроль, а также согласование каналов холодильного
оборудования по аэродинамическому показателю;
– управление и контроль по температуре воздушных каналов;
– управление технологическим процессом можно выполнить как
с монитора АРМ оператора, так и удалённо[33].
3.2. Требования к аппаратному и программному обеспечению для
выполнения модернизации АСУТП
Техническое (аппаратное) обеспечение – это комплекс технических
инструментов, обеспечивающих выполнение практически всех функций
АСУТП, а также обеспечивающих уровень взаимодействия персонала с
техническими средствами разрабатываемой системы и с исследуемым
технологическим процессом.
В состав данного обеспечения АСУТП входят [2]:
– средства сбора информации;
– программируемые логические контроллеры;
– исполнительные устройства;
– устройства распределенного ввода/вывода;
– инженерные станции;
– операторские станции;
– серверы;
– панели оператора;
– сетевые адаптеры;
54