11. Проверить температуру в баке. Если температура упала ниже .заданного предела, то закрыть Клапан X и открыть клапан В для опорожнения бака.

12. Закрыть клапан В. Повторить все этапы с самого начала.

Многие системы предназначены для управления очередностью выполнения операций, которая зависит от некоторых логических условий, как в приведенном примере. Входные и выходные данные системы являются бинарными в том смысле, что датчики контролируют два состояния или граничное значение, например клапан открыт или закрыт, индикатор сработал или нет, кнопочный выключатель нажат или отжат и т. д.; и команды управления имеют аналогичный формат - запустить/остановить двигатель, включить/отключить нагреватель и т. п.

Если задача управления основана только на бинарной логике, то очевидно, что решать ее удобнее и проще цифровыми средствами. Существуют так пазьпшемые програ.ммируемые логические контроллеры, специально со.зданные для решения таких задач. Более подробно эти устройства рассмотрены в главе 7.

2.2.2. Простой контур управления - регулятор температуры

Рассмотрим бак, заполненный жидкостью, температура которой должна поддерживаться постоянной (рис. 2.8). Все сигналы в этом примере - аналоговые, т. е. изменение температуры отслеживается непрерывно, в отличие от предыдущего примера, где проверялось лишь превьннение порогового значения, а подача тепла может регулироваться плавно.

Рис. 2.8. Простая система регулирования температуры

Температура измеряется датчиком, выходное напряжение которого пропорцио-нальнотекущей температуре (пропорциопапыгая зависимость существует как .мигн1-.vfy.M в интересующем диапазоне температур). Измерегп1Я периодически, например каждую секунду, поступают в компьютер, и текущее значение температуры сравнивается с требуемым (опорным), которое хранится в памяти компьютера. Величина Нагрева или охлаждения рассчитывается по разности между опорным и измеренным :л1ачениями (рис. 2.9).

В зависимости от исполнительного механизма - устройства, непосредственно в.;шяюп1его па процесс, - меняется вид управляющего сигнала, подающегося на его

вход. Температуру можно регулировать с помощью нагревателя, периодически включаемого на .заданный интервал времени, или исполь.зовать теплообменник, соединенный с трубопроводами пара и холодной воды. В первом случае управляющим действием является момент включения нагревателя; во втором - регулирование осуществляется за счет открытия или закрытия клапанов трубопроводов пара и охла>к-дающей жидкости.

Рис. 2.9. Простой контур управления - система регулирования температуры

Регулятор температуры де.монстрирует некоторые основные свойства контура управления. Температура должна измеряться с частотой, определяемой постоянной времегш процесса. Если теплое.мкость бака велика, то постоянная времени имеет относительно большое значение. Наоборот, если объем бака небольшой, а нагреватель мощный, то постоянная времени процессамала и система управления должнадоста-точно часто измерять температуру и включать или отключать нагреватель. Таким образом, при проектировании цифровой системы управления должны быть учтены основные динамические характеристики процесса. Соответствующие а7Ц-оритмы регулирования будут изложены в главе 6.

2.2.3. Генерация опорного значения

Иногда в хи.мической реакции необходимо поддерживать величину температуры в соответствии с опорным значением (reference value) - уставкой (setpoint value), -которое постоянно пересчитывается во вре.мя протекагтя процесса. Вычисление опорной температуры не должно иметь заметного запаздывания - каждое ее новое значение должно быть рассчитано до момента очередного сравнения с текущей температурой. Этот процесс схематично представлен на рис. 2.10.

Система, отслеживающая значение опорного сигнала с достаточной точностью и быстротой, называется сервомеханизмо.м или, кратко, серво. В сервосистемах опорные значения либо рассчитываются, либо задаются в виде таблиц. Например, в системе управления роботом перемещения манипулятора как функция времени описываются траекторией. Траектория рассчитывается заранее как кривая в пространстве, которая называется путь {j>ath) или контур (contour) и хранится в табличном виде в памяти компьютера вместе с заданными интервала.ми времени. Таким образом, набор опорных значений для контроллеров положения пшрниров манипулятора известен в любой момент времени. Однако во многих случаях траектория должна рассчитываться одновременно с перемещением манипулятора робота, что сунюствеипо загружает ЦП из-за сложной геометрии манипулятора.

вычисление

опорного

значения

опорное

значение

(устает)

контроллер

управляющий компьютер

сигнал управления

технический процесс

результат измерения

Рис. 2.10. Генерация опорного значения

Каждое вновь вычисленное опорное значение сравнивается с текущим положением. Затем компьютер посылает сигналы коррекции двигателям, управляющим механическими шарнирами. Должна быть также предусмотрена и обратная операция определение положения магтпулятора по углам поворотов шарниров. Оба вида расчетов требуют значительных вычислительных ресурсов и критичны но времени.

2.2.4. Системы, содержащие несколько контуров управления

Во многих приложениях необходимо регулировать сразу несколько параметров -температуру, уровень, давление, положение и т. д., - для Каждого из которых используется свой контур управления. В большинстве случаев эти отдельные задачи можно решить независимо друг от друга с помощью локальных спениа7Шзированных регуляторов наосновеалгоритма, аналогичного показанному на рис. 2.9, Альтернативным решение.м является использование центрального управляющего компьютера, который выполняет одну и ту же программу для различных параметров и входных данных каждого контура. Эта управляющая подпрограмма для каждого контура может исполняться со своей периодичностью, при этом компьютер должен обладать доста-точгпями ресурсами для обработки всех данных за требуемое время.

Рассмотрим офисное здание или многоквартирный дом, в котором необходимо регулировать температуру каждой отдельной комнаты. Фактическое значение температуры в каждой комнате зависит от влияния внешних факторов - открытых или закрытых окон и дверей, количества людей в комнате, включено ли освещение и т. д. Для регулирования температуры в этом случае можно использовать один компьютер, который поочередно обслуживает каждую комнату. Компьютер многократно исполняет одну и ту же программу управления каждый раз с новыми значениями выходных и входных переменных.

2.2.5. Взаимосвязанные системы

На сложных производствах одновременно используются разные типы управления, и, соответственно, существует взаимосвязь между частны.ми процессами. Например, запуск промышленного процесса может заключаться в выполнении ряда последовательных шагов анало1Т1чно хи.мическому реактору из ра.здела 2.2.1. После Достижения процессом заданного рабочего состояния управление переводится на систему регулирования с обратной связью для более точного поддержания требуемого режи.ма. При.мерами в этом смысле могут служить система .электропривода и хими-