Распределенные модели устройств автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.311

РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

А.Н. Андреев

Рассмотрены принципы построения моделей микропроцессорных устройств автоматического управления на основе алгоритмического моделирования в режиме реального времени. Показана возможность практической реализации таких систем на базе программного комплекса Multi-Control. микропроцессорный автоматический программный

При изучении особенностей работы устройств автоматического управления одной из важнейших задач является анализ взаимодействия отдельных устройств релейной защиты и автоматики между собой [1]. Многообразие, как самих устройств, так и режимов работы электроэнергетической системы не позволяет однозначно оценить характер этого взаимодействия. Поэтому актуальна задача моделирования автоматических систем управления на базе персональной ЭВМ. Моделирование связки объект управления - устройство управления достаточно проработано [2,3]. Однако, в случае необходимости моделирования нескольких устройств автоматического управления, формирующих управляющие воздействия на один или несколько объектов, связанных между собой, классические методы моделирования оказываются достаточно громоздкими.

Кроме того, рассматриваемая задача осложняется тем, что современные средства автоматического управления выполняются, как правило на микропроцессорной элементной базе, обладающей рядом особенностей, таких как, дискретность управляющих воздействий, ограничение точности регулирования разрядностью цифро-аналоговых преобразователей и др. Учет этих и других особенностей в рамках математической модели достаточно сложен и нетривиален.

Переход на микропроцессорную элементную базу позволяет использовать в качестве модели устройства автоматического управления не математическую, а алгоритмическую модель, представляющую собой программу, интерпретирующую алгоритм работы устройства автоматического управления. А для объекта управления - его математическую или физическую модель. В этом случае можно получить систему независимого моделирования нескольких автоматических устройств, управляющих работой отдельных энергетических объектов связанных между собой (механическая и/или электрическая связь). Примером такой системы может быть модель электроэнергетической системы, содержащая модель турбины, генератора, трансформаторов, линий электропередач, выключателей и др. А также, набор свободно программируемых микроконтроллеров, снабженных модулями сопряжения с объектами модели и обеспечивающие автоматическое управление ими.

Для практической реализации приведенного метода моделирования устройств автоматического управления разработан программный комплекс Multi-Control (МС), позволяющий моделировать независимую работу до 12 устройств автоматического управления. Каждое устройство представляет собой виртуальную модель промышленного образца свободно-программируемого контроллера FPC101AF, обладающего набором из 10 аналоговых и 20 дискретных входных/выходных сигналов. Взаимодействие контроллеров между собой и с объектом управления обеспечивается благодаря наличию в среде МС гибких средств маршрутизации виртуальных аналоговых и дискретных сигналов. Кроме того, программный комплекс поддерживает работу с устройствами ввода-вывода электрических сигналов, что позволяет передать контроллеру реальные сигналы токов и напряжений и получить от него реальные сигналы управления. Таким образом, программный комплекс Multi-Control позволяет создавать системы автоматического управления как физическими объектами, так и моделями этих объектов. Общая структурная схема комплексов автоматического управления в Multi-Control показана на Рис.1.

Рис.1 - Структурная схема комплекса автоматического управления

Работа программного комплекса Multi-Control построена по принципу эмуляции множества независимых виртуальных устройств - контроллеров, каждый из которых работает по своему собственному алгоритму и выполняет свой набор функций. Контроллер является свободно-программируемым и может управлять одним или несколькими физическими объектами. Наличие в МС нескольких контроллеров позволяет создавать сложные системы автоматического управления, состоящие из нескольких объектов и представляющих собой одну общую систему, в которой управление каждым объектом осуществляется от своего устройства управления, с возможностью передачи сигналов между ними. Естественно, что эффективность работы такой модели напрямую зависит от эффективности работы механизма многозадачности персонального компьютера (ПК), поэтому рекомендуется использовать ПК на базе процессоров с поддержкой Hyper-Threading, эмулирующих работу нескольких процессоров на аппаратном уровне.

Если в качестве объекта управления выступает модель электрической системы, то реализация сложного комплекса автоматического управления моделью сводится к разработке относительно простых алгоритмов работы отдельных автоматических устройств, таких как АРЧВ, АРВ, АПВ, АВР и др., и настройке их параметров при совместной работе. Созданная таким способом система близка по принципу построения к реальным комплексам автоматического управления электроэнергетическими объектами и позволяет изучить не только работу отдельных устройств релейной защиты и автоматики, но и исследовать взаимодействие этих устройств между собой.

Таким образом, рассматриваемая система позволяет моделировать работу комплекса устройств автоматического управления в режиме реального времени. Практическое применение подобной системы заключается в возможности исследования работы устройств автоматического управления на реальных объектах, их физических или математических моделях, исследования особенностей взаимодействия устройств автоматического управления в различных режимах работы объекта управления, применении в процессе проектирования микропроцессорных средств защиты и автоматического управления.

Литература

1. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов / Под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 504 с.

2. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985. - 535 с.

3. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления. - СПб: Политехника, 1998. - 294 с.

Размещено на Allbest.ru