Реализация алгоритмов автоматического регулирования в SCADA КРУГ-2000

Рассматриваются вопросы создания систем автоматического управления на базе SCADA КРУГ-2000 с применением "настраиваемых" алгоритмов управления объекта "Аналоговая выходная переменная" и специально разрабатываемых алгоритмов на технологическом языке программирования..
Одним из важных вопросов при создании АСУТП является реализация алгоритмов автоматического управления ТП. Современные средства ВТ позволяют применять достаточно сложные законы автоматического управления, начиная от обычного ПИД закона и заканчивая алгоритмами адаптивного управления, Fuzzy-управления и управления с использованием самообучающихся нейронных сетей. Кроме функций, реализующих закон управления, регуляторы обычно обладают "сервисными" функциями, такими, например, как зона нечувствительности, сигнализация по отклонению от задания и ходу ИМ, переход в ручной режим при недостоверности регулируемой переменной, организация каскадной схемы системы управления и т.д. Реализация таких функций в виде программ пользователя на технологических языках программирования требует больших трудозатрат на их отладку и написание программного кода. С другой стороны, данные функции являются "стандартными", т.е. используются в большинстве САУ. Время, затрачиваемое на создание алгоритмов автоматического управления, является одним из показателей качества среды разработки интегрированной SCADA и является одним из критериев при его выборе.
Существует несколько подходов к решению данной проблемы.

• Все алгоритмы пишутся на технологическом языке программирования (возможно применение специальных функций языка, реализующих тот или иной алгоритм, например, интегрирующее звено, дифференцирующее звено, фильтр, зона нечувствительности и т.д.). Такой подход используется во многих современных системах.
• Алгоритмы регулятора реализованы в виде одного настраиваемого блока. В этом случае разработчику АСУТП приходится "подстраиваться" под уже имеющиеся алгоритмы, реализованные в системе, а введение новых функциональных возможностей требует больших трудозатрат. Использование таких блоков крайне неудобно для разработчика АСУТП, и с развитием средств ВТ такой подход уходит в прошлое.
• Третий подход сочетает в себе достоинства двух предыдущих. С одной стороны, имеется настраиваемый блок с неизменяемыми алгоритмами, но с возможностью их отключения. С другой - существует возможность написания собственных алгоритмов на технологическом языке программирования. По своему желанию разработчик может использовать "стандартный" настраиваемый блок, может полностью реализовать все алгоритмы на технологическом языке, собирая структуру регулятора из небольших кирпичиков, выполняющих ту или иную функцию, а также может использовать обе возможности одновременно, сочетая алгоритмы "стандартного" блока со своими собственными. Именно такой подход используется в SCADA КРУГ-2000. Блок, включающий в себя "стандартные алгоритмы", называется аналоговой выходной переменной (АВ).

Переменная АВ является переменной БД и, фактически, представляет собой объект, подобный переменным ВА (входная аналоговая), ВД (входная дискретная) и т.д. Переменная АВ имеет ряд свойств (атрибутов), значения которых настраиваются при конфигурации системы с помощью специального инструмента - генератора БД. Большинство атрибутов для конкретной системы обычно имеют одинаковые значения, поэтому настройка переменной АВ в генераторе БД не вызывает больших затруднений и носит типовой характер. Преимуществом такого подхода является то, что в ряде случаев вообще не требуется создания алгоритмов на технологическом языке программирования, или объем таких алгоритмов минимален. Программы, написанные с использованием функций переменной АВ, легко отлаживаются, а в процессе эксплуатации, при необходимости небольших изменений в алгоритмах, просты для понимания и достаточно легко изменяются. Некоторые из "стандартных" функций, выполняемых в составе переменной АВ, приведены ниже.
Зона нечувствительности - диапазон величины рассогласования в %, в рамках которого принимается, что рассогласование равно 0. Для осуществления безударного выхода из зоны нечувствительности вводится коэффициент ослабления для зоны нечувствительности.
Сигнализация по отклонению от задания. В случае превышения рассогласованием верхней или нижней границ отклонения от задания, заданных в БД, срабатывает сигнализация по отклонению от задания с выдачей соответствующего сообщения в протокол сообщений.
Сигнализация хода ИМ - срабатывает если значение выходного сигнала с регулятора выходит за границы хода ИМ, заданные в БД.
Режим перехода к новому заданию. В зависимости от свойств объекта и целей управления в системе имеется возможность задать несколько вариантов перехода к новому заданию:

• обычный скачкообразный переход;
• плавный переход с заданной постоянной времени;
• форсированный переход с дополнительным воздействием на ИМ, определенным коэффициентом для форсированного перехода;
• подхватывание заданием последнего значения параметра при переходе с ручного режима в автоматический (безударный переход).

Тип регулятора - определяется математической моделью регулятора и видом воздействия на ИМ (аналоговый, импульсный). В системе имеются широкие возможности по добавлению новых типов регуляторов (более 100).
Режимы работы регулятора. Регулятор может работать в автоматическом или ручном режимах (управление ИМ осуществляется оператором с мнемосхем станции оператора), ручном аппаратном режиме (управление ИМ осуществляется с помощью ручной байпасной панели или с БРУ).
Имеется также ряд других функций, полезных при наладке системы.
При создании одноконтурных систем автоматического регулирования достаточно описать соответствующую переменную АВ в БД с привязкой к физическому выходу на плате контроллера. При необходимости возможно написание дополнительных алгоритмов на технологическом языке программирования (язык структурированного текста или язык функциональных блочных диаграмм). Такая необходимость обычно возникает при создании "виртуальных" переменных ВА (эквивалентных параметров), автоматическом изменении настроек регулятора из программы пользователя, а также при реализации коррекции по возмущающему воздействию или по ходу ИМ.
При создании каскадных систем регулирования необходимо в генераторе БД для ведомого регулятора указать тип и номер переменной АВ, являющейся для данного регулятора ведущей. В РВ возможно выключение режима "Каскад" и переход на одноконтурную систему управления.
В результате применения переменной АВ разработчику АСУТП предоставляется выбор: писать алгоритмы автоматического управления объектом самому, использовать стандартный настраиваемый блок или использовать одновременно и ту и другую возможности. Трудоемкость инжиниринга задач регулирования в 2-3 раза меньше по сравнению с традиционными SCADA. Немаловажным обстоятельством является и то, что при подсчете количества точек ввода/вывода (фактически, при определении цены) объект - переменная типа АВ учитывается как одна точка, тогда как в традиционных SCADA в БД необходимо завести 5:20 точек для каждого регулятора (с соответствующим увеличением цены). Большой опыт внедрения систем с использованием SCADA КРУГ-2000 показал эффективность предложенного подхода.
Алексей Саркисович Вартанов - технический директор, Александр Иванович Прошин - канд. техн. наук, ведущий специалист "НПФ КРУГ".