книги / Моделирование электротехнических систем и систем автоматики

В модели частотного преобразователя для управления работой транзисторов используют модуль Function Generator, предназначенный для формирования управляющих импульсов. Для установки этого генератора в рабочее состояние нужно поместить курсор на его контур в модели и дважды щелкнуть левой клавишей «мыши», при этом раскрывается лицевая панель этого модуля, вид которой показан на рис. 59, а.

На лицевой панели этого функционального генератора с помощью виртуальных клавиш можно выбирать форму генерируемого сигнала и установить числовые значения его частоты, амплитуды и параметров типа реализации сигнала (через ток или напряжение) и продолжительности цикла генерации сигнала.

Аналогично для вывода результата моделирования в схеме модели преобразователя предусмотрен модуль Oscilloscope, с помощью которого результат выводится на экран в двухлучевой форме. Лицевая панель этого прибора, показанная на рис. 59, б, выводится на рабочее поле модели способом, аналогичным для предыдущего прибора. На этой панели с помощью виртуальных кнопок устанавливаются такие параметры, как время развертки, режим развертки, чувствительность каналов, тип сигнала (AC или DC), смещение сигнала по оси X или оси Y.

Пример другой схемной модели, трехфазной цепи переменного тока, выполненной в приложениях Simulink и SimPowerSystems программного пакета МАТLAB, показан на рис. 60.

В этой модели модуль Three-Phase Source имитирует работу источника напряжения в трехфазной сети, в каждую фазу которой соответственно подключена активная, индуктивная и емкостная нагрузка. Сеть подключается к источнику питания управляемым контактором, работу которого имитирует модуль Three-Phase Breaker. Параметры всех модулей этой модели устанавливаются через соответствующие оконное меню, которое раскрывается вышеописанным способом. С помощью этих меню устанавливаются следующие параметры этой модели: уровень

111

Рис. 60. Схема модели трехфазной цепи переменного тока с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой, подключенной в «звезду»

и частота напряжения, режим работы контактора, нагрузочные параметры элементов в каждой фазе.

Особенность этой модели состоит в том, что линии связи SPS-блоков, установленных из приложения SimPowerSystems, являются электрическими проводами, по которым сигнал может протекать в двух направлениях. Однако по этим линиям не может передаваться информация к модулям типа S-блока, которые устанавливаются в модель из приложения Simulink.

Для обеспечения связи между S- и SPS-блоками в приложении SimPowerSystems (SPS) существуют специальные блоки. В нашей модели это модули Current Measurement, с помощью которых обеспечивается связь модели с модулем типа Scope.

Характер изменения пускового тока в фазовых цепях этой модели, который регистрирует модуль Scope, показан на рис. 61.

Схемные модели могут создаваться и на языке Ladder Diagram (LD – языке релейных диаграмм). На рис. 62 показана схема модели релейной системы, составленная с помощью инструментальных средств языка LD. Особенностью схемы этой модели является то, что все структурные ее элементы подключены к двум вертикальным разнополярным шинам. Слева от правой шины всегда располагаются элементы, которые называются катушками (по аналогии с катушками реле). Графически эти элементы изображаются круглыми скобками. Справа от левой шины всегда располагаются элементы, которые называются

112

Рис. 61. Семейство характеристик пускового тока в фазовых цепях при активной, индуктивной и емкостной нагрузке, подключенной в «звезду»

Рис. 62. Схема модели релейной системы, управляемой в функции времени

контактами. Графически эти элементы изображаются двумя короткими вертикальными линиями. Наличие наклонной линии между двумя параллельными линиями является признаком изображения нормально замкнутого контакта.

113

Схема соединения контактов определяется логикой работы модели. При последовательном соединении этих контактов реализуется логическая функция «И», при этом число контактов определяет число входных сигналов этой функции. При параллельном соединении контактов реализуется логическая функция «ИЛИ» с числом входов, равным числу параллельно соединенных контактов.

Между контактами и катушками в схеме модели могут располагаться модули определенного функционального назначения (например, таймеры, счетчики и т.д.). Непременным условием при разработке схем таких моделей является то, что цепь, состоящая из элементов, последовательно расположенных между двумя шинами, должна быть всегда замкнута между шинами. Замкнутые цепи всегда располагаются параллельно друг другу, а число их ограничивается только возможностями программного пакета.

Модель, представленная на рис. 62, работает следующим образом. При замыкании контакта К1 запускается в работу таймер (модуль taimer), который через 2 с (2s) запускает в работу триггер (модуль trig), который импульсно включает катушку К2. Контакты этой катушки снова запускают в работу таймер и одновременно подают импульсный сигнал на вход CU счетчика (модуль schet), при этом состояние этого счетчика увеличивается на единицу за каждый импульс. Как только при подаче очередного импульса состояние счетчика СV будет равно параметру РV, на его выходе QU появится единичный сигнал, который включает катушку L2. Контакты этой катушки переключают подачу импульсов на счетчик с его входа CU на вход CD. При этом счетчик переходит на режим обратного счета, то есть за каждый импульс содержание счетчика уменьшается на единицу. Этот режим сохраняется до тех пор, пока катушка L2 остается включенной.

Как только содержание счетчика обнулится, сигнал QD станет равным единице. Единичным уровнем этого сигнала катушка L2 отключается, и счетчик снова переходит на режим

114

прямого счета. Если контактами этой катушки включать соответствующую лампу, то она будет гореть в полном соответствии с работой элемента L2.

Анализ работы имитационных моделей схемного типа позволяет выделить следующие особенности их построения:

1.Сигналы, формируемые отдельными функциональными модулями схемных моделей, могут быть переданы только однотипным модулям.

2.Для обеспечения надежной связи между модулями модели с разными типами сигналов необходимо включать в состав таких моделей модули, обеспечивающие преобразование или согласование разнотипных сигналов.

3.Наличие красных пунктирных соединительных линий между модулями в модели является признаком их несовместимости в алгоритме модели.

8.2.2.Способы взаимосвязи функциональных модулей в моделях имитации физических процессов

Модели, имитирующие физические процессы, чаще всего являются приложением тренажеров или систем автоматизированного управления этими процессами. Такая модель, имитирующая работу световой гирлянды, показана на рис. 60.

Рис. 63. Модель последовательного включения ламп в гирлянде

Данная модель разработана в программном пакете ZelioSoft2 и является программным приложением для контрол-

115

лера типа LOGO, с помощью которого происходит управление рабочим циклом этой гирлянды.

Последовательность включения ламп гирлянды в этой модели задается программирующим модулем 2 (блок CAM), который потактно меняет состояние каждого из восьми выходных портов. Продолжительность такта задается модулем 1. Последовательность включения каждого порта задается оконным меню, показанным на рис. 64. Это меню представляет собой таблицу, разделенную на 9 столбцов. В столбце 1 построчно записаны номера тактов, одновременно являющиеся номерами строк. В остальных 8 столбцах, нумерованных как S1, S2, …, S7, S8, построчно (потактово) записывается логическое состояние соответствующего выходного сигнала (порта) этого модуля. В результате подачи тактовых импульсов состояние этих выходов меняется в соответствии с записанной программой. Это состояние определяет рабочее состояние каждой лампы гирлянды.

Рис. 64. Программа работы ламповой гирлянды, записанная в программаторе

В системах управления технологическими процессами используют специальные имитирующие модели, которые называются мнемосхемами. Эти модели предназначены для отражения в режиме реального времени текущего состояния технологического процесса. Пример такой модели показан на рис. 65.

116

Рис. 65. Мнемосхема системы управления технологическим процессом

В этой модели в дозаторах 1, 2 и 3 происходит заливка по заданному уровню исходных компонентов. Эта заливка производится через верхние трубопроводы при закрытых задвижках. Положение задвижки в модели определяется положением ее рычага (вверху или внизу). После заливки компонентов до заданного уровня эти задвижки одновременно открываются, и компоненты сливаются в технологическую емкость 1, температура реакции в которой контролируется регулятором 5. Реакция в технологической емкости 1 продолжается заданное время, после этого готовый продукт сливается из этой емкости.

Функциональные модули этой модели в основном пассивны, их активность отражается только в изменении высоты прямоугольников, окрашенных в определенный цвет. Высотой этих прямоугольников имитируется уровень заливки компонента в соответствующую емкость. Информация о параметрах уровня и температуры отражается в модели таблично. Каждая из таких таблиц помещена возле каждой технологической емкости.

117

Отсутствие активных модулей в этой модели требует разработки специальной программы для их анимации и своевременного заполнения таблиц.

8.2.3.Способы передачи результата моделирования

кисполнительным элементам тренажеров

иобъектов управления

Модели имитирующего типа часто используются в качестве программ для управления технологическими объектами. В этом случае возникает необходимость в привязке выходного сигнала алгоритма модели к средствам, обеспечивающим управление этим технологическим объектом. Один из вариантов управляющей модели показан на рис. 66.

Рис. 66. Схема привязки алгоритма модели к портам контроллера

На этом рисунке изображена схема управления с помощью контроллера работой световой гирлянды. В этом случае работой гирлянды управляет контроллер Zelio Logic2 по алгоритму, представленному на рис. 63. Для реализации этого алгоритма применяется программный пакет Zelio Soft, в котором предусмотрено специальное наборное поле с привязочными окнами, обеспечивающими связь алгоритма модели с конкретными портами ввода вывода контроллера. Такие наборные

118

поля разрабатываются под конкретную модификацию контроллера.

Внашем примере (рис. 66) в наборном поле алгоритма предусмотрены окна Q1, Q2, Q3, Q4 и I1, I2, I3, I4, к которым привязывается алгоритм, совпадающий по структуре с алгоритмом, представленным на рис. 63. В этом алгоритме выходные сигналы с программатора 1 подключаются к окнам Q1, Q2, Q3, Q4. Эти окна структурно привязаны к соответствующим каналам порта дискретного вывода контроллера, к которым аппаратно подключены лампы гирлянды. При подаче единичного сигнала

спрограмматора 1 на конкретное окно Qi в соответствующем канале порта замыкаются контакты ПКi, подключающие конкретную лампу к источнику питания, в результате чего она загорается.

Окна I1, I2, I3, I4 аналогично соединены с соответствующими каналами порта дискретного ввода контроллера Zelio Logic2. При подаче с кнопки КП1 единичного сигнала на конкретный канал порта дискретного ввода контроллера он аппаратно передается через окно I4 к соответствующему элементу алгоритма модели, в результате этого программа модели запускается в работу.

Модели, предназначенные для имитации работы некоторых технологических процессов, как правило, используются в качестве мнемосхем этих процессов. Такие модели реализуются через специальные программы, в которых предусмотрена особая схема обмена информацией между параметрами модели и исполнительными модулями контроллера.

На рис. 67 представлена структурная схема обмена информацией между программным пакетом InTouch и модулями контроллера ADAM. Эти контроллеры предназначены для управления некоторыми технологическими процессами, аналогичными технологическому процессу, представленному на рис. 65.

Впрограммном пакете «InTouch» двусторонний обмен информацией по двухпроводной линии связи в форме телеграмм-

119

ной посылки между моделью и модулями контроллера ADAM возможен только при наличии еще двух промежуточных программных продуктов:

•программы «OPC Link»;

•программы «OPC Server».

Рис. 67. Схема обмена информацией между программным пакетом InTouch и модулями контроллера ADAM

Для формирования такой посылки численные значения всех передаваемых параметров модели объединяются в один общий параметр, которому присваивается имя Access name. С этим именем телеграммный пакт передается по двухпроводной сети к программному пакету OPC Link, в котором телеграммная посылка получает название Topic name.

В телеграмме с этим именем содержится исходная совокупность параметров модели. Для выделения из этой совокупности каждого из исходных параметров используют программный пакет OPC Server. Этот программный пакет разделяет общую телеграммную посылку с именем Access name на совокупность исходных параметров, которые в этом случае получают название теги каналов. В конечном счете программа OPC Server каждому из тегов присваивает уникальное имя, с которым он привязывается к конкретному каналу контроллера

ADAM.

Процесс передачи данных двусторонний, то есть передача данных в обратном порядке от контроллера к модели осуществляется по такому же принципу.

120