设计和PLC实现复杂工业控制的策略

可编程逻辑控制器(plc)用于控制从相对简单的问题,对于单变量控制循环系统有着多重耦合回路和复杂的管理算法。对于简单的控制问题,例如一个proportional-integral-derivative (PID)循环,工程师可以实现PID控制器和优化收益,机器正在运行。对于更复杂的控制问题,编码和验证控制逻辑在plc是更具挑战性。设计师必须确定多个控制器参数的值和确保所有控制算法的部分一起工作。调优一个复杂的控制器硬件原型或实际的过程不仅是耗时;它涉及相当大的风险,损害设备。

解决方案是使用模拟设计和验证复杂控制策略模型。相同的模型可以用于自动生成IEC 61131结构化文本为部署程序制度。本文演示了该方法使用钢轧机系统为例。

钢轧机系统:控制设计目标

一个轧钢厂生产一张均匀厚度的板钢。它通常由几种轧制阶段,在每个阶段压缩辊薄板钢通过它(图1)。在滚筒之间的阶段,电影阶段维护表的紧张局势,防止撕裂和松弛的形成。

模拟一个多级的过程,我们首先模型和控制一个轧机阶段。更一般的配置可以通过连接分析一些简单的设置。

我们简单的轧机的控制系统必须符合以下要求:

• 维持一个8毫米厚度+ / - 0.1毫米的钢上辊在出口处
• 维护所需的吞吐量1 m / s + / - 0.1 m / s上辊在出口处
• 保持材料的张力1.75 N / M ^ 2 x 10 ^ 5为每个辊后100秒
• 检测传感器和执行器故障恢复或安全关闭

创建工厂模型

我们首先创建一个模型万博1manbetx^®轧机的模型,我们将使用它来开发和测试我们的控制器。我们模型的过程分为两步,首先个人轧制阶段建模,然后它们之间的电影。在轧制阶段,液压致动器是用来创建一个压缩卷压缩力钢带。轧制扭矩,由电动机驱动,有助于控制轧制速度。使用SimMechanics™,Simscape™,SimHydraulics^®我们可以模型的机械、电气和液压辊的元素,分别无需显式地推导出方程。

我们使用SimMechanics模型许晴,代表尺蠖和钢带之前和之后是三具尸体通过关节连接。然后结合轧制阶段和电影阶段模型在一个仿真软件系统模型(图2)。万博1manbetx

设计和验证控制器

下一步是使用植物模型来设计控制器。图3显示了一个典型的多回路的结构多级轧机过程控制系统。

控制系统由以下补偿器:

AGR控制液压阀的打开创建滚动控制带钢厚度压缩力

ASR命令电压的直流电机产生滚动力矩,因此控制带钢速度

大型强子对撞机集辊的转速参考间接实现所需的材料张力(当张力高于所需的值,则设置更高的速度选点提供额外的材料来降低压力。如果张力低于所需的值,然后松被减慢表吞吐量。)

中国铁建当前命令的尺蠖运动位置许晴维护材料张力

注意所有循环耦合。例如,液压执行器控制的AGR补偿器不仅影响带钢厚度还带速度。LHC和ASR补偿器共同维护所需的张力和带钢速度。

我们首先设计补偿器控制单个辊的操作。我们首先使用仿真软件线性化非线性模型控制设计万博1manbetx™。然后我们调优模型控制设计中使用PID控制器设计工具来计算控制器增益。万博1manbetx调谐器(图4)自动计算PID收益期望的响应时间。用仿真软件万博1manbetx优化设计™我们调整控制器增益,系统在非线性的存在表现良好。总体设计是通过运行非线性仿真验证。注意植物模型有两个目的:我们使用线性化植物模型生成的仿真软件优化我们的补偿器控制设计,我们使用完整的非线性植物模型使用闭环仿真来验证我们的控制器设计。万博1manbetx

建模和模拟一个多级的过程

使用自定义库模块,我们重用轧机阶段和许晴阶段子系统在多级过程中作为组件(图5)。

其他子系统用于模型过程的其他方面,如质量守恒和运输延误在不同磨阶段。图6显示了过程变量在每个过程的三个阶段。厚度定位点为每个阶段取得了生产一张中指定的厚度要求。干扰在不同站表之间的紧张关系也被有效地拒绝。

设计和验证故障检测逻辑

除了反馈补偿器,过程控制必须包括监督故障检测和恢复逻辑,例如,监控系统中的传感器和致动器的条件。我们重点是液压阀的故障恢复逻辑检测故障并采取纠正措施。具体地说,我们的逻辑将分发的整体thickness-reduction目标个人厚度选点阶段一个多级的过程。当一个阶段的液压压缩失败,其他阶段检查的逻辑可以弥补失败的阶段。如果他们能,厚度减少的选点工作阶段重新计算来实现整体厚度减少的目标。

我们使用Stateflow^®开发这个逻辑(图7)。请注意,这逻辑是开发的简化表示实际的过程控制,因为它假设失败了并不提供任何压缩阶段但允许材料通过。在实际的设置,需要一个更加全面和复杂的逻辑。

我们可以通过人工测试逻辑故障引入我们的仿真软件模型。万博1manbetx图8显示了容错逻辑的仿真结果。当一个阶段失败,监督控制器检查负载可以分布到其他健康的阶段。如果可以,那么新的选点厚度减少的agr吩咐各个阶段。如果不能,那就说明该进程已被关闭,停止运动。

实现PLC控制器

我们使用仿真软万博1manbetx件PLC编码器™自动生成IEC 61131结构化文本从我们的控制器。这个便携式结构化文本可以导入到我们的目标使用的IDE PLC硬件。图9显示了IEC 61131结构化文本产生的故障检测和住宿的逻辑。注意,生成结构化文本注释,可以很容易地追溯到模型。

自动代码生成可以消除错误可能会介绍了手工编码和有助于确保最终的结构化文本产生数值结果匹配结果我们看到的PLC仿真。万博1manbetx仿真软件PLC编码器产生一个试验台,可以让我们从IDE比较测试执行结果与原来的模拟结果。

如果我们想测试完全实现PLC硬件和软件使用半实物测试,我们可以从工厂模型生成C代码使用仿真软件编码器万博1manbetx™和一个实时模拟器上运行它,比如xPC目标™,连接到PLC控制系统。