Моделювання контуру стабілізації тиску у вихідному колекторі АСУ водовідведення

Завдання: Виконати моделювання контура стабілізації тиску у вихідному колекторі АСУ водовідведення. Зміст індивідуального завдання: Вивчити структуру і склад системи. Виконати розрахунки параметрів моделі. Виконати моделювання. Обгрунтувати отриманий результат.

Призначення системи

Автоматизована система управління об'єктами водопостачання і водовідведення призначена для автоматизації процесу збору та обробки інформації про роботу каналізаційних насосних станцій, водонасосних станцій, та інших об'єктів мережі водопостачання та водовідведення, а також для вирішення завдань централізованого управління об'єктами водопостачання та водовідведення з центрального диспетчерського пункту. Найбільш актуальними об'єктами, які вимагають централізованого управління, є системи водовідведення. Сучасні СВО - це складний комплекс інженерних споруд і пристроїв, що включає: систему каналізації; дворову каналізацію; вуличні колектори, насосні станції перекачування стічних вод і каналізаційні очисні споруди. Внаслідок переміщення грунтів або інших зовнішніх динамічних і статичних навантажень більшість трубопроводів прийшли в непридатність і не мають належної пропускної здатності. Перевантаженість СВО призводить до підтоплення міської території. З іншого боку в міру розвитку міста та житлового будівництва, навантаження на систему водовідведення суттєво збільшилися і, в більшості випадків, не відповідають проектним. У результаті таких змін одні колектори стали недовантаженими, а інші перевантаженими і навіть працюють в напірному режимі, що призводить до потрапляння стоків у грунт. У зв'язку з цим виникає завдання інтенсифікації роботи СВО, яка полягає в раціональному перерозподіл потоків стічної рідини з метою максимального використання пропускної спроможності всіх споруд та трубопроводів. З іншого боку у зв'язку зі зростанням навантажень і появою нових абонентів потрібне будівництво нових об'єктів СВО, реконструкція та розвиток існуючих. Очевидно, що ці завдання повинні вирішуватися комплексно. У практиці проектування існуючі підходи та методи не дозволяють повною мірою вирішувати перераховані завдання, і тому перевага віддається новому будівництву, що не завжди є економічно обгрунтованим.

При розробці автоматизованої системи управління водозабором були передбачені наступні контрольовані параметри:

При досягненні максимального рівня води насос повинен відключатися, при досягненні мінімального рівня води - включатися. Сигнали на включення і відключення глибинного насоса повинні передаватися за сигналами датчиків рівня.

Система повинна автоматично відключати насос при:

• зниженні рівня води в резервуарі нижче допустимого (захист від «сухого ходу»);

• несправності насоса;

• несправність електрообладнання.

Автоматичне повторне включення (АПВ) насосного агрегату після появи раніше зниклого живлячої напруги.

Електричні захисту:

• від неповнофазного режиму, час - струмова; максимально - струмова.

Можливість управління насосним агрегатом-дистанційне, автоматичне.

Ступінь захисту обладнання IP 54.

Наступна індикація:

• стан насосного агрегату (робоча, неробочий);

• стан електрифікованих засувок (закрита, відкрита) індикація АПВ; наявність напруги в мережі (усіх фаз);

• наявність води в свердловині;

• відображення аварійних ситуацій, їх архівування протягом року;

• рівень води в РЧВ або ВНХ;

• інформація про переливі РЧВ (ВНХ);

• струм електродвигуна працюючого насоса.

Нижній рівень АСУ

В АСУ на нижньому рівні системи функціонують Асур забезпечують повну автоматизацію роботи на рівні об'єкта, збір телеметричної інформації:, збір аналогової та дискретної інформації з датчиків включаючи аварійно-попереджувальну, збір телеметричної інформації з насосних станцій та свердловин. Ці дані потрібні для оперативного управління виробництвом і для подальшого аналізу з метою оптимізації технологічних процесів і виробництва. Попередня обробка отриманої інформації включає в себе цифрову фільтрацію, алгоритми придушення брязкоту, перевірку на достовірність.

Також здійснюється збір аналогової та дискретної інформації з датчиків включаючи аварійно-попереджувальну; безпечне відключення основного устаткування при виникненні аварійних ситуацій (технологічні захисту).

Аварійна сигналізація включає в себе блінкера, яке спрацьовують при аварії на насосній станції. Здійснюється контроль аварійного відключення:

- Вводів;

- Насосів;

- Напруга в ланцюгах попереджувальної сигналізації;

- Рівнів в резервуарах;

- Рівня затоплення насосної станції;

У випадку несправності спрацьовує відповідне сигнальне реле, випадає блінкер, розшифровуючи характер несправності і передається сигнал в схему диспетчерської сигналізації на водоочисну станцію. Всі дії та несправності (аварійні ситуації) відображаються на рідкокристалічному дисплеї персонального комп'ютера, який знаходиться в центральному диспетчерському пункті. Всі дані відображаються з прив'язкою за часом. При використанні централізованого контролю та управління, всі дії і несправності транслюються в диспетчерський пункт і відображаються на екрані персонального комп'ютера.

діагностика технологічного обладнання станцій і автоматичне підключення резервного насосного агрегату замість вийшов з ладу; для насосних станцій та їх напірних (вихідних) водопроводів передбачається виявлення і сигналізація аварійних пошкоджень насосів.

Проте в даний час намітився ряд методологічних рішень, які повинні привести до можливості застосування в реальному масштабі часу.

Зважаючи на це велика частина завдань оперативного планування починає вирішуватися на етапах розвитку АСУ ТП, тобто після введення і освоєння першої черги системи і оснащення водопровідних споруд всіма необхідними датчиками і виконавчими механізмами.

Алгоритми оперативного планування грунтуються на поділі планованого періоду, зазвичай діб, на ряд часових відрізків, протягом яких водоспоживання приймається незмінним.

У цьому випадку безперервний графік водоспоживання замінюється дискретним східчастим. Для відносно незмінних нічних і денних умов водоспоживання ці ступені можуть бути тривалістю в один або кілька годин, а для періодів швидкого зростання (ранкового) і падіння (вечірнього) водоспоживання тривалість ступенів становить 20 - 30 хвилин. Розрахунки оптимальних режимів виробляються для кожного ступеня незалежно.

Завдання управління спорудами в аварійних умовах експлуатації ще підлягають науково-методичної опрацювання та будуть впроваджуватися при подальшому розвитку АСУ ТП водопостачання.

Зазвичай алгоритм відображає прийняту в системі схему оперативного управління та визначає періодичність вирішення різних завдань. Як правило, передбачається, що завдання централізованого контролю вирішуються практично безперервно, опитування датчиків здійснюється з інтервалом в 1 хв або навіть частіше.

Завдання обліку технологічних параметрів і часу роботи устаткування вирішуються один раз на годину.

Розрахунки техніко-економічних показників виконуються в кінці зміни або доби.

Діагностика протікання технологічного процесу здійснюється при появі відповідного ініціативного сигналу в результаті вирішення завдань централізованого контролю.

Завдання оперативного планування вирішуються раз на добу, або в результаті рішення задач діагностики протікання технологічного процесу або, що також має передбачатися, з ініціативи диспетчера.

Визначення раціонального ходу технологічного процесу (розрахунок корекції режимів) виконується при необхідності зміни графіка роботи споруд за сигналами, які виникають у результаті рішення задач діагностики протікання технологічного процесу.

В АСУ ТП управління спорудами водопостачання здійснюється диспетчером, який входить в контур управління в якості особи, яка приймає рішення. Управління проводиться диспетчером за планом, отриманому в результаті рішення задач оперативного планування з урахуванням тих рекомендацій щодо корекції режимів, які видаються в результаті розв'язання відповідних задач АСУ ТП.

Розрахунок статичних параметрів роботи обладнання. Розраховуються такі показники:

- Подача води в мережу кожним водозабором;

- Подача води в мережу водопроводом в цілому;

- Облік роботи водовідводу (добовий рапорт);

- Облік часу роботи технологічного обладнання;

- Статистичний облік аварій і пошкоджень;

- Витрата електроенергії по об'єктах водопостачання і водопроводу в цілому;

- Облік тиску в контрольних точках водопровідної мережі, розрахунок відхилень від заданих меж.

Вихідною інформацією для цих розрахунків є дані, що заносяться в пам'ять ЕОМ за результатами вирішення задач обліку. Вихідна інформація використовується різними підрозділами та службами, але в першу чергу вона необхідна диспетчеру для оперативного управління технологічним процесом, оцінки якості експлуатації, виявлення причин втрат води, неекономічною роботи насосних станцій, а також для оцінки можливостей покриття "пікових" періодів водоспоживання. Централізований контроль технологічних параметрів і стану обладнання здійснюється, як правило, за допомогою відповідних датчиків, апаратури телемеханіки та обчислювальної техніки.

На нижньому рівні використовується система управління насосами потужністю до 300 кВт для регулювання подачі води, шляхом оптимізації режимів роботи насосів води. Система дозволяє підключити один з насосів (НВ1 - НВ5) до частотного перетворювача, який в автоматичному режимі підтримує заданий тиск у водоводі. Частотне регулювання дозволяє уникнути дросселирующего режиму (робота при частково відкритої засувці), що дозволяє значно скоротити витрату електроенергії. Насоси мають автоматичне і дистанційне керування. В автоматичному режимі вони працюють за рівнем води в резервуарах. При досягненні водою рівня 1 насоси автоматично включається. Відкачавши воду, насоси автоматично відключається. Якщо вони не включається або з якої-небудь причини не встигає відкачувати воду, то при досягненні водою електрода 2-го рівня, спрацьовує сигналізація і закриваються засувки 1. У дистанційному режимі управління виконавчими механізмами (насосами і засувками) здійснюється оператором верхнього рівня (ЦДП). За відсутності зв'язку з ЦДП система перемикається в автоматичний режим і працює як локальна система управління.

Резервуари представляють собою заглиблену залізобетонну прямокутну конструкцію, розмірами 18х24 м і висотою 4.96 м. Підведення води здійснюється трубою d 600 мм. Усередині бака вхід виконаний на висоті 0.4 м від дна бака, злив води відбувається на висоті трубопроводу 3.8 м від дна бака. Відведення води на всмоктуючий трубопровід насосів підйому здійснюється трубою d 600 мм, розташованої в приямку (розміром 2.5х2.5 м і глибиною 1.5 м) на висоті 0.5 м від дна приямка. Для спорожнення резервуарів в приямку передбачена грязьова труба діаметром 150 мм, вихід до труби на рівні дна приямка із засувкою в колодязі каналізації. Звільнення резервуара виробляється в каналізацію. Скидання води при переповненні резервуарів здійснюється трубою d 500 мм в зливову каналізацію на шламонакопичувач. Перелив відбувається на максимальному рівні 4.8 м.

Резервуари обладнані:

-Вентиляційними колонками для обміну повітря, впуску й випуску повітря під час спорожнення і наповнення;

-Люками-лазами люками;

-Приладами контролю та сигналізації рівнів в резервуарі.

КТС АСУ ТП нижнього рівня

Створення АСУ ТП проводиться для всіх елементів мережі водозабезпечення: водопроводів, напірних і всмоктуючих водопроводів, насосів, резервуарів води. У режимних точках комплексу встановлюються датчики - вимірювачі основних технологічних параметрів: тиску, рівня в резервуарі, затоплення, температури на станції, охоронної і протипожежної сигналізації.

-Системи вимірювання тиску;

-Системи вимірювання витрати;

-Частотні перетворювачі

1. Системи вимірювання тиску

діапазон вимірювань - 0 ... 5,5 кг / см ² (0 ... 550 кПа);

межа похибки вимірювання - не більше 1%;

вихідний уніфікований сигнал - бажано 4-20мА;

середній термін служби - 12 років

Додаткова умова: датчик повинен бути призначений для вимірювання надлишкового тиску.

Технічні дані датчика тиску

2. Системи вимірювання витрати

Основні критерії вибору:

діапазон вимірювань - 0 ... 500 м ³ / год;

межа похибки вимірювання - не більше 5%;

вихідний уніфікований сигнал - бажано 4-20мА;

середній термін служби - 12 років.

Технічні дані датчика витрати

3. Частотні перетворювачі

Основні критерії вибору:

діапазон меж вимірювань - 0 ... 200 кВт;

межа похибки вимірювання - не більше 1%;;

вихідний уніфікований сигнал - бажано 4-20мА;

середній термін служби - 12 років.

Технічні дані частотного перетворювача

Верхній рівень АСУ

- Контролери та комп'ютери диспетчерських водовідведення. Системи автоматизації відносяться всі пристрої, які безпосередньо пов'язані з об'єктом управління Вони забезпечують збір інформації та видачу команд управління Їх призначення - збір інформації з усіх насосних станцій. Зв'язок між насосними станціями та диспетчерськими здійснюється по радіоканалу за допомогою радіомодемів.

У системі використовується контролер DeCont -182, побудований на обладнанні фірми "ДЕП", простий по конструкції. Для нього не потрібно підбирати додаткове устаткування сторонніх виробників. Завдяки наявності ПЛК система стає самостійною і незалежною у роботі від системи верхнього рівня АСУ ТП. Такий КТС має більш наочну мережеву архітектуру завдяки наявності ПЛК.

Рис. Мережева архітектура модулів "ДЕП" з контролером.

Основні технічні характеристики контролера DeCont-182:

Підключення DeCont -182 до ПК здійснюється за допомогою адаптера RS 485 PC - I - RS 485.

Являє собою перетворювач сигналів інтерфейсу RS485 в сигнал RS232 і призначений для підключення шлейфу мережі SYNET до комунікаційного порту комп'ютера типу PC. Адаптер містить вбудований джерело живлення, підключений до мережі 220в. , Оснащений роз'ємом RS232 типу D B 9, сумісним з роз'ємом RS232 PC через кабель подовжувач і роз'ємним клемник RS485.Протакол роботи канального рівня (2) відповідає міжнародному стандарту ISO / IEC 7809:1993 (HDLC).

Модулі вводу (AIN8-i 20)-виводу (AOUT 1-20) комплексу DECONT є локальними мікропроцесорними пристроями зв'язку з об'єктом і здійснюють первинну обробку вхідних датчиків безперервних і дискретних сигналів і видачу керуючих впливів на ІМ. Кожен модуль має вихід в технологічну мережу на основі інтерфейсу RS-485. У модулів кожен канал (у тому числі інтерфейсу RS-485) має індивідуальну гальванічну ізоляцію. Харчування модулів здійснюється нестабілізованим напругою 9 ... 30 В постійного струму. Алгоритмічне управління здійснюється контролером DeCont -182.

Для взаємодії контролера DeCont -182 з модулями УСО застосовується локальна технологічна мережа SYBAS на фізичному інтерфейсі RS-485.Модулі в мережі пасивні, будь-який обмін даними ініціюється майстром мережі (DeCont -182). Майстер передає модулям конфігураційні параметри, команди управління і зчитує поточні дані .

Основні технічні характеристики модуля AIN8-i 20:

Основні технічні характеристики модуля AOUT 1-20:

КТС верхнього рівня АСУ ТП

До верхнього рівня АСУ ТП належить АРМ оператора і БД.

АПАРАТНІ ВИМОГИ

Мінімальна конфігурація комп'ютерів АРМ.

Типове робоче місце диспетчера:

Процесор - Pentium IV 3000 МГц.

Оперативна пам'ять - 1024 Мб.

Вільний дисковий простір - 100 Gb.

Smart UPS - 1000 (або більше) VA.

Сервер бази даних:

Процесор - Pentium IV 3500 МГц

Оперативна пам'ять - 2048 МБ

Вільний дисковий простір - 4 Тб.

Smart UPS - 1000 (або більше) VA

Програмний комплекс верхнього рівня

забезпечує:

відображення, архівування і протоколювання інформації про стан технологічних об'єктів;

формування та архівування повідомлень про події в системі;

можливість централізованого управління об'єктами;

формування і видачу на друк різних звітів.

Фірмове програмне забезпечення, розроблене ЗАТ «НВТ-Автоматика» (Москва), що включає в себе:

систему реального часу «ТКА» (контролерну, встановлювана на контролери МФК, як виконуюча; графічна для оператора);

Систему технологічного програмування на непроцедурного мовою «навть».

Систему комплексного налагодження і моделювання «Abtester».

Систему інформаційного тестування «ІнфАтест».

Бібліотеку регулювання (виробляється НПФ «Дельфін-інформатика»).

Об'єктну бібліотеку базових термінальних моделей (засувки, клапани, насоси, аналогові і дискретні параметри, системи стабілізації).

Об'єктну бібліотеку моделей, орієнтовану на певний тип об'єкта управління.

Систему наскрізного проектування "навть", що забезпечує автоматизацію процесу проектування та відстеження змін, що вносяться до системи в процесі наладки й експлуатації.

Всі компоненти комплексу тісно інтегровані і спільно використовуються при розробці і модифікації системи.

Рис. 1. Комплекс технічних і програмних засобів для автоматизації процесів на ТЕЦ

Система реального часу ТКА

Конфігурується програмна система реального часу ТКА призначена для реалізації контролю і управління технологічними процесами на енергетичних об'єктах масштабу установки, групи установок (енергоблок, ХВО і т.п.), цехи та енергетичної станції (виробництва) в цілому.

Функціональні можливості ТКА:

автоматичний контроль і відображення інформації у вигляді мнемосхем, графіків (трендів), діаграм, таблиць на екрані комп'ютера;

попереджувальна і аварійна сигналізація індивідуальна та групова;

дистанційне керування арматурою і допоміжним обладнанням;

управління автоматичним регулюванням: зміна режиму роботи контурів, завдань і коефіцієнтів (власне регулювання реалізується контроллерной модифікацією ТКА);

функціонально-групове (програмно-логічне) керування, автоматизований пуск і останов в режимі управління або ради;

діагностика процесу та обладнання, ідентифікація стану елементів об'єкта та системи;

діагностика технічних і програмних засобів системи в реальному часі: здійснюється контроль працездатності мережі і відсутності відмов основних технічних засобів ІІУС: модулів УСО, контролерів, комп'ютерів АРМ, каналів зв'язку, збереження баз даних;

постійне архівування даних про стан об'єкту та системи;

розрахунок і накопичення статистик: середніх і сумарних показників;

реєстрація подій, включаючи дію оператора;

реєстрація аварійних ситуацій (РАС);

аналіз дії захистів (АДЗ);

аналіз історії технологічного процесу, формування звітів та роздруківка їх за викликом;

захист від спроб несанкціонованого доступу до інформації та керуючим функцій;

імітаційний режим роботи системи для візуальної налагодження прикладних програм;

можливість реалізації додаткових функцій на вбудованому непроцедурного мовою або в режимі фонової завдання.

Система технологічного програмування на непроцедурного мовою «навть»

Непроцедурного мова проектування та програмування "навть" спеціально розроблений для опису автоматизованих технологічних комплексів і функціонування їх елементів з метою забезпечення нового якісного рівня процесу розробки АСУ ТП. Мова призначена для використання технологами-алгорітмістамі і не вимагає спеціальних знань в області програмування.

Інтерфейс і принципи побудови "навть" є подальшим розвитком стандарту МЕК1131-3, що враховує технології системного програмування, що з'явилися за 10 років після його затвердження.

Основою побудови мови "навть" є забезпечення максимально дружнього інтерфейсу для розробників всіх спеціальностей. При програмуванні це означає усунення етапу кодування з процесу розробки АСУТП система виконує формально описаний алгоритм вирішення задачі. Саме рішення проводиться на системному рівні.

У системі, побудованої за об'єктної технології, алгоритми розглядаються завжди в сукупності зі структурами даних, що обробляються. Тому, основний проектної одиницею в "навть" є типова модель, що має характерний набір пов'язаних з нею алгоритмів.

Мова технологічного програмування "навть" орієнтований на використання типових моделей, адаптуються до умов конкретного проекту. При цьому опис внутрішньої логіки функціонування моделі (алгоритмів типової моделі) чітко відділяється від вказівок про використання моделі та її зв'язки з іншими елементами.

Об'єктна бібліотека базових термінальних моделей

Об'єктна бібліотека базових термінальних моделей містить моделі найбільш поширених елементів об'єкта і АСУТП:

Виконавчі пристрої:

засувка (кілька видів);

насос, двигун;

клапан;

засувка;

регулююча засувка.

Аналогові параметри:

частотний перетворювач;

аналогові датчики;

Дискретні параметри:

дискретні датчики;

сигналізатори.

Одноконтурні системи автоматичного регулювання.

Об'єктна бібліотека моделей для обраного типу ТОУ

Бібліотека містить набір моделей, що забезпечують автоматизацію обраного типу технологічного об'єкта управління.

Бібліотечні елементи виступають при цьому як "кубики" конструктора, з яких просто будується АСУТП будь-якого об'єкта зазначеного типу. При цьому моделі утворюють типову ієрархію: моделі функціональних вузлів управляють термінальними моделями, моделі функціональних груп моделями функціональних вузлів і т.п. Модель енергоблоку управляє моделями котельної установки, турбінної установки (включаючи генератор) і моделями установок общеблочного обладнання.

Об'єктний спосіб побудови бібліотеки забезпечує максимальну універсальність елементів "кубиків". У конкретні схеми управління та регулювання може знадобитися модифікація типових алгоритмів. Це легко може бути виконано за допомогою системи технологічного програмування, що входить до ІІУС "Саргон".

У комплект поставки бібліотека включається за спеціальним замовленням.

Система наскрізного проектування «навть»

Система наскрізного проектування "навть" є високоефективної автоматизованою системою проектування АСУТП енергетичних об'єктів рівня установки, блоку, цеху і станції (виробництва) в цілому.

Поточна версія 5.0 системи включає:

непроцедурного мова проектування та програмування "навть" (див.);

інтегроване середовище розробки проектів;

компілятор мови "навть".

Інтегроване середовище розробки проектів "TkAconf" забезпечує зручність проектування АСУТП на мові "навть" шляхом реалізації дружнього інтерфейсу, закладеного у структурі мови, до проектувальників різного профілю,.

Компілятор мови "навть" забезпечує автоматизацію процесу проектування АСУТП в системі наскрізного проектування:

контроль несуперечності та цілісності інформації про проект;

автоматизацію багатьох етапів проектування та автогенерація проміжних і вихідних форм;

автоматичне відстеження змін, що вносяться до елементи, у всіх описах проекту.

У комплект поставки система наскрізного проектування включається за спеціальним замовленням.

Система налагодження і моделювання «Abtester»

Система комплексного налагодження і моделювання «Abtester» призначена для тестування як окремих програм, що розробляються на непроцедурного мовою «навть», так і підсистем АСУТП у цілому, які включають десятки програмних модулів і сотні тестованих моделей.

При налагодженні програмного модуля система забезпечує можливість задавати довільні комбінації вхідних значень, відстежувати виконання програми як по кроках алгоритму, так і по програмних циклів. Відладжується взаємодія з виконуючою системою.

При тестуванні підсистеми АСУТП перевіряється спільна робота конфігураційному-пов'язаних моделей, реалізованих різними програмними модулями. Система забезпечує зручні можливості перемикання між алгоритмічно пов'язаними моделями, єдність кроків виконання алгоритмів з різним ступенем деталізації (наприклад: крок пуску енергоблоку - крок пуску турбіни - крок включення ПНД - крок відкриття засувки).

Адекватність роботи тестованої системи її роботі в режимі реального часу забезпечується використанням у Abtester спільних з ТКА механізмів передачі та виконання команд ("ACNP) та інформаційного обміну між моделями.

«Abtester» являє собою самостійно виконувався 32-розрядне Windows додаток.

Система інформаційного тестування "ІнфАтест"

Система інформаційного тестування включає в себе набір тестів, контролюючих правильність передачі та обробки інформації в АСУТП. Система дозволяє виявляти різні види помилок і відстежувати зміни в обробці даних, що відбуваються при зміні конфігурації програмного забезпечення. "ІнфАтест" особливо ефективний у АСУТП масштабу ТЕС, що включає сотні обчислювальних вузлів.

Система містить наступні компоненти:

Автоматичні тести:

правильності функціонування первинних термінальних моделей;

правильності передачі інформації вторинним моделям;

правильності функціональних перетворень аналогових параметрів, правильності запису даних в аварійну базу та формування зведення даних по всім змінним обчислювального вузла;

правильності перетворень на межах і за межами діапазону шкали масштабування аналогового параметра;

формування розширеної зведення даних щодо тестованого вузлу з інформацією про мнемосхемах;

порівняння значень змінних по одному і тому самому вузла або мнемосхеме в новій і працює на об'єкті версіях ТКА;

оцінка залежності величини втрат в переданих даних від налаштувань системи введення / висновок.

Автоматична імітація вхідних числових даних:

Імітація статичних даних;

Імітація динамічних даних;

Створення штучних конфігураційних файлів.

Перегляд і редагування масивів даних, що зберігаються в двійкових файлах.

Автоматична зміна шляхів в конфігураційних файлах.

Комплекс апаратного забезпечення АСУ ТП

До складу системи включені:

5 насосів;

Станція управління Асур;

Центральний диспетчерський пункт;

Частотний перетворювач Micromaster 430 фірми Siemins - комутується з одним з основних насосів;

програмований логічний мікроконтроллер DeCont-182 фірми ДЕП-збирає інформацію з датчиків і управляє технологічним устаткуванням і регулює тиск;

панель PanelView 550 фірми Allen-Bradley - відображає поточні параметри системи, аварійні повідомлення, передісторію подій, звіт по мотогодин, здійснює введення команд оператора.

Режими роботи автоматизованої системи

Передбачено два режими роботи насосів - диспетчерський і автоматичний.

У диспетчерському режимі управління насосами збережено від існуючих контакторів і кнопок управління. В автоматичному режимі управління роботою насосів і засувок здійснює мікроконтроллер.

Регулювання тиску води в колекторі в автоматичному режимі здійснюється одним з основних насосів. У залежності від зміни сигналу з аналогового датчика, ЧРП змінює частоту обертання електродвигуна насоса. Після розкрутки основного насоса до максимальних оборотів і при подальшому зниженні тиску, система через м'який пускач забезпечує плавний, при мінімальних пускових струмах і гідродинамічних навантаженнях, пуск додаткового насоса. При цьому, після включення додаткового насоса, точне регулювання тиску здійснюється основним насосом. При збільшенні тиску внаслідок зменшення розбору води система виробляє відключення додаткового насоса і знижує частоту обертання двигуна основного насоса до мінімальних обертів. Уставка тиску в колекторі змінюється автоматично в залежності від часу доби. Визначено три види уставок: нічна, денна, вечірня. Крім того, система підтримує різні уставки тиску у вихідні та робочі дні та здійснює плавний перехід з одного уставки на іншу.

При несправності насосів або засувок, при максимальному або мінімальному тиску на викиді система автоматично зупиняє аварійний насос, запускає резервний і продовжує роботу на останньому справному устаткуванні до втручання оператора. Через панель PanelView оператор може змінювати:

режим роботи системи - автоматичний / штатний;

готовність до пуску насосів - готовий / не готовий;

установки тиску води в колекторі.

Впровадження АСУ в систему водовідведення дозволяє:

-повністю автоматизувати роботу об'єктів;

-Зменшити споживання

-Електроенергії;

-Зменшити втрати, пов'язані з аваріями;

-Швидко реагувати на

-Різкі зміни водоспоживання;

-Зменшити витрати на обслуговування і пошук несправностей;

-Забезпечити дистанційну охорону об'єкта;

-Забезпечити контроль тиску;

-Вести облік води та електроенергії;

-Проводити аналіз статистичних даних.

Моделювання контуру стабілізації

На вихідному колекторі системи необхідно регулювати вихідний тиск. Воно не повинно перевищувати і падати, внаслідок нерівномірного витрати води в часі, нижче заданої величини.

Тому необхідно розглянути контур регулювання швидкості двигуна в залежності від вихідного тиску. Спроектована система автоматичної стабілізації тиску може бути представлена ​​структурною схемою, зображеною на малюнку:

Рис. 1 Структурна схема.

i _{зад-сигнал} завдання тиску;

P-тиск в трубопроводі;

i _{дд-сигнал} зворотного зв'язку з датчика тиску;

D i - відхилення поточного значення від заданого;

u _k - сигнал управління по напрузі на перетворювач частоти;

K _пч-д - коефіцієнт передачі перетворювача частоти-двигуна;

T _м - постійна часу перетворювача частоти-двигуна;

w - швидкість двигуна насоса;

K _н - коефіцієнт передачі насоса;

T _н - постійна часу насоса;

K _дд - коефіцієнт передачі датчика тиску.

K _В - коефіцієнт передачі обурює впливу.

Кожен елемент системи являє собою апериодическое ланка.

Розглянемо кожна ланка окремо:

Перетворювач частоти-двигун:

= 0.01 - зважаючи на великій швидкості спрацьовування

Насос. Перетворює циклічну частоту двигуна в тиск

= 1 - час розгону насоса

Датчик тиску. Перетворює тиск у струмовий сигнал.

Рівноваги вплив.

Розрахувавши перераховані вище параметри ланок структурної схеми, проведемо моделювання в спеціалізованому програмному пакеті візуального моделювання MatLab Simulink.

Рис. . Моделювання системи управління без регулятора і збурюючих впливів у середовищі Simulink.

Далі проведемо моделювання із зовнішнім возмущающим впливом за допомогою відкриття відсічного клапана.

Рис. Моделювання системи управління c возмущающим впливом в середовищі Simulink

У момент відкриття клапана відбувається різке падіння тиску, а потім система виходить на новий стійкий стан з меншим значенням тиску.

Останнім етапом є моделювання системи управління з регулятором тиску, який повинен компенсувати рівноваги вплив.

Обчислення ПІ-регулятора

Об'єднує два регулятори П і І,, володіє найкращими властивостями, а саме: за рахунок П - складової поліпшується показові якості в перехідному процесі, а за рахунок І - складової зменшується помилка регулювання ® тобто поліпшується точність.

В якості критерію якості регулювання приймаємо бажану передавальну функцію розімкнутого контуру. Для даної системи регулювання доцільно застосовувати настройки контуру регулювання на технічний оптимум. Бажану передавальну функцію розімкнутого контуру в цьому випадку записують у вигляді:

Передавальна функція оптимального регулятора визначається у вигляді:

де W _оу (p) - передатна функція об'єкта регулювання, W _ос (p) - передатна функція ланки зворотного зв'язку, W _р.жел (p) - бажана передатна функція розімкнутого контуру.

У результаті синтезу була отримана передатна функція ПІ-регулятора. У загальному вигляді передатна функція ПІ-регулятора виглядає наступним чином:

,

де K _П - коефіцієнт пропорційної частини, _К И - коефіцієнт загальної частини, які необхідно обчислити для побудови регулятора в реальній системі регулювання тиску.

Промоделіруем систему з ПІ регулятором і збурюючих впливів.

Рис. Моделювання системи управління c стимулах та ПІ-регулятором в Simulink.

Висновок

За отриманими результатами можна судити, що система швидко відпрацьовує обурення і повертається у вихідне стійкий стан із заданими показниками якості, тому синтез ПІ - регулятора проведено вірно.

Список використаної літератури

1. Попковіч Г. С., Гордєєв М.А. Автоматизація системи водопостачання та водовідведення. - М.: Вищ. шк., 1986.

2.Певзнер Л. Д., Теорія автоматичного керування: Учеб. посібник. - М.: Вищ. шк., 2006.

3. Певзнер Л. Д., Дмитрієва В.В. Лабораторний практикум з дисципліни «Теорія автоматичного керування»: Учеб. посібник для студентів вузів. - М.: Изд-во МДГУ, 2007.

4. Рульно А. А., Євстаф'єв К. Ю. Автоматизація систем водопостачання та водовідведення. - М.: Инфра-М, 2010.

5. Жмако Г. Н.. Експлуатація устаткування і систем водопостачання та водовідведення. - М.: Инфра-М, 2010.

6. Бородін І. Ф., Судник Ю. А.. Автоматизація технологічних процесів. Підручник. - М.: Колос, 2007.