Дані про систему газопостачання міста

Балаковської ІНСТИТУТ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ І

УПРАВЛІННЯ

ФАКУЛЬТЕТ ІНЖЕНЕРНО-БУДІВЕЛЬНИЙ
КАФЕДРА УПРАВЛІННЯ І ІНФОРМАТИКА В ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМАХ

Курсова робота

з дисципліни «ЕОМ, обчислювальні системи та мережі»

ДАНІ ПРО СИСТЕМУ ГАЗОПОСТАЧАННЯ МІСТА

Виконав
Прийняв

2008

ЗМІСТ
Введення
1 Розробка системи і розрахунок її надійності
1.1 Опис системи
1.2 Вибір елементів та розрахунок надійності системи
2 Розрахунок надійності передачі інформації в системі
Висновок
Список використаної літератури

ВСТУП
З метою вдосконалення роботи, в тому числі в умовах ринку, особлива увага в системі управління газовим господарством слід звернути на питання автоматизації обліку газу у процесі газопостачання і як наслідок - на питання підвищення оперативності та достовірності одержуваної технологічної інформації. Це завдання може бути вирішена шляхом взаємоузгодження технічних комплексів з обліку витрати газу з програмним забезпеченням на підприємстві.
Автоматизована система газопостачання міста призначена для централізованого обліку споживання природного газу на об'єктах газопостачання, оснащених вимірювальними технічними засобами, контролю параметрів газопостачання, оперативної оцінки поточного споживання і управління параметрами газопостачання.

1. РОЗРОБКА СИСТЕМИ І РОЗРАХУНОК ЇЇ НАДІЙНОСТІ
1.1 ОПИС СИСТЕМИ
Система виконує наступні функції:
¾ збір, зберігання, видача (за розрахунковий період) і обробка поточної інформації про витрату газу і про значення контрольованих параметрів на об'єктах газопостачання, оснащених витратомірами;
¾ оперативне виявлення аварійних ситуацій - контроль виходу значень контрольованих параметрів за межі деяких значень;
¾ управління технологічними об'єктами, у тому числі в позаштатних аварійних (витоку газу) і передаварійних ситуаціях, прийняття необхідних заходів для їх усунення - переклад в дистанційне керування заслінками об'єкта управління.
Пропонована система містить:
¾ первинні вимірювальні перетворювачі - витратоміри;
¾ комутатор для зменшення числа з'єднань з ЕОМ;
¾ аналого-цифровий перетворювач для подачі сигналів на ЕОМ у цифровому коді;
¾ безпосередньо ЕОМ зі спеціалізованим програмним забезпеченням, що здійснює безперервний циклічний опитування модулів (датчиків) з періодом не менше однієї хвилини, видачу зібраної інформації на монітор і її обробку;
¾ цифро-аналоговий перетворювач;
¾ блок підсилювачів для посилення сигналів, що подаються на виконавчі механізми по лініях зв'язку (за одного підсилювача на кожен напрямок зв'язку);
¾ виконавчі механізми для перекриття поперечного перерізу газових труб при витоку газу - заслінки.
Використання такого технічного комплексу дозволяє досить розширити площу контрольованої території, оперативно аналізувати технічні характеристики газопостачання і керувати ними.
Дана система забезпечує формування, запам'ятовування та видачу на монітор наступної інформації: витрата Q ₀ газу на центральному пункті і витрати Q _1, Q _2, Q ₃ на трьох контрольованих пунктах газопостачання, які обслуговують різні райони міста, і сумарний по цих трьох пунктах витрата Q _Σ ; виробляє порівняння витрат Q ₀ і Q _Σ, формує керуючий сигнал для управління відповідним виконавчим механізмом у випадку, якщо Q _0> Q _Σ, тобто якщо на якому-небудь контрольованому пункті стався витік газу, тим самим тимчасово припиняючи подачу газу.
Цикл роботи пропонованої системи - безперервний.
Варіант виконання системи зображений у вигляді такої схеми.
SHAPE \ * MERGEFORMAT

КП1

З1

Р1

комутатор

КП2

З2

Р2

КП3

З3

Р3

ЦП

З0

Р0

Об'єкт управління

АЦП

мікроконтроллер

ЦАП

комутатор

підсилювач

підсилювач

підсилювач

підсилювач

Система працює наступним чином: здійснюється безперервний циклічний опитування (з періодом близько 30 хвилин) 4-х датчиків-витратомірів, що фіксують відповідно витрата Q ₀ газу на центральному пункті і витрати Q _1, Q _2, Q ₃ на трьох віддалених один від одного контрольованих пунктах газопостачання. Далі інформація надходить через аналоговий мультиплексор і АЦП в мікропроцесор ЕОМ, де відбувається обробка з подальшою видачею на монітор інформації: визначається сумарний за трьома контрольованим пунктам витрата Q _Σ = Q ₁ + Q ₂ + Q _3; проводиться порівняння витрат Q ₀ і Q _Σ. У випадку, якщо Q _0> Q _Σ, тобто якщо на якому-небудь контрольованому пункті стався витік газу, формується керуючий сигнал, який через ЦАП, аналоговий демультиплексор і блок підсилювачів надходить на відповідну заслінку для перекриття нею трубопроводу.
1.2 ВИБІР ЕЛЕМЕНТІВ І РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ СИСТЕМИ
У запропонованій системі використовуються такі елементи:
1) В якості датчиків витрати були підібрані для трубопроводу діаметром 300 мм 4 однакових тахометричних турбінних витратоміра Турбоквант 6624-0-117-5 угорської фірми Мерлаб: 3 витратоміра для 3-х контрольованих пунктів, де витрата газу близько 1,8 м ³ / с »0,7 · 10 ⁴ м ³ / год і один витратомір для центрального пункту, де витрата газу близько 5 м ³ / с» 1,8 · 10 ⁴ м ³ / ч. Для даних витратомірів характерні наступні параметри:
-Діапазон вимірюваних витрат 0,6-2 · 10 ⁴ м ³ / год,
-Діаметр умовного проходу 6-500мм - номінальний діаметр отвору в трубі, призначеного для проходу газу (може відрізнятися від дійсного),
-Наведена відносна похибка 0,5%,
-Температура контрольованого середовища (газу) -150 +250 ° С,
-Тиск контрольованого середовища (газу) 6,4 - 32МПа,
-Температура навколишнього середовища -50 +70 ° С,
-Постійна часу 1-10 мс,
-Генерований електричний сигнал - 0 ... 20мА,
-Допускаемая перевантаження -25% за швидкістю середовища, що транспортується протягом 2 ч. у день,
-Втрати тиску на витратомірі не перевищують 0,025 МПа (при 100%-ної навантаженні) і 0,05 МПа - при максимальній перевантаження,
- Час напрацювання на відмову близько 10 ³ ч.
Тахометрические турбінні витратоміри, засновані на використанні залежності швидкості обертового руху тіла, поміщеного в потік рухається середовища в трубопроводі, від витрати вимірюваного середовища і генеруванні електричного сигналу, пропорційного витраті газу, отримали найбільше поширення в системах інженерного обладнання, особливо при вимірюванні витрати газів (середовища з малою щільністю) в установках з автоматизованою системою управління технологічним процесом. Турбінні витратоміри володіють дуже високою точністю, мають великі межі вимірювань (діапазон вимірюваних витрат, як правило, не менше 1:10) і малу інерційність (стала часу). До достоїнств турбінних витратомірів відноситься також зручність використання генеруються ними електричних сигналів.
2) Для комутатора аналогових сигналів використовується чотирьохканальний аналоговий комутатор КР590КТ1 зі схемами управління (мультиплексор) з наступними характеристиками:
-Технологія - КМОП (мікросхеми на КМОП-транзисторах мають малу потужність споживання в статичному режимі (одиниці мікроват), щодо високу швидкодію, хорошу стійкість і досить велику навантажувальну здатність),
-Число каналів - 4,
-Напруга джерела живлення 9В,
-Комутований струм (протікає по відкритому каналу комутатора)-5мА,
-Напруга, що комутується (максимально допустима напруга, що прикладається між входом і виходом комутатора) 15В,
-Опір комутатора у відкритому стані 100 Ом,
-Час перемикання комутатора 0,03 мкс,
-Напруги для управління адресними входами 0 ... 0,8 В та 7,7 ... 12 В,
-Споживані струми на адресних входах 3,5 мА і 3,5 мкА,
-Час напрацювання на відмову близько 0,06 · 10 ⁶ ч.
Аналогові комутатори з внутрішніми цифровими схемами управління сумісні з мікропроцесорними схемами АЦП і ЦАП.
3) У якості АЦП використовується аналого-цифровий перетворювач К572ПВ1А з наступними параметрами:
-Число розрядів - 12,
-Вхідний напруга 12В,
-Споживаний струм 5мА,
-Час перетворення 170мкс,
-Опорна напруга 15В,
-Час напрацювання на відмову близько 0,05 · 10 ⁶ ч.
4) Як ПЕОМ використовується IBM PC сумісний мікроконтроллер 6225, що включає процесор 386SX-25/40, контролери, необхідні для сполучення мікроконтролера з монітором і периферійними пристроями, і має наступні характеристики: 4Мбайт RAM, 166МГц, 4 COM, LPT, FDD, EIDE , 10Base-T Ethernet, слот PC/104, 24 каналу дискретного введення-виведення, 2Мбайт ОЗУ, 1Мбайт флеш-диск, 128 кбайт статичне ОЗУ, 2 порти RS-232 (послідовний стандартний інтерфейс, що реалізує введення-виведення інформації), вбудована середу розробки та виконання програм CAMBASIC ™, DOS 6.22 в ПЗУ, захист портів від статичного розряду, низьке енергоспоживання, харчування напругою одного номіналу +5 В, діапазон робочих температур від -40 ° до +85 ° С, середній час безвідмовної роботи близько 3, 5 тис. років »3,1 · ¹⁰ Липня ч.Максімальная потужність вихідного сигналу 30Вт.
5) Як ЦАП використовується швидкодіючий цифро-аналоговий перетворювач К1108ПА2 двійкового коду в напругу з наступними параметрами при напругах джерел живлення 5В і-6В:
-Число розрядів - 8,
-Споживаний струм (від двох джерел) ≤ 100мА,
-Абсолютна похибка повної шкали 1,5%,
-Вихідна напруга 2,5 В,
-Час встановлення вихідної напруги 1,5 мкс,
-Час напрацювання на відмову близько 0,05 · 10 ⁶ ч.
6) Для демультиплексування аналогових сигналів використовується 555ІД4-здвоєний аналоговий демультиплексор 1 → 4 з наступними характеристиками:
-Напруга джерела живлення 9В,
-Комутований струм (протікає по відкритому каналу комутатора)-5мА,
-Напруга, що комутується (максимально допустима напруга, що прикладається між входом і виходом комутатора) 15В,
-Опір комутатора у відкритому стані 100 Ом,
-Час перемикання комутатора 0,03 мкс,
-Напруги для керування спільними для двох демультіплексорів адресними входами 0 ... 0,8 В та 7,7 ... 12 В,
-Споживані струми на адресних входах 3,5 мА і 3,5 мкА,
-Час напрацювання на відмову близько 0,06 · 10 ⁶ ч.
7) У як підсилювачі використовуються 4 однакових магнітних підсилювача потужності ТУМ-Б5 з наступними параметрами:
-Найбільше значення опору обмотки управління - 45,5 Ом,
-Коефіцієнт посилення потужності 3600,
-Постійна часу 0,545 сек,
-Номінальна напруга живлення 127в,
-Опір навантаження 150Ом,
-Коефіцієнт регулювання 66,
-Час напрацювання на відмову близько 0,02 · 10 ⁶ ч.
Магнітні підсилювачі серії ТУМ призначені для роботи в системах автоматичного регулювання як підсилювачі керуючих сигналів.
8) В якості запірних і регулюючих пристроїв використовуються заслінки сталеві ІА99044-300 з електроприводом Б.099.063.008/40К (електродвигун АОЛ12-2Ф3) фланцеві на 35МПа з наступними характеристиками:
-Діаметр умовного проходу 300 мм,
-Потужність електроприводу - 0,27 кВт,
-Час відкриття або закриття 2,3 хв,
-Час напрацювання на відмову близько 0,1 · 10 ⁶ год
Заслінки є арматурою непрямої дії (керованої автоматично), де управління робочим органом відбувається під дією імпульсу, що надходить на привід арматури з приладів автоматизованої системи управління. Заслінка представляє собою конструкцію арматури у вигляді відрізка труби, усередині якого знаходиться диск, закріплений на валу, що проходить по діаметру труби. Поворот диска здійснюється за допомогою приводу, розташованого поза труби. Заслінка дозволяє здійснити як повне перекриття трубопроводу (особливо доцільно використовувати її при великому діаметрі проходу), так і регулювання потоку (витрат) газу, що робить її універсальним пристроєм. Основними достоїнствами заслінки є: простота конструкції, низька металоємність, невисока вартість виготовлення, малі габарити, мала будівельна довжина. У автоматично керованих системах управління заслінками виробляється за допомогою електроприводу.
Складемо специфікацію.

№ ел-та	Найменування	Кількість	Тип	Точність,%	Параметр надійності, год
1	Турбінний витратомір	4	Турбоквант 6624-0-117-5	0,5	10 березня
2	Комутатор	1	КР590КТ1	¾	0,06 · 10 6
3	АЦП	1	К572ПВ1А	¾	0,05 · 10 6
4	Процесор	1	386SX-25/40	¾	3,1 · 10 липня
5	ЦАП	1	К1108ПА2	1,5	0,05 · 10 6
6	Комутатор	1	555ІД4	¾	0,06 · 10 6
7	Підсилювач	4	ТУМ-5Б	¾	0,02 · 10 6
8	Заслінка з електроприводом	4	ІА99044-300	¾	0,1 · 10 6

Примітка: як точності в рядку 1 таблиці вказана наведена відносна похибка, у рядку 5 - абсолютна похибка повної шкали.
Розрахуємо інтенсивність відмов кожного елемента за формулою ,
де Т - час напрацювання на відмову.








Розрахуємо сумарну інтенсивність відмови:

(Ч ^-1).
Обчислимо ймовірність безвідмовної роботи системи протягом 7000 годин:


Вважається, що якщо P (t)> 0,96, то виріб працює надійно.
Побудуємо графік залежності P (t).

З графіка випливає, що час, протягом якого ймовірність безвідмовної роботи системи більше 0,96, становить приблизно 10 год

2. РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМІ

1) Підготовка статичних даних про напрацювання на відмову і часу відновлення
Вихідні дані (схема номер 14) представимо у вигляді таблиці 2.1.
Таблиця 2.1

Номер схеми	Найменування документа	Примітка
14	схема	Дані в табл. 2.2. (00мін. 00сек.)

Таблиця 2.2

Номери переривань і відновлень працездатності АІС
Номер схеми	Початок роботи Кінець роботи Час відновлення	1	2	3	4	5	6	7
14	t Н1	10.00.00	10.18.19	10.45.46	12.00.15	13.44.45	14.05.08	15.16.45
	t К1	10.12.13	10.27.25	11.56.59	13.34.12	13.56.59	15.13.12	17.00.00
	t в i	00.06.06	00.18.21	00.03.16	00.10.33	00.09.09	00.03.33

Таблиця 2.3

Номер схеми	Позначення показника	Номер s-го відлік часу обробки i-го запиту Час обробки
14	s	1	2	3	4	5
	t is	23.34	25.12	27.16	24.45	27.23

2) Розрахунок оцінки середнього напрацювання на відмову (Т ₀₎
Сумарний час перебування системи в працездатному стані розраховується за формулою:

де N - сумарна за період випробувань кількість переривань працездатного функціонування системи, N = 7,
t _{н l} - момент часу фактичного початку роботи після настання (l -1)-го переривання,
t _{до l} - момент часу фактичного закінчення роботи при настанні l-го переривання.
Тоді:
T _Р = (10.12.13-10.00.00) + (10.27.25-10.18.19) + (11.56.59-10.45.46) + (13.34.12-12.00.15) + (13.56.59-13.44. 45) + (15.13.12-14.05.08) + (17.00.00 +15.16.45) =
= 733 + 546 + 4273 + 5637 + 734 + 4084 + 6195 = 22202 (сек.)
Середнє напрацювання на відмову розраховується за формулою:
,
де k - сумарна кількість відмов.
(Сек.)
3) Розрахунок оцінки середнього часу відновлення
Середній час відновлення системи у працездатний стан після відмови розраховується за формулою:

де k = 6 - число відмов, після яких відбувалося відновлення під час випробувань;
t _Bj - час відновлення системи після j-го відмови.
((10.18.19-10.12.13) + (10.45.46-10.27.25) + (12.00.15-11.56.59) + (13.44.45-13.34.12) + (14.05.08-13.56.59) + (15.16.45-15.13.12)) =
= · 3058 = 509.7 (сек.)
4) Розрахунок оцінки середнього часу реакції на отримання вхідного сигналу
Середній час реакції системи на вхідний сигнал розраховується за формулою:

де m - кількість замірів часу обробки сигналу;
t _s - час обробки s-го сигналу.
23.34 +25.12 +27.16 +24.45 +27.23) = · 7690 = 1538 (сек.)
5) Розрахунок оцінки коефіцієнта готовності системи
Розрахунок значення коефіцієнта готовності системи проводиться за такою формулою:

Тоді .
6) Розрахунок оцінки ймовірності надійного перетворення вхідної інформаціі14-ю схемою
Імовірність надійного перетворення вхідної інформації розраховується за формулою:
,
де T _o і Т _B - середній час напрацювання на відмову і відновлення після відмови системи;
Т _реак - середній час реакції системи на вхідний сигнал.
Тоді .
7) Визначення значення довірчої ймовірності a для інтервалу оцінювання
Виберемо довірчу ймовірність a = 0,95. При такої ймовірності досягається висока надійність і точність.
8) Розрахунок довірчих меж заданих показників надійності
Розрахунок нижньої ( ) І верхньої ( ) Довірчих меж для показника напрацювання на відмову проводиться за формулами:
, ,
де коефіцієнти r ₁ (k, a) і r ₃ (k, a) беруться з таблиць 1.1. і 1.2. [1]: r ₁ = 2,29, r ₃ = 0,57;
- Оцінка, розрахована в пункті (1), сек.
a - довірча ймовірність, a = 0,95.
Тоді (Сек.)
(Сек.).
Розрахунок нижньої ( ) І верхньої ( ) Довірчих меж для показника часу відновлення працездатності системи виконується за формулами:
, ,
де r ₁ = 2,29, r ₃ = 0,57;
-Оцінка, розрахована в пункті (3), T _B = 509,7 сек.;
a - довірча ймовірність, a = 0,95.
Тоді (Сек.),
(Сек.).
Розрахунок нижньої ( ) І верхньої ( ) Довірчих меж для показника коефіцієнт готовності системи виконується за формулами:
, .
Тоді ,
.
Розрахунок нижньої ( ) І верхньої ( ) Довірчих меж ймовірності надійного перетворення вхідної інформації проводиться за формулами:
,
.
Тоді ,
.
9) Зведення отриманих результатів у вихідну форму (таблиця 2)
Результати, отримані при обробці вихідних даних, зведемо в таблицю.

ВИСНОВОК
Впровадження об'єктів розробленої автоматизованої системи управління в систему газопостачання міста суттєво підвищить оперативність та достовірність отримання інформації з різних напрямків діяльності підприємства газопостачання: обсяги реалізації газу, ліміти, технічне обслуговування і багато чого іншого.
Завдяки впорядкованого руху інформаційних потоків, запропонованої організації збору та обробки даних система дозволяє знизити потребу підрозділів підприємства в операторах, а також підвищує ефективність роботи в процесі управління міської газорозподільної організацією.
Розвиток системи здійснюється шляхом нарощування числа контрольованих пунктів, оснащених відповідними датчиками, і шляхом підключення додаткових підсилювачів сигналів передачі, а також введенням додаткових датчиків - газоаналізаторів.
Аналіз розробленої системи показав, що ймовірність надійної передачі інформації системи вище ймовірності її безвідмовної роботи. Для збільшення часу безвідмовної роботи системи необхідно замінити в ній найменш надійні елементи, в даному випадку, датчики, на більш надійні, що володіють меншою інтенсивністю відмов.

СПИСОК іспоьзовать ЛІТЕРАТУРИ
1 Вимірювання параметрів газоподібних і рідких середовищ при експлуатації інженерного устаткування будівель: Справ. посібник / А.А. Поляков, В.А. Канава, Г.Н. Бобровников, А.В. Архипов; Під ред. А.А. Полякова. - М.: Стройиздат, 1987. - 352 с.: Іл.
2 Трубопровідна арматура з автоматичним управлінням: Довідник / Д.Ф. Гуревич, О.Н. Заринськ, С.І. Косих. - Л.: Машинобудування, Ленінгр. отд-е, 1982. - 320с., Іл.
3 Витратоміри та лічильники кількості. Вид. 3-тє, переробці. І доп. / Кремлівський П.П. - Л.: Машинобудування, Ленінгр. отд-е, 1975. - 776с., Іл.
4 Цифрові та аналогові інтегр. мікросхеми: Довідник / С.В. Якубовський, Л.І. Ніссельсон, В.І. Кулешова і ін; Під ред. С.В. Якубовського. - М.: Радіо і зв'язок, 1989. - 496 с.: Іл.
5 Веніамінов В.М., Лебедєв О.Н., Мірошниченко А.І. Мікросхеми і їхнє застосування: Справ. посібник, 3-е изд., перераб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1.240с.:-Іл. - (Масова радіобібліотека; Вип.114).
6 Довідкові дані з електроустаткування, т.II, Електрообладнання для важкого машинобудування і металургійних цехів. М.-Л., видавництво «Енергія», 480с., З рис.
7 Калабухов В., Степанов С. Забезпечення функцій збору інформації та телекерування на об'єктах магістральних газопроводів. / / СТА. - 2001. - № 2. - С.34-43.
8 http://www.cta/ru/pdf/2000_2/neftegaz2_2002.pdf