Автоматизація індивідуального теплопункту

Ймовірність безвідмовної роботи:

Розраховуємо ймовірність відновлення працездатності, задавши середній час встановлення працездатності та допустимий час функціонування об'єкту при невиконанні керуючої функції :

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи з урахуванням відновлення відмовляючої функції:

Розрахунок захисної функції

Для захисної функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову:

Ймовірність безвідмовної роботи:

Розраховуємо ймовірність відновлення працездатності, задавши середній час встановлення працездатності та допустимий час функціонування об'єкту при невиконанні керуючої функції :

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи з урахуванням відновлення відмовляючої функції:

Найбільш жорстокі вимоги висуваються до захисних функцій. Тому надійність виконання такої функції характеризується коефіцієнтом готовності, який розраховується за формулою 8.4.

Для захисної функції розраховується імовірність безвідмовної роботи при виконанні очікуваної задачі за формулою 8.5.

Оскільки Кгот = 0,9999 > Кготтабл = 0,998, а також Тсер по кожній функції більше, ніж задане 1000 год., то розрахунки припиняємо. Показники надійності, розраховані вище, задовольняють вимогам, більш того, має місце значний запас надійності реалізації функцій.

Розрахунок, що був проведений вище, показав, що отримані показники надійності для всіх розглянутих функцій не виходять за припустимі межі. Таким чином, інформаційна та керуюча відповідають вимогам надійності, та з визначеною імовірністю можуть працювати безвідмовно.

10. Опис алгоритму вирішення задачі автоматизації

Регулювання температури зворотного теплоносія. Сигнал по температурі зворотного теплоносія надходить у вимірюючий блок контролера, де порівнюється із завданням. Далі різниця потрапляє в регулюючу частину, де за ПІ-законом формується вплив на відповідний привід (поз.5в) і з заданою точністю відкривається/закривається клапан, який регулює витрату прямого теплоносія мережі опалення.

Регулювання температури води у мережі ГВП. Сигнал по температурі води у мережі ГВП надходить у вимірюючий блок контролера, де порівнюється із завданням. Далі різниця потрапляє в регулюючу частину, де за ПІ-законом формується вплив на відповідний привід (поз.6в) і з заданою точністю відкривається/закривається клапан, який регулює витрату теплоносія у теплообмінник ГВП.

Регулювання тиску у мережі опалення. Сигнал по тиску теплоносія у мережі опалення перед насосною групою надходить у вимірюючий блок контролера, де порівнюється із завданням. Далі різниця потрапляє в регулюючу частину, де за П-законом формується сигнал керування частотним перетворювачем (поз.4 В, 4г) і на насос подається напруга живлення необхідної частоти.

В алгоритмі також передбачений технологічний захист та сигналізація таких параметрів:

1) тиск прямого та зворотного теплоносія мережі опалення

2) температура прямого та зворотного теплоносія мережі опалення;

3) температура гарячої води на вході у мережу ГВП.

При виході цих параметрів за допустимі межі треба сповістити оператора.

1) тиск прямого теплоносія.

У випадку відмови датчика тиску прямого теплоносія переводимо клапан на трубопроводі прямої мережевої води (ВМ 5в) у положення 100%, вмикаємо сигналізацію та блокування.

2) температура гарячої води на вході у мережу ГВП.

У випадку відмови датчика температури гарячої води на вході у мережу ГВП вмикаємо сигналізацію і переводимо клапан (ВМ 6в) у наперед задане безпечне положення — 50%.

3) температура зворотного теплоносія мережі опалення.

У випадку відмови датчика температури зворотного теплоносія мережі опалення переводимо клапан на трубопроводі прямої мережевої води (ВМ 5в) у положення 100%, вмикаємо сигналізацію та блокування.

11. Опис програмного забезпечення локального рівня ПТКЗА. Опис контрольного прикладу. Керівництво користувача

ПЗ локального рівня ПТКЗА складено в програмі стандартної середи розробки CoDeSys, що дозволяє створювати програми для контролерів фірми «ОВЕН» (використовувалася для контролера ОВЕН ПЛК160). Мова, за допомогою якої була створена LCADA програма — FBD.

Програма, яка виконується контролером відповідає за локальне регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення, температури гарячої води у мережі ГВП та тиску теплоносія у мережі опалення в ручному та автоматичному режимах. Програма призначена для обчислення на основі вхідної інформації за ПІ-законом регулювання (для тиску — П-законом) необхідної керуючої дії, яка буде представляти вихідну інформацію програми.

В якості OPC сервера було обрано стандартній OPC сервер середовища CoDeSys — «CoDeSys OPC» .

Для реалізації регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення на модуль АЦП контролера вводиться сигнал від термоперетворювача опору (поз. 5а). Цей сигнал опрацьовується програмою контролера. Далі цей сигнал поступає на виконавчий механізм.

Рис. 11.1. Програма регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення

На рисунку зображена програма, завданням якої є реалізація регулювання температурою за допомогою ПІД-закону (в даному випадку використовується ПІ-закон). Через аналоговий ввод Т2 ми вводимо сигнал з термоопору. Далі сигнал потрапляє на блок PID, цей блок реалізує регулювання за ПІ законом, за формулою

OUT = Kp*e (t) + 1/Ti e (t)dt ,

де e (t) = Т2 — SET_POINT, e (t) — це сигнал розбалансу.

З виходу регулятора сигнал потрапляє на аналоговий вихід.

Для даного об'єкту керування було реалізовано за допомогою середовища програмування CoDeSys наступні контури регулювання:

0001-Регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення.

0002-Регулювання температури гарячої води у мережі ГВП.

0003-Регулювання тиску у мережі опалення.

та блокування:

0004-По температурі зворотного теплоносія мережі опалення;

0006-По температурі гарячої води у мережі ГВП;

0008-По тиску теплоносія у мережі опалення.

0010, 0012-Перемикання циркуляційних насосів.

Рис 11.2. Лістинг програми Рис 11.3. Лістинг програми Рис 11.4. Лістинг програми Для контрольного прикладу був змодельований об'єкт (індивідуальний теплопункт) за допомогою модуля Simulink програмного продукту Matlab, який з'єднується за допомого OPC з контролером. (Рис 11.4).

Рис 11.4. Модель об'єкта Для перевірки коректності роботи програми без використання контролеру, а також без наявного об'єкту необхідно виконати наступні дії:

1) Запускаємо CoDeSys SP PLCWinNT V2.4 (Пуск-> 3G Software->CoDeSys SP PLCWinNT->CoDeSys SP PLCWinNT V2.4)

2) Запускаємо CoDeSys і відкриваємо наш проект

3) Заходимо в пункт меню «Онлайн» та обираємо пункт «Параметры связи»

4) Запустити OPC Configurator Пуск->Программы->3S Software->Communication->CoDeSys OPC Configurator

5) Перейти в CoDeSys’e Онлайн->Параметры связи

6) Налаштувати параметри зв’язку таким чином, щоб вони були однакові як у OPC сервера, так і у програми CoDeSys (рис. 11.5)

Рис. 11.5. Налаштування параметрів зв’язку

7) Відкриваємо та запускаємо Simulink файл з моделлю об'єкта MatlabmodITP_opc.mdl.

8) Перейти в CoDeSys’e Онлайн->Подключение.

9) Перейти в CoDeSys’e Онлайн->Старт.

10) Тепер можна в CoDeSys змінювати значення тегів та дивитися результат. Для цього треба натиснути кнопкою миші на ім'я тега та обрати вести його нове значення, після цього натиснути СTRL+F7 s нове значення тега запишеться в програму.

12. Опис пз супервізорного рівня ПТКЗА. Опис контрольного прикладу. Керівництво користувача

Розробка ПЗ супервізорного рівня велась в середовищі InTouch 10.1. Реалізація зв’язку між локальним та супервізорним рівнем на практиці реалізуэться за допомогою протоколів серії ОРС.

ПЗ супервізорного рівня надає можливість отримувати інформацію про хід ТП та здійснювати оперативне управління. Також є можливість генерації звітів подій, тривог, баз даних та архівів.

ПЗ верхнього рівня використовує інформацію про ТП з контролера, що надходить від датчиків. Обмін інформацією між робочою станцією, де розташоване програмне забезпечення верхнього рівня, та контролером відбувається через канал інтерфейсного звязку.

Для того щоб SCADA-програма мала змогу зчитувати інформацію з контролера та записувати інформацію необхідно попередньо запрограмувати функціональні блоки в контролері, тобто дати кожному параметру кожного блока свій власний ідентифікатор.

В редакторі SCADA-програми розробляється графічна частина проекту системи управління. Операторський інтерфейс повинен включати сам вигляд ТП з наглядними значеннями параметрів, щит оператора та графіки перехідних процесів.

Усі параметри відображуються у вигляді динамічного тексту. Для зміни певних величин необхідно натиснути на певний параметр та ввести потрібне значення у вікно, яке з’явиться.

Головне вікно представляє собою мнемосхему об'єкту — теплопункту, з вказанням всіх контрольованих параметрів.

Рис. 12.1. Мнемосхема об'єкту керування Також у цьому вікні можна задати завдання для регульованих параметрів або перевести керування у ручний режим. У випадку ручного режиму відкриється вікно «РУЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ» .

Рис. 12.2. Екран ручного керування У вікні «ПАНЕЛЬ», яке розташовано під вікном мнемосхеми, розташовані кнопки переходу на інші вікна. Екран «КОНТРОЛЛЕР» призначений для зміни параметрів настройки регуляторів.

Рис. 12.3. Екран параметрів настройки контролера Якщо один з технологічних параметрів, наприклад, температура води у мережі ГВП або зворотна вода мережі опалення, виходить за допустимі межі, то подається сигнал аварії - індикатор червоного кольору та напис «Авария». Автоматично з’являється вікно аварій «АЛАРМЫ» .

Рис. 12.4. Екран аварій В даному вікні відображається перелік аварій. Присутні кнопки «Квитировать выбранный» та «Квитировать все», за допомогою яких оператор відмічає, що аварії побачені. Для наглядного відображення ходу ТП присутні тренди реального часу та історичні тренди.

Рис. 12.5. Екрани трендів реального часу Рис. 12.6. Екрани історичних трендів Для того щоб запустити контрольний приклад, необхідно:

1. Встановити на комп’ютер Intouch та FSGateway;

2. Встановити та настроїти OPC-сервер від CoDeSys v3, як описано у розділі 11;

3. Запустити контрольний приклад для локального рівня ПТКЗА (див. розділ 11);

4. Запустити Start MenuProgramsWonderwareSystem Management Console;

5. У даному вікні треба настроїти параметри, як показано на рис. 12.7;

6. Запустити Start MenuProgramsWonderwareInTouch;

7. У головному вікні програми треба додати наш проект (InTouchTeplopunkt);

8. Відкрити його за допомогою WindowViewer;

9. Тепер можна користуватися повним емулятором сушильної камери разом з SCADA програмою.

Рис. 12.7. Екран настроювання FSGateway

Висновки У результаті виконання даного курсового проекту була спроектована АСУТП індивідуального теплопункта. До її складу входять нижній (локальний) та верхній (супервізорний) рівень АСУТП.

Локальна система управління реалізується на базі контролера ОВЕН ПЛК 160−220.А-L та модуля аналогового вводу ОВЕН МВА8, від фірми ОВЕН. Розробка ПЗ супервізорного рівня велась в середовищі Wonderware InTouch 10.1. Реалізація зв’язку між локальним та супервізорним рівнем відбувається за допомогою протоколів серії ОРС.

Розрахункова вартість системи складає 24 тис. грн.

До функцій розробленої АСУТП входять:

— індикація, реєстрація та архівування таких важливих параметрів: температура та тиск теплоносія у прямому та зворотному трубопроводах, води у системі ГВП, тиск води у мережі ХВП, витрата прямого теплоносія, води у мережі ГВП та ХВП;

— сигналізація таких параметрів: тиск та температура прямого та зворотного теплоносія мережі опалення, температура гарячої води на вході у мережу ГВП;

— блокування за параметрами: тиск прямого теплоносія, температура гарячої води на вході у мережу ГВП, температура зворотного теплоносія мережі опалення;

— регулювання температури теплоносія у зворотному трубопроводі та тиску прямому трубопроводі мережі опалення, температури води у мережі ГВП.

— керування виконавчими механізмами в ручному та автоматичному режимах;

— обмін інформацією між локальним та супервізорним рівнями АСУ ТП;

— відображення інформації на мнемосхемі про поточний стан технологічного процесу;

Отримані в ході розрахунків параметри системи задовольняють представленим вимогам:

— основні показники надійності для інформаційної, керуючої та захисної функцій: середній час напрацювання на відмову Т_сер>1000 год, ймовірність безвідмовної роботи Р (ф)>0,9; середній час відновлення для керуючої функції Тв?2 год;

Література С. А. Чистович, В. К. Аверьянов, Ю. Я. Темпель, С. И. Быков Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. — Ленинград. Стройиздат, 1987.

В.Ф. Фаликов, В. П. Витальев Автоматизация тепловых пунктов: Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

Клюев А.С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. — М., Энергия 1980 г.

Баган Т.Г., Батюк С. Г., Бунь В. П., Ізгорев М.Ю., Олійник С.Ю. Методичні рекомендації щодо оформлення курсових та дипломних проектів. — Київ: Політехніка, 2002. 40с.

Ротач В. Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М., «Энергия», 1973.

В.Г. Гершкович. Опыт реконструкции теплового пункта общественного здания// «ЭСКО» [Електронний ресурс]. — Електрон. журн.- 2004. № 5. Режим доступу: esco-ecosys.narod.ru

Додаток

Замовна специфікація засобів вимірювання