Разработка системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции

Система автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции представляет, из себя, достаточно сложную, разветвленную систему, поэтому к разработке алгоритмов функционирования и к выбору параметров данной системы нужно относиться с особым вниманием. Ведь, потратив перед решением даже простой задаче несколько минут на выбор оптимального алгоритма, можно в дальнейшем сэкономить многие часы. Поэтому первым шагом при разработке системы автоматического контроля будет являться выбор параметров системы, отвечающих требованиям, разработанным в первом разделе.

Выходными параметрами системы автоматического контроля согласно приложению В являются минимальное давление и максимальное давление, развиваемое насосом, аварийная допуска по давлению, развиваемому насосом. Входными параметрами согласно приложению А расход воды, перекачиваемой НА и давление, развиваемое насосом, а также согласно приложению Б аварийный сигнал – дифференциальная защита двигателя.

Вторым шагом будет являться разработка алгоритмов. Приведем перечень алгоритмов, реализация которых позволит создать систему оперативно-диспетчерского контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции:

1) определение интервалов реально измеряемых сигналов на основе разработанных в разделе 1 требований: непрерывный сбор информации с теплотехнических приборов, а также формирование и передача этих данных с настраиваемым периодом в интервале 120 минут. Для системы автоматического контроля такими сигналами будут являться давление, развиваемое насосом, расход воды, перекачиваемой НА и аварийный сигнал – дифференциальная защита двигателя;

2) определение по литературным и справочным данным номинальных параметров системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции. Эти значения составят массив допустимых максимальных ординат измеряемых сигналов. В SCADA-системе WinCC – это Alarm;

3) для контроллеров предварительной обработки данных алгоритм предварительной обработки данных будет заключаться в измерении, хранении этих данных в памяти контроллера в период запуска, остановки или нормальной работы двигателя и в передачи этих данных на вышестоящие уровни с настраиваемым периодом в интервале 120 минут, а также в том случае, если процесс запуска будет рассматриваться как аварийный, то немедленно. В момент нормальной работы двигателя, характеризующейся изменением физических координат в зоне возможного допуска, измеряемые значения остаются в памяти контроллера до тех пор, пока не произойдет изменение режима работы насосной станции (отключение двигателя, повторное включение двигателя …);

4) на вышестоящем уровне измеренные физические сигналы передаются как установившиеся значения или как аварийные (в случае признания их относящимися к массиву Alarm). Эти сигналы записываются в память редактора Tag Logging (Регистрация тегов) SCADA-системы WinCC, установленной на ПЭВМ и хранятся в редакторе 45 дней;

5) в ПЭВМ размещаются математические и программные модели всех возможных режимов работы системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции и база данных нормальных и аварийных режимов работы системы. Математические модели могут быть созданы в ППП «MATLAB» и подключены к SCADA-системе WinCC, а программные модели могут быть написаны на скриптовых языках, входящих в состав SCADA-системы (Редактор Global Script (Глобальный сценарий)). В базу данных записываются ординаты физических переменных, которые можно реально измерить в функции от времени, а также не измеряемые физические переменные, восстанавливаемые путем математического моделирования по математическим моделям нормального и аварийного режимов работы насосной станции. Таким образом в ПЭВМ имеется база эталонных и аварийных режимов работы электрооборудования;

6) в ПЭВМ по результатам реального измерения физических величин готовится информация, которая может быть использована с помощью математического моделирования в ППП «MATLAB» эталонных или аварийных режимов, но математическое моделирование осуществляется только в том случае, если есть запрос со стороны SCADA-системы WinCC. Процесс моделирования может не запускаться, если в соответствующей математической базе есть эталон;

7) в редакторе Tag Logging (Регистрация тегов) SCADA-системы WinCC осуществляется хранение данных, для всех нормальных и аварийных режимов работы насосной станции при этом данные, относящиеся к нормальным режимам работы, с периодичностью 45 дней хранятся, затем уничтожаются, а данные аварийные могут быть уничтожены по согласованию с руководящим персоналом насосной станции. Данные необходимые для осуществления коммерческих расчетов могут быть уничтожены только после принятия решения техническим персоналом насосной станции. Изображения мнемосхем создаются и хранятся в редакторе Graphics Designer (Графический дизайнер) SCADA-системы WinCC;

8) при возникновении аварийных ситуаций с помощью редактора Alarm Logging (Регистрация сообщений) SCADA-системы WinCC осуществляется конфигурирование сообщений об аварийных, предаварийных ситуациях в системе автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции. С помощью редактора Report Designer (Дизайнер отчетов) SCADA-системы WinCC создаются отчеты, при этом можно создать шаблоны отчетов, а SCADA-системы WinCC затем автоматически создаст отчеты, используя полученные данные о ходе технологического процесса;

9) алгоритмы SCADA-системы предполагают индикацию мнемосхем физических сигналов, выработку команд по контролю и управлению в автоматическом и ручном режимах работы.

На рисунке 3.1 приведена структурная схема системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции [7, 10].

Разработаем ЛСА технологического процесса.

Рассмотрим технологический процесс. НА выбирают так, чтобы, регулируя угол разворота лопастей рабочего колеса, можно было регулировать давление воды на выходе насосной станции. Увеличивать или уменьшать угол разворота лопастей рабочего колеса нужно до тех пор, пока давление не вернется в заданный (нормальный) диапазон. Если давление пришло в рабочий диапазон, то необходимо прекратить увеличивать или соответственно уменьшать угол разворота лопастей рабочего колеса.

При нормальном режиме работы давление вернется в заданный диапазон и не возникнет необходимость продолжать изменять угол разворота лопастей рабочего колеса. Если давление продолжает уменьшаться или увеличиваться, то необходимо увеличить или уменьшить соответственно угол разворота лопастей рабочего колеса, до тех пор, пока давление не вернется в заданный диапазон.

Приведенное описание системы автоматического контроля расхода и давления воды на выходе насосной станции может рассматриваться как содержательный алгоритм работы технологического процесса. Для составления ЛСА необходимо ввести обозначения операций и логических условий, из которых будет построена ЛСА.

А₀ – операция начальной установки.

Р₁ – логическое условие: «давление равно нормальному давлению». Если р = ДН, то Р₁ = 1.

А₁ – операция, соответствующая фиксации условия превышения давления отметки ДН или понижения давления ниже отметки ДН.

Р₂ – логическое условие: Р₂ = 1, если давление уменьшается.

А₂ – операция, соответствующая фиксации условия повышения давления до заданного значения.

Р₃ – логическое условие: «давление меньше или равно минимальному значению». Если Д ≤ Д_мин, Р₃ = 1.

А₃ – операция, соответствующая фиксации условия понижения давления ниже минимального значения или равного минимальному значению.

А₄ – операция, соответствующая увеличению угла разворота лопастей рабочего колеса.

Р₄ – логическое условие: «давление равно нормальному давлению». Если р = ДН, то Р₄ = 1.

А₅ – операция, соответствующая фиксации условия равенства нормального значения давления и измеряемого значения давления.

Р₅ – логическое условие: «давление меньше минимального значения или равно минимальному значению». Если Д ≤ Д_мин, то Р₅ = 1.

А₆ – операция, соответствующая фиксации условия повышения давления до заданного значения.

Р₆ – логическое условие: Р₆ = 1, если давление увеличивается.

А₇ – операция, соответствующая фиксации условия понижения давления до заданного значения.

Р₇ – логическое условие: «давление больше или равно максимальному значению». Если Д ≥ Д_мак, Р₇ = 1.

А₈ – операция, соответствующая фиксации условия повышения давления выше максимального значения или равного максимальному значению.

А₉ – операция, соответствующая уменьшению угла разворота лопастей рабочего колеса.

Р₈ – логическое условие: «давление равно нормальному давлению». Если р = ДН, то Р₈ = 1.

А₁₀ – операция, соответствующая фиксации условия равенства нормального значения давления и измеряемого значения давления.

Р₉ – логическое условие: «давление больше максимального значения или равно максимальному значению». Если Д ≥ Д_мак, то Р₉ = 1.

А₁₁ – операция, соответствующая фиксации условия понижения давления до заданного значения.

 - логически ложное условие  = 0, определяющее окончание выполнения части или всего алгоритма [11, 24].

ЛСА технологического процесса (при понижении давления) в виде операторной формы записи имеет вид:

. (3.1)

ЛСА технологического процесса (при повышении давления) в виде операторной формы записи имеет вид:

. (3.2)

А соответствующая блок-схема алгоритма приводится на рисунке 3.2