МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

ОТЧЕТ

о преддипломной практике

Руководитель практики от университета Николаев. А.Н._

Руководитель практики от предприятия Шехтман М.Б. __

Отчёт выполнил студент группы 00АА1_Быстров А.Л._

Отчет с оценкой_________ Приняли_____________________

_____________________

_____________________

Пенза 2004

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

(заполняется руководителем от предприятия)

Исполнитель: студент гр._00АА1 Факультета_АИТ_специальности_220201_ Обухов Александр Викторович

(фамилия, имя, отчество)

Руководитель практики: к.т.н., доцент Нниколаев Александр Николаевичч

Подразделение, в котором проходит практика: НПФ КРУГ

Тема занятий: Оценка технического состояния функциональных подсистем АСУ ТП с использованием линейных динамических моделей

Техническое задание (название устройства, условия применения, основные технические характеристики, внешние воздействия, специальные требования и т.п.):

Оценка технического состояния функциональных подсистем АСУ ТП осуществляется с целью выявления неблагоприятных режимов работы. Оценка производится на основе обработки данных, поступающих с ПТК Круг 2000 в станцию архивирования.

Формат данных 32 разрядный двоичный код

Число регистрируемых параметров определяется пользователем

Время регистрации до 24 часов

Интервал регистрации от 1 до 60 с

Формат преобразования данных Excel и mat.файл

Среды программирования Windows, Excel, MatLab

Формы получаемых моделей АРСС – модели,

передаточные функции

Оценка производится по параметрам передаточных функций на основе теории оценок

Перечень основных вопросов задания (анализ требований ТЗ; выявление аналогов и вариантов возможных решений; проверка вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность; сравнительная оценка вариантов и выбор оптимального; проверка соответствия выбранного варианта требованиям технологичности, экономичности и техники безопасности; оформление технического предложения; составление и согласование технического задания на дипломный проект; сбор и анализ материалов по отдельным разделам дипломного проекта; определение содержания и объёма расчётных, проектных и конструкторских работ; выполнение теоретических и экспериментальных исследований; оформление заключительного отчёта):

Календарный план работы

Этап	Содержание этапа	Сроки выполнения	Отчетность
1	Анализ требований ТЗ, разработка технического предложения, разработка и согласование ТЗ на дипломный проект. Получение ТЗ по технологической, экономичес- кой частям, охране труда и основам безопасности жизнеде- ятельности. Защита технического предложения.		Оформление материалов технического предложения и технического задания на дипломный проект.
2	Определение содержания и объёма расчетных работ, проведение теоретических, экспериментальных исследований, проектных и конструкторских работ. Сбор и анализ материалов по технологи- ческому и экономическому разделу, разделу по охране труда и основам безопасности жизнеде- ятельности. Защита заключи-тельного отчета.		Заключительный отчет с планом расчетных работ, материалами теоретических и экспериментальных исследований, материалами по технологическому, экономическому обеспечению и охране труда.

Задание к исполнению принял

______________________«___»_____________2005г.

Руководитель практики от университета _______________________________

Руководитель практики от предприятия ________________________________

Общая характеристика и оценка работы студента

(составляется руководителем практики от предприятия)

Задание по практике выполнено в полном объеме. Оценка по практике - хорошо

«___»_______________2005г.

Руководитель от предприятия ________________________________________

Содержание

1. Оценка технического состояния функциональных подсистем АСУ ТП с использованием нейронных динамических сетей

1. Анализ требований ТЗ. Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП

2. Сопоставительный анализ и выбор прототипа разработки.

3. Постановка задач дальнейшего исследования

Список использованных источников

1 Оценка технического состояния функциональных подсистем асу тп с использованием линейных динамических моделей

1.1. Анализ требований тз. Основные функции контроля теплоэнергетических асутп

Основные функции контроля теплоэнергетических АСУТП определяются требованиями нормативно – технической документации [1] и включают в себя: оперативный контроль, регистрацию, сигнализацию технологических параметров и состояний органов управления, регистрацию аварийных ситуаций, автоматического расчета технико – экономических показателей, автоматического регулирования в нормальных и пусковых режимах, определения энергетических характеристик оборудования, оптимизацию режимов рабаты агрегатов, защиту основного и вспомогательного оборудования энергоблоков, обмена информацией с вышестоящими АСУ.

Современные теплоэнергетические АСУТП, построенные программно – технических комплексов (интегрированных SCADA – систем) в целом успешно выполняют функции контроля и регулирования технологических параметров. Однако специфика технологических процессов производства электроэнергии на ТЭЦ и большой объем контролируемых и регулируемых параметров не гарантируют полной защиты технологического оборудования от возникновения аварийных и неблагоприятных режимов работы. Под неблагоприятными режимами понимаются такие режимы работы, при которых технологические параметры процесса не выходят за допустимые пределы, обнаруживаемые системой контроля, вместе с тем при таких режимах значительно снижаются показатели качества регулируемого технологического процесса. Возникновение неблагоприятных режимов работы обусловлено нестационарностью технологического процесса производства электроэнергии и является основной причиной возникновение аварийных ситуаций.

В связи с этим представляется целесообразным дополнять существующие системы контроля и регулирования теплоэнергетических АСУТП функциональными боками которые позволят:

1. Обнаруживать возникновение неблагоприятных режимов работы.

2. Выдавать оперативному персоналу информацию о возникновении таких режимов.

3. Давать рекомендации по изменению параметров настройки автоматических регуляторов для их устранения.

4. Прогнозировать возникновение аварийных ситуаций.

Необходимость использования таких функциональных блоков подтверждается практикой эксплуатации АСУТП. В качестве примера ниже приведены оперативные тренды регулирования различных технологических параметров на Пензенской ТЭЦ- 1 снятые в режиме нормальной эксплуатации 28.04.04 г.

Верхний график представляет регулирующую величину, нижний – регулируемую.

с

Рис. 3.1. Регулирование уровня конденсата в конденсаторе.

Рис. 3.2. Регулирование уровня конденсата в ПНД-3.

Рис. 3.3. Регулирование уровня конденсата в ПВД-5.

Рис. 3.4. Регулирование уровня конденсата в ПВД-6.

Рис. 3.5. Регулирование уровня конденсата в ПВД-7.

Рис. 3.6. Регулирование уровня конденсата в ОПУ.

с

Рис. 3.7. Регулирование давления в горячем коллекторе.

с

Рис. 3.8 Регулирование давления в холодном коллекторе.

с

Рис. 3.9. Регулирование температуры смазки подшипников турбины.

с

Рис. 3.10. Регулирование разряжения в топке

с

Рис. 3.11. Регулирование уровня воды в барабане котла.

Рис. 3.12. Регулирование давление на выходе ГРП.

Анализ временных трендов позволяет сделать вывод, что не все режимы работы систем регулирования являются удовлетворительными. Так подсистемы регулирования уровня конденсата в подогревателях водяного тракта находятся в автоколебательном режиме, что свидетельствует о неточной настройке автоматических регуляторов.

Подсистемы регулирования давления в горячем коллекторе, разряжения в топке и уровня воды в барабане котла работают с частыми переключениями исполнительных механизмов (несколько сот переключений в час), что приводит к преждевременному изнашиванию задвижек запорной арматуры.

Подсистема регулирования давления на выходе ГРП, также работает с частыми переключениями в режиме парирования внешнего давления на входе.

Это свидетельствует о необходимости периодической подстройки регуляторов функциональных подсистем АСУТП.

Для выявления неблагоприятных режимов работы функциональных подсистем АСУТП и устранения таких режимов предлагается дополнительно ввести в состав АСУТП программно – технический комплекс, включающий в себя следующие блоки:

1. Блок сбора и первичной обработки информации со станций системы «КРУГ» в виде временных трендов;

2. Блок расчета и контроля технических характеристик функциональных подсистем теплоэнергетических АСУ ТП;

3. Блок регулирования режимов работы функциональных подсистем на математических моделях;

4. Блок настройки автоматических регуляторов и средств управления.

5. Сервисный блок, осуществляющий сопровождение ПТК, отладку прикладных программ и программирование;

Техническая и алгоритмическая структуры ПТК показаны на рис.3.13 и 3.14.

Основные параметры комплекса:

1. Число регистрируемых параметров задается оператором

2. Период опроса контролируемых каналов задается оператором

3. Время опроса контролируемых каналов задается оператором

4. Дискретность опроса контролируемых каналов задается оператором

5. Время расчета технических характеристик 5 мин

6. Время моделирования режимов работы 5 – 60 мин

7. Время расчета параметров регуляторов 15 мин

Рисунок 3.13. Схема подключения ПТК

Рисунок 3.14. Алгоритмическая структура ПТК.

Комплекс предназначается для выполнения следующих функций:

1. Первичная обработка информации

1.1. Выбор данных.

1.2. Передача и регистрация данных по вычислительной сети, и регистрация на электронный носитель.

1.3. Форматирование данных в формат текстовый (txt) или Excel,

1.3. Запись и хранение в памяти ПТК.

2. Расчет и контроль технических характеристик.

2.1. Фильтрация, сглаживание, усреднение, центрирование.

2.2. Расчет статистических характеристик временных трендов (среднее значение, дисперсия, гистограмма, корреляционная функция, спектральная плотность).

2.3. Расчет параметров АРСС – модели временных трендов рекуррентными методами наименьших квадратов, максимального правдоподобия, стохастической аппроксимации.

2.4. Определение параметров передаточных функций, временных и частотных характеристик.

2.5. Расчет точечных и доверительных оценок параметров моделей и проверка статистических гипотез.

3. Регулирование режимов работы функциональных подсистем на математических моделях в MATLAB.

3.1. Моделирование режимов работы в Control System Toolbox.

3.1. Моделирование режимов работы в Simulink.

4. Настройка автоматических регуляторов в Nonlinear Control Design Blockset.

5. Сервисные функции.

5.1. Сервисные функции ПТК определяются сервисными возможностями MATLAB

В последнее десятилетие для решения задач управления техническими системами широкое распространение получили программно-технические комплексы (ПТК), отличительной особенностью которых является системный подход их построения, обеспечивающий совместимость, способность функционировать в единой системе, стандартизацию интерфейсов, функциональную полноту и пр.

Архитектура ПТК (рис.1.2) включает в себя четыре уровня иерархии.

На нулевом уровне аналоговый интерфейс заменяется коммуникационной технологией, объединяющей датчики, исполнительные механизмы и контроллеры в единую цифровую сеть – Feldbus (полевая шина или промышленная сеть). Это позволяет значительно сократить большое количество проводных линий связи, идущих от датчиков и исполнительных механизмов к каналам ввода – вывода контроллеров. Кроме того, каждое устройство уровня 0 оснащено самостоятельным вычислительным ресурсом и может выполнять функции управления, самонастройки и самодиагностики, что упрощает обслуживание контрольно–измерительных приборов (КИП) и снижает нагрузку на управляющие вычислительные устройства верхних уровней, делает систему более распределенной и надежной. В настоящее время отсутствует единый международный стандарт для сетей Feldbus. Наиболее популярными являются два протокола обмена: европейский – Profbus, разработанный фирмой Simens и американский Foundation Feldbus. В качестве протокола для сетей на основе простого последовательного порта общепризнан Modbus, разработанный американской фирмой MODICON.

На уровне 2 находятся программируемые логические контроллеры (PLC) и свободно программируемые контроллеры (SoftPLC). Для программирования которых, Международный электротехнический комитет (МЭК) принял стандарт IEC 1131-3 включающий пять языков графического и текстового программирования. К графическим языкам относятся: язык релейных диаграмм (Ladder Diagram – LD), функциональных блоковых диаграмм (Function Block Diagram –FBD), последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart SPC). К текстовым языкам – список инструкций (Instruction List – IL), структурированный текст (Structured Text –ST). Связь между контроллерами и станциями управления верхнего уровня осуществляется по промышленному варианту сети (Industrial Ethernet).

На уровне 3 располагаются станции в виде IBM PC совместимых промышленных компьютеров, образующих систему сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA –система), которая обеспечивает диспетчеризацию технологического процесса и реализуют принцип безщитовой автоматики.

Основными функциями SCADA –системы являются:

- сбор текущей информации от контроллеров и других приборов, связанных непосредственно или через сеть с пультом оператора;

• первичная (вычислительная и логическая) обработка измерительной информации;

• архивирование и хранение текущей информации и ее необходимая дальнейшая обработка;

• представление текущей и исторической информации на дисплее (динамические мнемосхемы, гистограммы, анимационные изображения, таблиц, графиков, трендов, выделение аварийных ситуаций и т.п.);

• печать отчетов и протоколов произвольной формы в заданные моменты времени, показ и запись аварийных ситуаций в моменты их возникновения;

• ввод и передача команд и сообщений оператора в контроллеры и другие устройства системы;

• решение прикладных программ пользователя и организацию их взаимосвязи с текущей измеряемой информацией и управленческими решениями;

• информационные связи с серверами и другими рабочими станциями через разные сетевые структуры.

Рис. 1.2.

В настоящее время на отечественном рынке распространено около 20 открытых SCADA –систем, отличающихся друг от друга структурой, функциональными, техническими и стоимостными характеристиками. Основные SCADA –системы фирм присутствующих на российском рынке даны в табл.1.

Табл. 1

Система	Фирма	Страна	Операционная система
1	2	3	4
Круг –2000	НПФ КРУГ	Россия, Пенза	DOS, Windows NT
TRACE MODE	ADASTRA	Россия, Москва	DOS, Windows 95/NT
VNS	ИнСАТ	Россия, Москва	DOS
Vis-a-Vis	ИнСАТ	Россия, Москва	Windows NT
MIK$Sys	МИФИ	Россия, Москва	DOS, Windows 95/NT
САРГОН	НВТ-АВтоматика	Россия, Москва	Windows 95/NT
СКАТ-М	АО НИИ Центрпрограммсистем	Россия, Тверь	DOS
In Touch	Wonderware	США	Windows 95/NT
RealFlex	RealFlex Software	США	QNX
Genesis	Iconics	США	Windows 95/NT
FIX, IFIX	Intellution	США	Windows 95/NT
Sitex	Jade Software	Англия	Windows 95/NT
Factory Link	US DATA Co.	США	Windows 95/NT
WinCC	Simens	Германия	Windows 95/NT
CIMPLICITY HMI	GE FANUC Automation	США	Windows 95/NT
Bridge VIEV	National Instruments	США	Windows 95/NT
WizCon 7 for Windows & Internet	PC Soft International	Израиль -США	Windows 95/NT
Citect	Ci Tecgnologies	Австралия	Windows 95/NT
Genie	Advantech	Тайвань	Windows 95/NT
OASyS	Valmet Automation	Финляндия	Windows 95/NT