Вакуумная компрессорная станция Нефть и газ
.pdfСПБГУАП / Санкт-Петербург
остановки и если нажата, производится запуск или остановка установки, с
помощью соответствующих подпрограмм. Если ни одна из этих кнопок не нажата, то вызывается подпрограмма управления, причем она вызывается не чаще чем один раз в секунду. Затем подпрограмма управления исполнительными механизмами приводит в движение клапаны и заслонки,
если это необходимо. Последующие циклы основной программы проходят по тому же алгоритму, за исключением инициализации модулей.
В рамках данной работы разработаны подпрограммы инициализации системы, опроса аналоговых датчиков, опроса дискретных датчиков; пуск,
остановка; а также устранение аварийных ситуаций. Блок-схемы алгоритма работы подпрограммы приведены в приложении В.
Вподпрограмме опроса датчиков циклически опрашиваются аналоговые входы. В начале идет считывание показаний датчика. Затем определяется достоверность показаний, и если показания достоверны, то они переводятся в технические единицы и записываются в память в противном случае выставляется соответствующий бит ошибки. После того как контроллер опросит все датчики, произойдет переход в основную программу.
Вслучае совершении какой-либо аварии, вызывается подпрограмма остановки. В начале подпрограммы определяется, работает ли установка, и
если она уже остановлена, то происходит выход из подпрограммы, не внося за собой ни каких изменений. Если же остановка в работе, то контроллер поочередно перекрывает соответствующие клапана, выключает двигателя.
Если останов прошел благополучно, контроллер сбрасывает бит установка в работе, в противном случае выставляет бит аварии.
Подпрограмма управления клапанами и заслонками работает по следующему алгоритму. В начале определяется клапан в работе или нет.
Если в работе, то контроллер проверяет, клапан отработал задание или нет,
если отработал, то отключается механизм клапана, если нет то, выход из подпрограммы. Если клапан не в работе, то если ПИД-инструкция сработала подаются сигнал на открытие или закрытие, если нет то, контроллер выходит
СПБГУАП / Санкт-Петербург
из подпрограммы [ 9 ].
Операторский интерфейс
В данной работе, в качестве программного пакета операторского интерфейса для представления оператору данных о состоянии технологического процесса в виде мнемосхем, численных значений,
диаграмм, временных графиков и аварийных сигнализации выбрана система
RSView32 v6.3.
Система RSView32 v6.3 отвечает требованиям общепромышленных
MMI.
RSView32 является контроллер-ориентированной системой. Она хоть и содержит встроенный язык программирования, в ней отсутствует встроенный алгоритм управления. Она пользуется алгоритмами, которые имеются в
контроллере, пользуется данными контроллера и заносит туда данные.
Разработанный операционный интерфейс выполняет следующие
функции: |
|
|
|
|
) |
круглосуточный |
обмен |
информации |
с |
контроллером; |
|
|
|
|
) |
вывод на экран |
мнемосхем |
общего вида |
и |
отдельных участков с индикацией на них значений технологических параметров;
) вывод экранов аварийной сигнализации;
4)дистанционное управление оборудования;
) |
отображение трендов случайного |
времени и |
предысторий |
событий; |
|
|
|
) |
формирование и печать отчетно-учетных документов. |
||
RSView32 v6.3. состоит из двух пакетов: |
|
|
|
) |
RSView32 Works |
(программное |
обеспечение |
разработчика системы управления);
СПБГУАП / Санкт-Петербург
2) RSView32 RunTime (программный модуль монитора реального времени).
RSView32 RunTime обеспечивает функционирование системы управления, созданной в RSView 32Works в многозадачной системе Windows
NT, 2000, XP.
Для создания системы управления необходим дополнительный пакет
RSLinx, который обеспечивает связь с контроллерами, а так же с другими приложениями среды Windows.
Интерфейс позволяет оператору в режиме реального времени контролировать протекание процесса и управлять, при необходимости,
технологическим оборудованием [12].
Разработанный интерфейс оператора имеет разноуровневую иерархическую структуру экранов, доставляющих до пользователя информацию о состоянии технологического процесса.
На главном экране «Схема ВКС» схематично изображен весь комплекс технологических узлов и аппаратов цеха, показаны связи между ними с направлениями технологических потоков. Установив курсор на интересующий пользователя объект и нажав левую кнопку мыши, можно перейти к экрану с подробным изображением данного узла или аппарата.
Помимо основных аппаратов и агрегатов на мнемосхемах имеются изображения аварийных событий на схеме «Аварии» и показаны значения параметров технологического процесса на данный момент и за период времени.
Для информирования оператора о состоянии технологического процесса на всех мнемосхемах отображены физические значения технологических параметров. Значения параметров выводятся в специальных окнах, где помимо чисел также изображены единицы измерения параметра.
На всех экранах НMI имеются общие элементы: индикатор связи с контроллером (окрашивается в красный цвет при нарушении связи),
изображение текущих даты и времени и строка событий, в которой
СПБГУАП / Санкт-Петербург
отображается последнее самое серьезное событие. Цвет строки зависит от уровня серьезности отображаемого события, так для событий наивысшего 1-
го уровня фон текста будет мигать красным цветом. При подтверждении оператором информация о событии исчезает из строки сообщения.
Все операции, выполняемые на экранах при помощи мыши,
дублируются соответствующими клавишами на клавиатуре. Экраны непосредственно представлены в приложении Е.
СПБГУАП / Санкт-Петербург
4. Расчёт системы автоматического регулирования
Исходные данные для расчёта
В данном дипломном проекте предлагается рассчитать оптимальные
параметры настройки ПИ регулятора для системы регулирования давления
входного трубопровода сепаратора, при ступенчатом изменении положения
регулирующего органа.
Одним из распространенных методов идентификации является определение передаточной функции объекта по его переходной
характеристике, представляющей реакцию системы на ступенчатое входное
воздействие [16].
W(S) = Y((S)) - передаточная функция объекта,
X S
где Y(S) - изображение по Лапласу выходной переменной объекта, X(S) - изображение по Лапласу входной переменной.
Для нахождения передаточной функции объекта используем графики
(рис.3.1) переходных характеристик, давления во входном трубопроводе
сепаратора при ступенчатом изменении положения регулирующего органа.
Передаточная функция объекта будет иметь следующий вид:
K е− s
Wоб (S ) = Т обs +1 , (4.1)
об
где: Коб - коэффициент усиления объекта регулирования; Тоб - постоянная времени объекта;об - время запаздывания объекта.
СПБГУАП / Санкт-Петербург
Рисунок 4.1 - Графики переходных характеристик.
Выше приведенные параметры являются динамическими параметрами объекта регулирования и определяются графически по виду переходной характеристики (рис.4.1).
Постоянная времени объекта Тоб представляет собой временной отрезок от точки пересечения касательной, проведенной к переходной характеристике с линией установившегося значения параметра. Из графика видно, что Тоб = 4 с. , а об = 2 с.
Для статического объекта коэффициент усиления может быть непосредственно найден из графика переходной функции:
СПБГУАП / Санкт-Петербург
K |
|
= |
|
, |
|
об |
|
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
(4.2)
где: - относительное изменение выходной величины;- относительное изменение входной величины.
Эти параметры рассчитываются по следующим формулам:
|
|
уст |
− |
|
= |
|
ном |
*100%, |
|
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
ном |
|
= |
max |
− |
0 |
.(4.4) |
|
|
|||
|
|
|
|
(4.3)
где: Yуст - установившееся значение уровня раздела фаз; Yном - номинальное значение уровня раздела фаз;
Нmax - максимальное значение положения регулирующего органа;
Но - номинальное значение положения регулирующего органа. |
||||||
= |
0.77 − 0.74 |
*100% |
= 4.054%; |
|||
|
0.74 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
= 63 − 60 = 3%. |
|
|||||
Следовательно: |
|
|
||||
к |
|
= |
4.054 |
= 1.35 |
|
|
об |
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Передаточная функция объекта с учетом запаздывания будет иметь
следующий вид:
W |
(S ) = |
1.35 |
e |
−2S |
|
||||
|
|
|||
об |
|
4s +1 |
|
(4.5) |
|
|
|
||
|
|
|
|
По заданию необходимо рассчитать оптимальные параметры настройки
ПИ регулятора, такие, чтобы перерегулирование не превышало 25%.
СПБГУАП / Санкт-Петербург
4.2 Расчет настроек ПИ-регулятора
Для расчета настроек регулятора были заданы показатели качества.
Прямой показатель качества - перерегулирование составляет у=25%.
По заданному перерегулированию с помощью номограмм
Солодовникова определяем частотный показатель колебательности М=1.1.
Далее строится запретная зона, которая будет представлять собой
окружность со следующими параметрами:
|
|
М |
2 |
|
|
|
( |
|
|
;0) |
|
|
|
|
2 |
||
уравнение окружности с центром |
1 |
− М |
|
||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
и радиусом
R = |
М |
|
|
2 |
|
|
1− М |
|
|
|
.
Рисунок 4.3. - График АФЧХ и запретной зоны
Положение АФЧХ разомкнутой системы относительно запретной зоны зависит от выбранного коэффициента усиления регулятора и постоянных времени. Критические значения этих параметров будут определяться точкой касания [17].
Алгоритм расчёта настроек регулятора при заданной передаточной функции объекта:
1.Выбор типа регулятора
2.Построение передаточной функции разомкнутой системы.
. По заданному М рассчитывается радиус и центр запретной зоны,
которая строится на комплексной плоскости.
. Выбирается интервал изменения постоянной интегрирования Ти
[Тх-0.5Тх; Тх+0.5Тх], где Тх - это наибольшая постоянная времени объекта.
. Выбирается произвольное значение кр и Ти построить АФЧХ разомкнутой системы.
СПБГУАП / Санкт-Петербург
. Если АФЧХ разомкнутой системы пересекла круг, то кр нужно уменьшить до тех пор, пока АФЧХ не займёт положение касательной к запретной зоне.
. Полученные значения кр и Ти записываются в таблицу.
к Т
р и
8.Из таблицы выбирается та пара, которая соответствует условию
max
.
. Далее с помощью программируемой среды MatLab строится замкнутая система, и определяются прямые показатели качества [17].
Так как Wрег осуществляется в дискретной форме, то и остальная часть произведения должна быть преобразована из непрерывной в
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
дискретную форму. Далее находится изображение элементов |
об |
. Для |
||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этого |
|
об |
раскладывается на простые дроби и преобразовывается в |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z −1 |
|
|
|
|
|
дискретную форму. Полученная дробь умножается на |
z |
- фиксатор 0- |
||||||||||||||
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
порядка и |
z |
k |
, т.к. в объекте присутствует звено с запаздыванием |
e |
− 2s |
. |
||||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
k = |
τ |
0 |
= |
2 |
= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
2 |
|
|
, где Т - это период дискретизации, он выбирается как |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
наибольший общий делитель постоянной времени объекта и времени |
|
|||||||||||||||
запаздывания |
τ |
0 |
. Таким образом, период дискретизации выбирается равным |
|||||||||||||
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. В итоге получается передаточная функция приведённой непрерывной части:
СПБГУАП / Санкт-Петербург
W |
= |
|
0.675 |
|
2 |
|
|
||
пр.непр.ч. |
z |
(z − 0.5) |
|
|
|
|
|
||
Передаточная функция разомкнутой системы: |
Wраз = Wрег Wпр.непр.ч |
|||
|
||||
Воспользовавшись программой Mathcad, методом на основе частотного |
||||
показателя колебательности, определили группу значений кр и Ти, изменяя |
||||
значения Ти на интервале [Тmax-0.5Тmax; Тmax+0.5Тmax], т.е. |
Т |
и |
2;6 |
. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Разбивается интервал варьирования Ти на 10 равных частей и на каждом интервале строится АФЧХ передаточной функции разомкнутой системы, таким образом, чтобы она касалась запретной зоны, но не заходила в нее.
|
|
М |
|
|
1.1 |
|
|
М |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
R = |
|
|
= |
|
|
= 5.238 |
|
|
|
= |
1.1 |
= 5.762 |
|
|
1 − М |
2 |
2 |
−1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1.1 |
|
|
1 − М |
2 |
|
2 |
|
|||
Запретная зона: |
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
1 −1.1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(-5.762; 0).
Меняя z на eTiw и изменяя щ=[0.. р/T] строим в одной системе координат запретную зону и АФЧХ разомкнутой системы:
, центр
Рисунок 4.4 - График запретной зоны и АФЧХ разомкнутой системы
Полученные значения заносятся в таблицу:
Таблица 4.1 - Найденные значения кр |
и Ти для ПИ регулятора |
|||||||||
|
Ти |
0.5 |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
|
|
кр |
0.08 |
0.18 |
0.35 |
0.44 |
|
0.47 |
0.5 |
0.52 |
|
|
кр/Tи |
0.16 |
0.18 |
0.175 |
0.147 |
|
0.117 |
0.1 |
0.087 |
|
Согласно таблице 4.1 наиболее оптимальными значениями являются
кр=0,18 и Ти=1. Оптимальными значениями на интервале варьирования Ти считается наибольшее значение выражения кр/Ти.
Передаточная функция ПИ регулятора примет вид: