25
ГЛАВА 2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
2.1 Разработка структурной схемы системы
Система представляет собой распределенно-централизованную
систему управления. При использовании данного принципа выстраивается
иерархия из задач управления, и их решение распределяется между
локальными системами управления. Каждая локальная система управления
представлена типовым шкафом автоматики. Решение об унификации
шкафов принято после анализа информационной емкости каждой
локальной системы.
Система представлена тремя уровнями:
подсистема первого уровня, обеспечивает первичное
преобразование и линеаризацию сигналов (ток, состояние оборудования и
т.д.). Уровень представлен полевыми датчиками, насосами,
исполнительными позиционными механизмами;
подсистема второго уровня, предназначена для исполнения
программ управления и ввода/вывода сигналов. Уровень представлен
шкафами автоматики на базе контроллеров, которые являются
вычислительными устройствами, выполняющими задачи управления, и
шкафами силовыми;
подсистема третьего уровня, предназначена для отображения
информации, контроля и управления технологическими процессами.
Уровень представлен АРМ оператора, реализованным на базе
персонального компьютера.
Функционирование системы происходит следующим образом.
Посредством КТС первого уровня производится автоматический сбор и
первичная обработка технологической информации, определение значений
параметров по измеренным сигналам за счет опроса аналоговых и
26
дискретных датчиков КИП, дискретных сигналов изменения состояния
оборудования, масштабирования и перевода в действительные значения в
соответствии с градуированными характеристиками аналоговых
измерительных элементов. Полученные технологические данные
передаются на второй уровень управления, в рамках которого
контроллерами формируются управляющие сигналы в соответствии с
поступившей информацией и алгоритмами управления, сигнализация об
аварийных ситуациях.
На третий уровень предоставляется информация о ходе процесса,
цветовая индикация состояния оборудования, цветовая и звуковая
сигнализация о предупредительных и аварийных ситуациях и т.п.
На третьем уровне управления происходит сбор, хранение и
обработка базы данных параметров, архивация, протоколирование действий
оператора, вывод на печать информации в виде фрагментов, графиков,
отчетов, сообщений, обмен информацией с АРМ.
Второй и третий уровень физически объединены в управляющую сеть
Ethernet 100 Base-FX. Для формирования топологии сети использованы
коммутаторы промышленного класса.
В случае приема сигнала о пожаре в зависимости от режима работы
функционирование системы происходит следующим образом:
автоматический режим: прием сигнала «пожар» осуществляется от
сухих контактов системы противопожарной сигнализации. Оператор
посредством интерфейса оператора может отменить пожаротушение;
дистанционный режим: решение о начале пожаротушения
принимает оператор посредством интерфейса оператора;
местный режим: решение о начале пожаротушения принимает
персонал путем нажатия соответствующей кнопки по месту.
Далее независимо от режима система выдает управляющий сигнал на
открытие соответствующих электрозадвижек, установленных на
27
трубопроводах по направлениям. Также при этом открывается
электрозадвижка, установленная на линии подачи воды. От водяной
насосной осуществляется непрерывная подача воды по системе «кольцо».
Структурная схема приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Структурная схема системы
2.2 Описание функций, реализуемых системой
Система выполняет следующие функции:
– первичный сбор, обработка, отображение информации и контроль
параметров. Информация от датчиков контроля параметров, сигнализаторов
и конечных выключателей исполнительных механизмов поступает в
контроллеры, в которых выполняется их обработка. Сбор информации о
параметрах выполняется с периодом не более 1 секунды. При реализации
функции контроля Система обеспечивает:
28
контроль состояния системы пожарной сигнализации;
контроль работы насосов;
контроль положения запорно-регулирующей арматурой на
трубопроводах;
контроль давления в трубопроводах;
контроль уровня в емкостях;
представление информации в реальном времени. Обновление на
экране АРМ оператора динамической информации о ходе технологического
процесса выполняется с периодом не более 1 секунды. Время реакции
системы на все действия оператора не превышает 1 секунды;
обработка поступивших сигналов в соответствии с заданными
алгоритмами;
выдача управляющих сигналов на исполнительные механизмы;
автоматическое включение резервного насоса при отказе
основного. Насосы объединены в группу, в которой работающий насос
принимается основным, а отключенный – резервным. При наличии условий,
характеризующих отказ основного насоса, выполняется его программное
отключение с одновременным включением резервного;
защита информации от несанкционированного доступа. Работа с
системой основана на принципе парольного доступа. Факт входа оператора
в режим работы с системой фиксируется с указанием информации,
идентифицирующей оператора;
информационный обмен между элементами Системы: АРМ
оператора получают данные и передают команды управления в
контроллеры шкафов автоматики;
диагностика состояний аппаратных средств программно-
технического комплекса;
29
контроль сигнализаций о нарушениях процесса, выдача
информации о нарушениях оператору по установленным
приоритетампрограммными средствами, встроенными в технический
комплекс.
Функциональная схема системы представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Функциональная схема системы
2.2.1 Функции подсистемы сбора данных и управления
Функции подсистемы сбора данных и управления включают в себя:
первичный сбор, обработка и контроль параметров
технологического процесса. Информация от датчиков контроля параметров,
30
сигнализаторов и конечных выключателей исполнительных механизмов
поступает в контроллеры, в которых выполняется их обработка с
последующим выводом на экран рабочей станций. Сбор, обработка и
передача данных осуществляется в режиме реального времени. Сбор
информации о параметрах технологического процесса выполняется с
периодом не более 1 с. При реализации функции контроля Система
обеспечивает:
1) контроль состояния объектов;
2) контроль работы насосов;
3) контроль положения запорно-регулирующей арматурой на
трубопроводах;
4) контроль наличия тушащего вещества в трубопроводе;
5) контроль уровня в емкости;
6) контроль уровня воды в резервуарах насосной.
автоматическое включение резервного насоса при отказе
основного. Насосы объединены в группу, в которой работающий насос
принимается основным, а отключенный – резервным. При наличии условий,
характеризующих отказ основного насоса, выполняется его программное
отключение с одновременным включением резервного. Алгоритм работы
насоса включает проверку выхода насоса на режим по истечении заданного
времени и показаниям датчика давления на выкиде;
диагностика системы, фиксация и оповещение о неисправностях
технических средств системы, в том числе:
1) обрыв или короткое замыкание цепей ввода-вывода;
2) неисполнение команды управления исполнительным
механизмом;
3) нарушение связи с контроллерами. Диагностика контроллеров
включает индикацию рабочего состояния и сетевой связи с устройствами;
4) отключение электропитания.
31
2.2.2 Функции подсистемы визуализации
Функции подсистемы визуализации включают в себя:
защиту информации от несанкционированного вмешательства.
Работа с системой основана на принципе парольного доступа. Факт входа
оператора в режим работы с системой фиксируется с указанием
информации, идентифицирующей оператора;
представление информации о состоянии оборудования в реальном
времени на экранах рабочих станций. Информация о состоянии
оборудования отображается в виде фрагментов мнемосхем с отображением
числовых значений параметров и состояний исполнительных механизмов.
Отображение состояния оборудованиявключает визуализацию текущей
информации, нормальных и граничных значений технологических
параметров и т.п. Система представлена в виде отдельных стадий –
фрагментов технологической схемы с контекстным переходом друг между
другом. На обзорном фрагменте представлена полная схема системы.
Обновление на экране рабочей станции динамической информации о
состоянии оборудования выполняется с периодом не более 1 с. Формы
представления на фрагментах мнемосхем информации о состоянии
оборудования максимально унифицированы и единообразны для всех АРМ.
Время реакции системы на все действия оператора не превышает 1 с;
дистанционное управление исполнительными механизмами;
фиксация и оповещение (светозвуковая индикация) при
регистрации тревожных событий;
отображение на экране рабочей станции сообщений. Для АРМ
оператора приняты единые по форме сообщения. В системе реализованы
сообщения следующих типов:
информационные – все технологические сообщения,
сопровождающие нормальную работу оборудования;
32
аварийные – все сообщения, свидетельствующие о развитии
аварийной ситуации на объекте.
Все сообщения аварийного типа сопровождаются звуковой
сигнализацией и требуют квитирования.
2.2.3 Функции подсистемы архивации данных
Функции подсистемы архивации данных включают в себя:
архивацию технологических параметров, заданий, величин
управляющих воздействий, сообщений, рапортов. Архивирование
параметров системы, сообщений и фиксацию действий оператора
выполняется на рабочей станции. Хранение архивов параметров,
технологических сообщений и рапортов выполняется за период не менее 1
года. Архивы технологических параметров организованы в систему файлов,
позволяющую их дальнейший просмотр при помощи специализированного
программного обеспечения;
ведение протокола, фиксирующего действия операторов при работе
с системой.
2.2.4 Функции подсистемы отчетности:
Функции подсистемы отчетности включают в себя:
формирование отчетов о функционировании системы;
регистрация на принтере.
33
2.3 Расчет режимов работы системы, определение параметров
устройств
Основной недостаток спринклерной автоматической установки
пожаротушения (АУП) является сравнительно большая инерционность,
приводящая к неравномерности распределения гидродинамических
параметров по времени при выходе системы на стационарный режим. В
связи с этим актуальным является проведение исследований, связанных с
определением влияния факторов процесса на время нестационарного
режима движения жидкости в распределительном трубопроводе установок
пожаротушения.
Оценка изменения гидродинамических параметров в трубопроводных
системах спринклерных АУП до выхода на стационарный режим возможна
при математическом моделировании движения огнетушащих сред [12].
Задачей моделирования является проведение параметрического анализа
изменения скорости V и массового расхода жидкости G в зависимости:
от условий вскрытия теплового замка спринклерного оросителя;
изменения давления в гидропневмобаке;
удаленности распределительного трубопровода от
гидропневмобака.
На рисунке2.3 приведена схема гидросистемы, предлагаемая для
проведения численных расчетов.
Рисунок2.3 - Схема гидросистемы для расчета модели
34
При вскрытии теплового замка спринклерного оросителя 3 жидкость
4 по направлению движения потока 4 от распределительного
гидропневмобака 1 с начальным избыточным давлением p1 движется по
распределительному трубопроводу 2 длиной L в направлении области
истечения с давлением p2, в общем случае равным атмосферному.
Основой математического описания движения жидкости на участке
трубопроводной системы спринклерных автоматических установок
пожаротушения является уравнение движения, которое представлено в виде
[12]:
????
????
????
????
(2.1)
где t – время;
F – площадь поперечного сечения трубы;
ρ – плотность жидкости;
V – скорость потока;
τ – напряжение трения;
– коэффициент Кориолиса (примем
≈1);
р – давление;
П=πd – смоченный периметр поверхности трубопровода;
d – диаметр проходного сечения трубопровода.
Уравнение (1) для участка протяженностью Δx = L может быть
записано в виде:
(2.2)
где
;
p1 – начальное избыточное давление в гидропневмобаке;
p2 – давление спринклерного оросителя, в общем случае равным
атмосферному;
– потери давления.
Расчет потерь давления производится по формуле: