36
Продолжение таблицы 2
На основании полученных данных построим график температуры
прямой воды на выходе из котельной (Рисунок 10).
Рисунок 10 - График температуры прямой воды на выходе из котельной
На графике обозначена температура прямой воды на выходе из
котельной, регулируемая в зависимости от температуры наружного
воздуха согласно режимной карте котельной. Красным цветом обозначено
усредненное (аппроксимированное) значение температуры воды. Данные о
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
°С
Время
22
210
-6
62,5
57
560
-7
59,8
23
220
-6
65,6
58
570
-7
62,2
24
230
-6
68
59
580
-7
65,3
25
240
-6
68,8
60
590
-7
68
26
250
-6
66
61
600
-7
69,4
27
260
-6
63,4
62
610
-7
66,9
28
270
-6
61,2
63
620
-7
63,9
29
280
-6
59,6
64
630
-7
61,5
30
290
-6
61,7
65
640
-7
59,6
31
300
-6
64,7
66
650
-7
61,5
32
310
-6
67,2
67
660
-7
64,6
33
320
-7
69,1
68
670
-7
67,1
34
330
-7
67,6
69
680
-7
69,3
35
340
-7
65
70
690
-7
67,6
37
температуре наружного воздуха получены из архива работы котельной за
тот же период времени, что и тренд температуры прямой воды на выходе
из котельной, и представлены на рисунке 11. Черным цветом на графике
обозначена линия тренда при линейной аппроксимации показаний датчика
температуры наружного воздуха.
Рисунок 11 - График температуры наружного воздуха
При рассмотрении этих двух графиков видно, что система
выдерживает температурный режим прямой воды на выходе из котельной
согласно температуре наружного воздуха. Далее рассчитаем точность
поддержания параметра на заданном уровне, т.е. проведем анализ качества
управления системы автоматического управления. В расчет принимаем
прямолинейный участок температуры наружного воздуха от 400 минуты
графика до 680 минуты. При такой температуре наружного воздуха
температура прямой воды согласно температурного режима котельной
должна быть 66
о
С. Если усреднить температуру воды на выходе из
котельной на графике (рисунок 6) в заданном выше временном интервале,
то среднее значение температуры воды будет 64,7
о
С, что на 1,3
о
С меньше
заданного значения. Также из графика видно, что диапазон колебаний
температуры достаточно высок.
-8
-7
-6
-5
-4
-3
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
°С
Время
38
Определим среднеарифметическое значение температуры прямой
воды на выходе из котельной [13]:
(17)
где
i
m
– значения температуры прямой воды;
n – количество измерений.
Рассчитаем остаточные случайные отклонения дискретного значения
параметра
i
m
[13]:
(18)
где
i
m
– значения температуры прямой воды;
х
- среднеарифметическое значение температуры прямой воды на выходе
из котельной.
Остаточные случайные отклонения
дискретного значения
температуры прямой воды на выходе из котельной
приведены в
таблице 3.
Таблица 3 - Случайные отклонения температуры
Среднеквадратичное отклонение ряда дискретных значений
температуры прямой воды на выходе из котельной по формуле Бесселя
равно [13]:
№п/п
vi
№п/п
vi
1
-1,9875
13
-1,4875
2
-1,2875
14
-1,4875
3
-1,2875
15
-1,8875
4
-1,5875
16
-1,8875
5
-1,5875
17
-0,8875
6
-1,5875
18
-1,9875
7
3,7125
19
-0,7875
8
3,7125
20
-0,7875
9
2,6125
21
2,0125
10
1,7125
22
2,2125
11
0,7125
23
2,6125
12
-0,2875
24
1,5125
39
σ
1
=
=3,181
По формуле нормального распределения равно:
σ
2
=
????????
=3,454
Так как σ
1
и σ
2
отличаются друг от друга менее чем на 10%, то
действительный закон распределения принимаем как нормальный.
Дисперсия равна:
D=σ
2
=10,11
Граница доверительного интервала отклонения температуры воды от
математического ожидания:
Δгр = ±2σ = ±6,3 [
о
С]
Следовательно:
Θ
пр.воды
= = ±6,3 [
о
С]
Температура прямой воды на выходе из котельной, исходя из
результатов обработки тренда, будет находиться в диапазоне 58,46 ÷ 71,06
о
С. Таким образом, для точного поддержания температуры необходима
автоматическая система контроля и управления центрального теплового
пункта производственного цеха ВНИПИ «Сигнал».
2.2. Описание функций, реализуемых системой
Система локальной автоматики является независимой и должна
выполнять следующие функции [11]:
реализация настраиваемых пользователем графиков отопления -
когда в подающем трубопроводе поддерживается температура
теплоносителя в зависимости от температуры на улице;
регулирование температуры в контуре К1 соответствии с
задаваемым графиком отопления;
регулирование температуры в контуре К2 в соответствии с
задаваемым графиком отопления;
40
регулирование температуры в контуре К3 в соответствии с
задаваемой уставкой;
управление работой циркуляционных насосов в контуре К1 по
схеме основной/резервный;
регулирование производительности циркуляционных насосов
контуров К1 и К4 в зависимости от температуры на улице;
Сформулируем основные требования, предъявляемые к системе [13]:
1. Обеспечение требуемой температуры теплоносителя в контурах.
Точность измерения температуры.
2. Система должна обеспечивать автономный режим работы и, при
необходимости, иметь возможность перейти в ручной режим.
3. Управление в дистанционном режиме в случае останова
контроллера.
4. Возможность корректирования параметров, настройка регулятора
(вручную, непрерывно, дистанционно).
5. Система должна контролировать исправность оборудования и при
возникновении поломок и аварийных ситуаций сигнализировать об этом и
при необходимости персонал должен иметь возможность перевести работу
САУ в ручной режим для устранения неполадок.
6. Отображение и регистрация информации.
7. Сигнализация.
8. Надежность системы управления. Показатель надежности:
наработка на отказ 40 000 часов.
Проектируемая система должна быть выполнена как комплексная
автоматизированная система управления, состоящая из следующих
компонентов [13]:
Стандартных технических средств на базе компьютерной техники;
Стандартных технических средств связи (компонентов ЛВС
предприятия, сегментов сетей связи промышленной автоматизации);
41
Прикладного программного обеспечения (в виде результата
настройки/программирования под задачи создания системы специального
программного обеспечения для управления и диспетчеризации - SCADA-
системы).
В качестве основной коммуникационной (сетевой) технологии
между компонентами и источниками данных в составе подсистемы сбора
данных и управления, а также подсистемы диспетчеризации и
администрирования должна использоваться одна из следующих открытых
технологий [14]:
BACnet (поддерживается ассоциацией BACnet, стандартами IEC);
ModBus;
PROFIBUS.
Данные технологии допускают возможность расширения,
модернизации и ремонта программно-технических средств системы, а
также использования соответствующих услуг и необходимого
оборудования от сторонних производителей.
При создании системы должны максимально использоваться
унифицированные программно-технические средства для выполнения всех
функций [16].
В части технических средств: контроллерные средства одного
типа/модели, однотипные датчики, приводы исполнительных устройств
одного производителя, поставляемые шкафы и щиты управления и
автоматики должны иметь однотипное исполнение. Схемы типового
управления, сигнализации, защит и блокировок должны быть выполнены
по унифицированным схемам как в части технических (например,
релейные схемы), так и программных средств [16].
В части программных средств: типовое исполнение графических
мнемосхем для различных инженерных подсистем, однотиповая
реализация функций диспетчеризации для всех мнемосхем.
42
Регламент технического обслуживания не должен предусматривать
специализированное техническое обслуживание с периодической заменой
частей и расходных материалов с использованием специализированного
инструмента, и программного обеспечения, не входящего в состав
системы. К данному требованию не относятся работы по общему
техническому обслуживанию по контролю/инспекции состояния,
администрированию, обслуживанию электротехнических и измерительных
устройств, проверке отдельных критических функций по безопасности
[16].
На рабочей станции оператора системы необходимо реализовать
наглядный человеко-машинный интерфейс, позволяющий [17]:
Визуализировать в виде мнемосхем текущее состояние и
параметры работы контролируемого оборудования;
Получать визуальные и звуковые оповещения по аварийным
событиям, генерируемым системой;
Дистанционно изменять отдельные параметры работы
контролируемого оборудования (для тех единиц, которые позволяют это
сделать);
Дистанционно управлять контролируемым оборудованием (для
тех единиц, которые позволяют это сделать).
Настраивать уставки для срабатывания предупреждений/аварий по
выходу контролируемых величин за их границы;
Задавать права и разрешения для работы отдельных пользователей
и групп;
Настраивать уведомления, отсылаемые системой на e-mail.
Инструментарий для работы с ретроспективной информацией,
накопленной в системе, позволяющий [17]:
43
Получить архивные данные в виде отчетов с разбивкой по
категориям оборудования, системам;
Получать архивные данные в виде графиков с настраиваемым
диапазоном выборки, перечнем контролируемых объектов и параметров;
Отображение всей информации, предоставляемой системой, на
русском языке.
Функции диспетчеризации и администрирования осуществляются с
использованием стандартных компьютерных средств и
коммуникационных устройств. Это относится как к станции оператора, так
и к программирующим устройствам [18].
К станции оператора с точки зрения её производительности, исходя
из особенностей использования системы, предъявляются следующие
общие требования [18]:
1. Общая производительность должна быть достаточной для
выполнения всех функций системы без «зависания»;
2. Емкость дисковой подсистемы должна быть достаточна для
хранения:
полной копии дистрибутивов использованного при построении
системы программного обеспечения;
ведения долговременного архива исторических данных системы;
хранение последних 3-х резервных копий системных данных;
хранение полной резервной копии всей системы - 1 раз в полгода;
хранение последних 3-х копий оперативных данных (базы данных
по аварийным сообщениям, системного журнала, журнала действий
оператора, исторических данных для графиков).
Производительность дисковой подсистемы должна позволять
выполнять резервное копирование системных данных за время не более 30
минут без нарушения работоспособности станции или остановки
44
выполнения функций системы. Для выполнения полного резервного
копирования – то же, но без ограничения по времени [18].
Устройства, станции, контроллерные и модульные устройства для
функций автоматического управления и регулирования выполняют
следующие основные задачи [18]:
прямое цифровое управление и регулирование;
контроль работы технологического оборудования;
сигнализация о тревогах, неисправностях, уходах
эксплуатационных параметров;
автоматическое и ручное управление (исключая индивидуальное
ручное управление по месту);
сбор данных для мониторинга и анализа значений и состояний;
коммуникационный обмен данными между функциями
автоматического управления и устройствами других уровней.
В программируемых логических контроллерах (ПЛК) должны
осуществляться следующие функции, связанные с работой
контролируемого системой оборудования [18]:
контроль работы;
сигнализация о тревогах, неисправностях, уходах
эксплуатационных параметров;
автоматическое управление;
регулирование.
Контроллер должен содержать технические средства и программные
функции для самодиагностики (например, сторожевой таймер), а также
сигнализации ошибок и неисправностей [18].
Корпус ПЛК должен обеспечивать его установку на DIN-рейку [20].
Центральные модули ПЛК, а также модули ввода-вывода должны
обладать следующими типами входов/выходов [20]:
45
Дискретные входы: безпотенциальный «сухой» контакт, сигнал до
24 В переменного или постоянного тока;
Дискретные выходы: безпотенциальный релейный контакт,
24…220 В переменного тока. Питание от собственного источника питания;
Аналоговые входы: 0(2)…10 В, 0(4)…20 мА, стандартные
термопреобразователи сопротивления например, Pt 1000, Ni 1000;
Аналоговые выходы: 0(2)…10 В, 0(4)…20 мА;
Счетные входы: 0… 24 В, должен обеспечивать подключение
счетчиков, сертифицированных в РФ, с выходами типа «релейный
контакт», либо транзисторный ключ.
Исполнение модулей ввода/вывода должно обеспечивать
возможность подключения измерительных устройств для проверки и
иметь светодиодные индикаторы, отображающие состояния сигналов,
присутствующих непосредственно на входах [22].
ПЛК должен поддерживать взаимодействие с другими компонентами
с помощью открытых протоколов/технологий [22].
Отключение одного коммуникационного интерфейса не должно
влиять на работоспособность остальных интерфейсов ПЛК и выполняемых
им функций [22].
Должна быть предусмотрена возможность подключения переносного
пульта оператора, представляющего собой ноутбук, непосредственно к
ПЛК.
Сбой по электроснабжению ПЛК должен сигнализироваться
аварийным сообщением в подсистеме диспетчеризации и сигнализации.
При восстановлении питания функции ПЛК должны возобновляться
автоматически, без ручного вмешательства персонала в полном объеме.
При этом должен быть определен алгоритм поведения
специализированных подпрограмм котроллера после перезапуска [23].