Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описание технологического объекта

Система регулирования разрежения в топке котла

Система регулирования разрежения предназначена для обеспечения нормального процесса горения путем создания необходимого разрежения (0,12 мПа) в топке для отвода продуктов сгорания топлива.

Рисунок 1 Система регулирования разрежения в топке котла

Работа системы (см. рис.). Для регулирования разрежения в топках котлов небольшой производительности на прямом участке горизонтального газохода на расстоянии не ближе 250мм от задней стенки котла устанавливают шиберы (заслонки) приводимые в движение от электрических исполнительных механизмов (ИМ).

Регулирование положения шиберов осуществляется позиционно (закрыть - стоп - открыть) с помощью импульсных регуляторов.

Передаточная функция объекта

2. Математическая модель системы регулирования разрежения в топке котла

Математическая модель системы регулирования регулирования разрежения в топке котла, построенная в приложение Simulink среды MatLab, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 Математическая модель системы регулирования разрежения в топке котла

Математическая модель состоит из следующих основных блоков:

- объект управления представляет собой передаточную функцию (блок «Transfer Fcn»);

- ПИД-регулятор (блок «PID Controller»);

- элементы сравнения («блок Sum»);

- средство отображения переходного процесса системы (блок «Scope»);

- средство формирования задающего воздействия (блок «Step»).

Настройку ПИД-регулятора осуществим аналитически по переходному процессу системы. Переходной процесс представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 Переходная характеристика системы с настроенным ПИД-регулятором

Для подключения к ОРС-серверу необходимы:

- блоки: «OPC Read», «OPC Write», «OPC Configuration»;

- средства отображения переходного процесса системы (блоки «Scope» и «Display»).

Входные данные (заданные значения необходимого разрежения в топке по техническому заданию 0,12 мПа) поступают на вход ПИД-регулятора и элементов сравнения через ОРС коннектор («OPC Read»), см. рисунок 4.

Рисунок 4 Simulink-модель с подключением к ОРС-серверу

Значение необходимого разрежения в топке поступает на вход элемента сравнения, где сравнивается текущее значение разрежения (выходной сигнал) через обратную связь. Разность этих значений поступает на ПИД-регулятор, после чего передаются на вход объекта управления. С выхода объекта управления сигнала поступает на ОРС-коннектор («OPC Write») и по обратной связи на элемент сравнения для следующего регулирования разрежения.

3. Связь с ОРС-сервером

OPC (OLE for Process Control) -- семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами.

Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации. В начале 90-х у разработчиков промышленного ПО возникла потребность в универсальном инструменте обмена данными с устройствами разных производителей или по разным протоколам обмена данными.

Суть OPC проста -- предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).

Для работы с ОРС-сервером в разрабатываемом проекте используется свободно распространяемый программный пакет Matrikon OPC, состоящий из трёх частей:

1) MatrikonOPC Analyzer;

2) MatrikonOPC Explorer;

3) MatrikonOPC Server for Simulation.

MatrikonOPC Analyzer -- утилита сбора системной информации. Позволяет получить информацию о системе (System Information), лог файлы (Log Files), конфигурационные файлы (Configuration Files), информацию о состоянии DCOM в формате *.txt, а так же их автоматическую упаковку в zip-архив.

MatrikonOPC Explorer -- утилита, позволяющая находить и подключаться к существующим OPC-серверам, запущенным как на текущем компьютере (local host), так и на любом компьютере в локальной сети или сети интернет.

MatrikonOPC Server for Simulation -- утилита, позволяющая создавать OPC-сервер.

Для взаимодействия переменных (тегов) между проектом DataRate и математической моделью приложения Simulink необходимо создать группу переменных в утилите MatriconOPC Server for Simulation.

Перед добавлением тегов создаём новую группу переменных (new alias group). Для этого нажмём кнопку «Create new alias group» на панели инструментов или сочетание клавиш «Ctrl+A». В результате получаем новую группу переменных, которой присваиваем имя New Alias 1 (рисунок 5).

Рисунок 5 -- Новая группа переменных

В группу New Alias1 добавляем 2 переменные: New Alias1.Output -- выходные значения уровней жидкости; New Alias1.Input -- заданные значения уровней жидкости. Для всех тегов укажем тип данных REAL4 (рисунок 6).

Рисунок 6 -- Добавление тэгов

После добавления всех тегов окно MatriconOPC Server for Simulation примет следующий вид (рисунок 7).

Рисунок 7 -- Окно MatriconOPC Server for Simulation с добавленными тэгами

Сохраняем текущую конфигурацию переменных в файл 1122.xml.

В главном окне утилиты MatrikonOPC Explorer подключим сервер на локальном компьютере, для чего выбиерем вкладку «Localhost», выделим сервер Matrikon.OPC.Simulation.1. и нажмём кнопку «Connect» (рисунок 8).

Рисунок 8 -- Выбор OPC-сервера

Теперь можно просматривать и редактировать теги, получаемые от сервера. Для этого создадим группу тегов, нажав кнопку «Add group». Появится окно с параметрами создаваемой группы (рисунок 9). Укажем имя группы, при необходимости изменим время обновления группы и прочие параметры.

Рисунок 9 -- Группа тегов, получаемых от сервера

После нажатия кнопки «ОК» появится окно выбора тегов (рисунок 10), в котором укажем отслеживаемые теги.

Рисунок 10 -- Окно выбора тегов

В результате OPC Explorer подключится к OPC-серверу и может просматривать и редактировать теги New Alias 1.Input и New Alias 1.Output (рисунок 11).

Рисунок 11 -- Теги, получаемые от ОРС-сервера

Для изменения значения тега дважды кликнем левой кнопкой мыши по необходимому тегу, в появившемся окне к графе «New Value» укажем нужное значение (рисунок 12).

Рисунок 12 -- Изменение значения тега

Теперь подключим математическую модель приложения Simulink среды MATLAB к ОРС-серверу.

Начиная с версии 2009b в Simulink добавлен инструментарий «OPC Toolbox». С помощью данного инструментария возможно подключение к OPC-серверам в локальной сети, сети интернет и на локальном компьютере.

Для подключения к OPC серверу выберем в инструментарии «OPC Toolbox» блоки OPC Configuration, OPC Read, OPC Write.

На рисунке 13 представлена настройка блока OPC Configuration. Для выбора OPC-сервера нажимаем кнопку «Configure OPC Clients…». В появившемся диалоговом окне нажимаем кнопку «Add», появляется окно «OPC Server Properties» (если сервер находится на локальном компьютере, напишем «localhost» и нажмём кнопку «Select»). В появившемся окне выберем необходимый сервер и нажмём «ОК».

Рисунок 13 -- Настройка блока OPC Configuration

Для считывания данных с ОРС сервера используем блок ОРС Read (рисунок 14).

Рисунок 14 -- Блок ОРС Read

В свойствах этого блока (рисунок 15) уберём галочки с чек-боксов «Show quality port» и «Show timestamp port as».

Рисунок 15 -- Окно свойств блока ОРС Read

Чтобы добавить необходимый тег, нажимаем кнопку «Add Items…». Появляется окно выбора тега (рисунок 16), в котором выберем «Configured Aliases». Прописав тег, нажимаем кнопку «ОК». Теперь модель может получать значения тегов из ОРС-сервера.

Рисунок 16 -- Окно выбора тега

Чтобы выводить значения нескольких тегов, к выходу «V» блока ОРС Read подключаем блок «demux» (рисунок 17).

Рисунок 17 -- Вывод значений тегов

Для передачи данных в ОРС-сервер используем блок ОРС Write (рисунок 18).

Рисунок 18 -- Блок OPC Write

Откроем окно свойств этого блока (рисунок 19).

Рисунок 19 -- Окно свойств блока ОРС Write

Чтобы добавить необходимый тег, нажимаем кнопку «Add Items…». Появляется окно выбора тега (рисунок 20), в котором выберем «Configured Aliases». Прописав тег, нажимаем кнопку «ОК». Теперь модель может записывать значения в теги в ОРС-сервере.

Рисунок 20 -- Окно выбора тега

4. Разработка проекта системы регулирования в DataRate

При проектировании системы регулирования в среде разработки DataRate необходимо создать объект ОРС-коннектор для связи с ОРС-сервером. При этом в появившемся диалоговом окне (рисунок 21) выберем теги, обеспечивающие работу проекта при имитации системы.

Рисунок 21 -- Связь проекта DataRate с ОРС-сервером

На мнемосхеме проектируемой системы (рисунок 22) изобразим следующие элементы:

- котел для сжигания ;

- задвижки (шиберы);

- трубы для подачи газа и воздуха;

- трубы для отвода продуктов сгорания;

- датчик уровня давления;

- регулятор для поддержания давления;

- экономайзер;

- тренды переходных процессов;

- регулятор для задания уровней и коэффициентов ПИД-регулятора;

Рисунок 22 -- Рабочая среда проекта

Система-проект начинает отрабатывать входное воздействие и после завершения переходного процесса поддерживает заданное значение разрядки. Мнемосхема системы регулирования разрежения в топке котла представлена на рисунке 23.

Рисунок 23 -- Мнемосхема «Система регулирования разрежения в топке котла»

Рисунок 24 -- Тренд выходной величины

Заключение

В результате выполнения практической работы разработана система регулирования разрежения в топке котла с возможностью обмена данными в режиме реального времени через ОРС-сервер между математической моделью приложения Simulink среды MATLAB 2010b и проектом, реализованным в SCADA-системе DataRate 3.3. Тестирование системы подтвердило её удовлетворение требованиям технического задания.

Список использованных источников

топка котел разрежение преобразователь

Панов А.П., Мясникова Н.В., Цыпин Б.В. Система для исследования характеристик датчиков динамического давления. Статья.- Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2013. № 4. С. 32-36

Строганов М.П., Берестень М.П., Мясникова Н.В. Обработка сигналов в системах диагностики / Под ред. Осадчего Е.П.: Монография. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1997. - 119 с.

Мясникова Н.В. Идентификация и диагностика систем. Пенза: Пенз. филиал РГУИТП, 2011. - 46 с.

Приложение

В системе автоматического регулирования разрежения в топке котла отводом дымовых газов в качестве преобразователя разрежения применяется преобразователь типа Сапфир-22ДВ-2220. Он предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра в унифицированный токовый выходной сигнал. Датчики выпускаются в исполнении с аналоговой и микропроцессорной обработкой сигнала.

Рисунок 1- Сапфир-22ДВ-2220

Вторичный прибор работающий в комплекте с преобразователем разрежения ДИСК-250-1221.

Рисунок 2 - ДИСК-250-1221

Рисунок 3 - Регулятором разрежения выбран РС 29.0.12

Регулятором разрежения выбран РС 29.0.12. В качестве исполнительного механизма выбран электрический однооборотный типа МЭО 40/10-0,25, поворотно-регулирующая заслонка выбирается типа ПРЗ-150.

Рисунок 4 - МЭО 40/10-0,25

Рисунок 5 - МЭО 16/63-0,25-80

Исполнительный механизм электрический однооборотный выбирается типа МЭО 16/63-0,25-80. В качестве клапана - клапан регулирующий поворотный.

Размещено на Allbest.ru