Имитационное моделирование автоматических систем управления технологическими параметрами в среде VisSim

Ключевые  слова:  имитационная модель,  релейная система, управляемый параметр.

The article is devoted to the development of simulation processes and systems in an environment of dynamic programming VisSim for the design and development of automated parameter control systems (АPCS). An example of a simulation model of a relay system APCS container gas filling stations for liquefied natural gas (gas stations).

Для моделирования, проектирования и разработки автоматизированных систем управления в технике, и экономике применяется большой набор прикладных программ, в частности, инструментальная среда разработки LabVIEW корпорации National

Instruments, программа Electronics Workbench, математический пакет MATLAB с пакетом прикладных программ моделирования нейронных сетей Neural Network Toolbox (NNT) и др.

Эти программы также широко применяются в лабораторных практикумах вузов. Однако, приобретение вышеупомянутых лицензионных прикладных программ для образовательных целей создает для вузов определенные проблемы, связанные с лимитированным количество рабочих мест, финансовыми, правовыми и другими ограничениями.

В нашем вузе используется Бесплатная Академическая Программа VisSim (Free Academic Program), которая пригодна для демонстрации сути около 85% методов имитационного моделирования, содержащихся в полной лицензионной версии.

Среда программирования Vissim разработана и развивается компанией Visual Solutions как средство моделирования физических и технических объектов, систем и их элементов. Программа имеет развитый графический интерфейс, мощный набор команд меню, что дает возможность строить, а затем и исследовать модели систем широкого диапазона сложности.

При использовании VisSim'а не требуется владеть программированием на языках высокого уровня или Ассемблере. В то же время, среда VisSim позволяет:

• -    получить представление о динамическом поведении объекта и особенностях системы управления уже на этапе эскизного проектирования; - принимать эффективные решения на основе получаемой информации, не прибегая к проведению экспериментов на реальных объектах;

• -    разрабатывать и дополнять библиотеку новыми типовыми блоками и после завершения проектирования использовать созданные модели для разработки рабочих мест операторов с использованием любой SCADA-системы;

• -    проводить тестирование оборудования АСУ ТП, постепенно заменяя части виртуальной модели реальными программно-аппаратными средствами.

Некоторые вышеописанные возможности среды VisSim для имитационного моделирования технических средств автоматизации и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) были раскрыты в работах [1, 2, 3, 4, 5].

В данной статье предлагаются результаты имитационного моделирования релейной системы АСУ ТП на примере емкости для сжиженного газа автогазозаправочной станции (АГЗС).

Исходными данными для моделирования являются:

• -    объем емкости для сжиженного газа V(t) . Производственная вместимость емкости для сжиженного газа V max =15 м³ ;

• - давление сжиженного газа в емкости P(t). Предельное давление в емкости не должно превышать 1,6 МРа ;

• -    уровень сжиженного газа в емкости. Н (t) . Предельные значения уровня сжиженного газа в емкости: Н min = 0,005 м., H max = 2 ,0 м.

В данном случае, для проектирования системы автоматического управления в качестве управляемого параметра достаточно использовать один из вышеперечисленных параметров (объем V(t) , давление P(t) или уровень Н (t) сжиженного газа в емкости).

В качестве управляемого параметра в предложенной модели был выбран уровень сжиженного газа в емкости Н (t), так как, этот параметр имеет два предельных значения и в этом случае можно применить релейную систему автоматического управления.

На рисунке 1 представлена имитационная модель автоматизированной управления системы технологическими параметрами в процессе заполнения емкости жидким газом. Условно модель САУ можно разделить на три блока:

• -    блок формирования исходных данных;

• -    блок формирования управляющего сигнала от уровнемера типа «Струна-М» сформирован при помощи логических операций инверсии (not) и дизъюнкции (or);

• -    блок формирования команд управления, включающий исполнительный механизм, представленный двухпозиционным реле, сформирован при помощи логических операций (<=) и ( >=).

Рассмотрим процесс автоматического управления всеми тремя параметрами (рисунок 1):

• -    на диаграмме А показан процесс заполнения емкости до V(t) =15 м 3 ;

• -    на диаграмме В уровень сжиженного газа Н (t) при заполнении емкости достигает 2 м;

• -    на диаграмме С – давление P(t) в емкости достигает предельного значения 1,6 Мра.

Процесс заправки автомобилей на АГЗС в течении 2,5 часов показан на рисунке 2. При этом уровень сжиженного газа Н (t) в емкости падает до 1,5 м (диаграмма А ). Здесь система управления представлена в свернутом виде (SAU) при помощи опции меню «Create Compound Block».

На рисунке 3 приводится имитация аварийного процесса при достижении минимального уровня сжиженного газа в емкости Н (t)= 0,05 м. При этом срабатывает блок аварийного отключения насоса топливораздаточной колонки (AWAR) при минимальном допустимом уровне сжиженного газа в емкости. Система аварийного отключения в открытом виде приводится на рисунке 4.

Рис. 1 Имитационная модель работы автоматизированной системы управления технологическими параметрами в процессе заполнения емкости жидким газом

Рис. 2 Имитация процесса заправки автомобилей на АГЗС

Рис. 3 Имитация аварийного процесса- минимальный уровень жидкого газа в емкости

Блок Л№4Я

Рис. 4 Блок аварийного отключения насоса топливораздаточной колонки

Представленная имитационная модель системы управления параметрами автогазозаправочной станцией является открытой, позволяет исследовать технологический процесс, не прибегая к экспериментальным натурным наблюдениям. Предлагаемые решения можно использовать при проектировании систем автоматического управления аналогичными объектами.

Итак, среда VisSim может успешно применяться в качестве средства моделирования и разработки различных автоматизированных систем при решении широкого круга научных и инженерных задач, а также в образовательном процессе для проведения лабораторных работ и при курсовом и дипломном проектировании.