Разработка алгоритмов управления запорной и регулирующей арматурой в АСУ ТП ТЭС

Для эффективного управления технологическими процессами, трубопроводная арматура должна быть хорошо управляемой, а, следовательно, обеспеченной программными и техническими средствами.

Современная тенденция к реконструкции существующих систем управления запорной и регулирующей арматурой и внедрения их в автоматизированные системы управления ведет к необходимости разработки универсальных алгоритмов, которые не привязаны к определенным техническим средствам или исполнительным механизмам.

Разработка таких алгоритмов упрощает разработку АСУ ТП, уменьшает время разработки программного обеспечения и увеличивает надежность блоков с АСУ ТП.

Использование продвинутых алгоритмов управления запорной и регулирующей арматурой позволяет использовать весь потенциал, заложенный производителями арматуры, а также внедрять алгоритмы без полной реконструкции систем управления.

Разрабатываемые алгоритмы должны учитывать опыт отечественных и зарубежных производителей средств автоматизации и программнотехнических комплексов.

Для того что бы создать универсальные алгоритмы управления запорной и регулирующей арматурой на тепловых электрических станциях (ТЭС), которые применимы к большому количеству электрических схем приводов, без полной реконструкции последних необходимо придерживаться определенного порядка действий:

― изучить алгоритмы из существующих библиотек алгоритмов отечественных и зарубежных производителей;

― изучить существующие схемы и приемы управления запорной и регулирующей арматурой на электрических станциях;

― разработать универсальные алгоритмы управления и рассмотреть комплекс технических средств, который необходим для его реализации;

― проверить работоспособность, гибкость настройки и другие параметры алгоритма в реальных условиях.

Были изучены алгоритмы таких производителей средств автоматизации как «ОВЕН», «КОНТРАСТ», «OSCAT Codesys», реализация алгоритмов управления на тепловых электрических станциях Волгоградской области.

Создать один алгоритм для управления запорной и регулирующей арматурой сложно, он будет нагружен большим количеством входных переменных и тяжелой структурой, рассмотрим созданный алгоритм для управления регулирующими клапанами. Структурная схема алгоритма представлена на рисунке 1.

Режимы работы алгоритма : алгоритм управления трехпозиционным запорным органом имеет два режима работы:

― импульсный режим управления. Режим, в котором управление приводом осуществляется сигналами типа «Больше или Меньше», которые поступают на одну из пар входов алгоритма.

― следящий режим управления. Режим, в котором управление приводом осуществляется в зависимости от того положения в котором привод находится в данный момент и задания положения на соответствующем входе алгоритма.

Режим привода

Ручной режим

Дистанционный

Автоматический

Ручной режим

Дистанционный

Автоматический

Команда закрыть

Команда открыть

Режим

Алгоритма

Открыть

Закрыть

Привод заблокирован

Сигнал готовности

Сигнал аварии

Статус аварии

Сигналы с конечных выключателей

Сигналы с автоматов цепей питания

Сигнал блокировки _______________

Рисунок 1 –Структурная схема алгоритма управления клапаном.

Алгоритм выполняет следующие функции:

―     формирование сигналов на открытие/закрытие;

―     контроль состояния автоматических выключателей;

―     контроль готовности клапана;

―     контроль состояния сигналов с концевых выключателей;

― алгоритм должен предусматривать наличие внешних блокировок;

― алгоритм должен реализовывать систему «антилюфт». Данная функция позволит компенсировать «люфт» в сочленениях исполнительного механизма и регулирующего клапана;

― формирование аварийных сообщений и статусного слова аварии. Сигнал аварии формируется на дискретном выходе алгоритма при соблюдении одного из следующих условий:

• 1.    оба концевых выключателя нажаты;

• 2.    авария по датчику положения;

• 3.    нет реакции клапана на управляющее воздействие;

• 4.    автоматы питания отключены;

45.02

Для реализации алгоритма в программной среде КОНТРАСТ был использован графический язык ФАБЛ (Функциональные алгоритмические блоки или FBD). Для лучшего понимания принципа работы программы на рисунке 2 приведена часть структуры алгоритма, реализующая функцию «антилюфт».

Открыть

Закрыть

Рисунок 2 - Реализация функции – «антилюфт», язык FBD

Для проверки работоспособности алгоритма разработан стенд схема которого идентична существующим схемам управления регулирующей арматурой на тепловых станциях Волгоградской области, внешний вид стенда представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Проведение испытаний алгоритма на стенде

Алгоритм был проверен во всех режимах работы (штатных и аварийных), во время проверки снимались циклограммы состояния запорной арматуры и алгоритма, одна из таких циклограмм приведена на рисунке 4, в данной циклограмме приняты обозначения:

• -      Position – датчик положения исполнительного механизма;

• -     OPEN – выходной сигнал на открытие;

• -      OpenMan – входная команда на открытие (режим ручной);

• -      CLOSE - выходной сигнал на закрытие;

• -      CloseMan - входная команда на закрытие (режим ручной);

• -      LSO – концевой выключатель открыто;

• -      LSC - концевой выключатель закрыто;

Рисунок 4 – Работа алгоритма в импульсном режиме

После анализа полученной информации о трубопроводной арматуре, а также алгоритмах и приемах управления ими на электрических станциях, появилась возможность выявить достоинства и недостатки существующих алгоритмов и приемов управления трубопроводной арматурой, рассмотреть этапы разработки новых алгоритмов. Разработанный алгоритм прошел проверку на адекватность и работоспособность. Для проверки работоспособности были использованы методы имитационного моделирования и проверка на стенде, с реальным исполнительным механизмом.