Моделі і методи побудови автоматизованих систем керування компресорними станціями на основі уніфікованих апаратно-програмних засобів

Abstract

В дисертаційній роботі вирішується актуальна науково-практична задача розробки методів та імітаційних моделей для побудови автоматизованих систем керування компресорними станціями на основі уніфікованих апаратно-програмних засобів. На основі аналізу сучасного стану САК КС в УМГ «Київтрансгаз» виявлено їх недоліки та невідповідність сучасному рівню, що призводить до значних матеріальних втрат та незручностей при експлуатації. Визначено напрямки та сформульовано задачі побудови АСК КС на основі принципів уніфікації проектних процедур і апаратно-програмних засобів. Запропоновано і розроблено топологічні і функціональні рішення САК на основі резервованої топології з розподіленим вводом-виводом і уніфікованих апаратно-програмних засобів. Розроблено класифікацію основних об’єктів керування ГТС, технологічних параметрів та їх ідентифікаторів для уніфікації процесів збору, обробки, передні і зберігання даних. Розроблено та апробовано методи формування тестових сигналів для імітації режимів роботи АСК. Удосконалено метод автоматичного генерування програмного коду PLC з імітаційних моделей. Розроблено імітаційну модель нагнітача ГПА і алгоритми керування КС на основі методу групового урахування аргументів для дослідження режимів роботи КЦ. Для контролю технологічних параметрів на «аномальність» та «наявність тренду» визначено статистичні критерії на основі методів математичної статистики, інтерполяції, а також розроблено алгоритміне забезпечення для вирішення вказаних задач. Розроблено імітаційну модель, алгоритмічне забезпечення і людино-машинний інтерфейс цехового регулятора для дослідження показників продуктивності нагнітача ГПА в режимі максимальної комерційної продуктивності КЦ. Розроблено функціональну схему системи керування виконавчими механізмами ЕППУ-4-1 на основі уніфікованих апаратно-програмних засобів. Розроблено спосіб для контролю кіл керування виконавчим механізмом в режимі очікування та під час керування. Розроблено імітаційну модель системи керування виконавчими механізмами ЕППУ-4-1. При інтеграції розроблених моделей в апаратні засоби на основі PLC, застосовано удосконалений метод генерування функціональних блоків в стандарті ІЕС 61131. Для імітації та дослідження режимів роботи виконавчих механізмів ЕППУ-4-1 створено інструментарій у вигляді апаратно-програмного комплексу на базі уніфікованих апаратно-програмних засобів Simatic S7. Результати досліджень, отримані в роботі, впровадженні на підприємствах ГТС України.

В диссертационной работе решается актуальная научно-практическая задача разработки методов, а также имитационных моделей для построения автоматизированных систем управления компрессорными станциями на базе унифицированных аппаратно-программных средств. На основе анализа современного состояния САУ КС в УМГ «Киевтрансгаз» выявлены их недостатки и несоответствие современному уровню, что приводит к значительным материальным потерям и неудобствам при эксплуатации. Определены направления и сформулированы задачи построения АСУ КС на основе принципов унификации проектных процедур и аппаратно-программных средств. Предложены и разработаны топологические и функциональные решения САУ КС на основе резервированной топологии с распределенным вводом-выводом и унифицированных аппаратно-программных средств. Разработана классификация основных объектов управления ГТС, технологических параметров и их идентификаторов для унификации процессов сбора, обработки, передни и хранения данных. Разработаны и апробированы методы формирования тестовых сигналов для имитации режимов работы АСУ. Усовершенствован метод автоматической генерации программного кода PLC из имитационных моделей. Разработана имитационная модель нагнетателя ГПА и алгоритмы управления КС на основе метода группового учета аргументов для исследования режимов работы КЦ. Для контроля технологических параметров на «аномальность» и «наличие тренда» определены статистические критерии на основе методов математической статистики, интерполяции, а также алгоритмическое обеспечение для решения указанных задач. Разработана имитационная модель, алгоритмическое обеспечение и человеко-машинный интерфейс цехового регулятора для исследования показателей производительности нагнетателя ГПА в режиме максимальной коммерческой производительности КЦ. Разработана функциональная схема системы управления исполнительными механизмами ЭППУ-4-1 на базе унифицированных аппаратно-программных средств. Разработан способ для контроля цепей управления исполнительным механизмом в режиме ожидания и при управлении. Разработана имитационная модель системы управления исполнительными механизмами ЭППУ-4-1. При интеграции разработанных моделей в аппаратные средства на базе PLC, применен предложенный метод генерирования функциональных блоков в стандарте IEC 61131. Для имитации и исследования режимов работы исполнительных механизмов ЭППУ-4-1 создан инструментарий в виде аппаратно-программного комплекса на базе унифицированных аппаратно-программных средств Simatic S7. Результаты исследований, полученные в работе, внедрены на предприятиях ГТС Украины.

In the thesis an actual scientific-practical task of developing methods and simulation models for building automatic control systems of compressor stations (CS) on the basis of standardized hardware and software is solved. On the basis of analysis of the current state of automatic control systems of CS in the management of main gas pipelines «Kyivtransgaz» its shortcomings and discrepancy current level, which leads to considerable material losses and inconveniences during operation were revealed. Directions and objectives of the problem of constructing automatic control systems of CS on the basis of unification of design procedures and hardware and software were formulated. Topological and functional solutions of automatic control systems based on reserve topology with distributed in-out and standardized hardware and software were proposed and developed. The classification of the main objects of control gas transmit system (GTS), technological parameters and their identifications for the unification of the collection, processing, transferring and storage data was developed. Methods of forming test signals to simulate modes of ACS were developed and tested. A method for automatic generation of code PLC from simulation models was enhanced. A simulation model of supercharger gas pump unit (GPU) and control algorithms based on group method of arguments for the research of modes of GPU CS was developed. For the control of process parameters on the «anomaly» and «availability of trend» statistical criteria on the basis of mathematical statistics, interpolation were defined and algorithms for software to resolve the stated problems were developed. A simulation model, algorithms for software and human-machine interface of workshop controller to research performance indicators supercharger GPU at maximum commercial productivity compressor groupe CG CS were developed. The functional circuit system control of actuators electro-pneumatic unit of control (EPUC-4-1) based on standardized hardware and software was developed. A method for monitoring actuator control circuits standby and during operation was developed. A simulation model of control actuators EPUC-4-1 was developed. At integration of developed models in hardware based PLC, the proposed method to generate functional blocks in the standard IEC 61131 were applied. Tools in a hardware and software system based on standardized hardware and software Simatic S7 to simulate and research modes of actuators EPUC-4-1 were established. The research results of obtained work are implemented in enterprises Ukraine’s GTS.