Автоматизація індивідуального теплопункту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

НТУУ "КПІ"

Теплоенергетичний факультет

Кафедра АТЕП

Курсова робота

Тема: Автоматизація індивідуального теплопункту

2011

Зміст

• 1. Характеристика теплового пункту
• 2. Вибір і обгрунтування прийнятої структури керування об'єктом
• 2.1 Огляд і аналіз існуючих систем керування об'єктом
• 2.2 Опис прийнятої структури керування об'єктом
• 3. Опис функцій системи автоматизації
• 4. Формулювання вимог до ПТКЗА
• 5. Опис інформаційного забезпечення ПТКЗА
• 6. Розробка структури пткза і вибір типу і конфігурації промислових контролерів
• 7. Опис програмно-технічних рішень локального рівня ПТКЗА
• 8. Опис програмно-технічних рішень супервізорного рівня ПТКЗА
• 9. Розрахунок надійності реалізації функцій ПТКЗА
• 10. Опис алгоритму вирішення задачі автоматизації
• 11. Опис програмного забезпечення локального рівня ПТКЗА. Опис контрольного прикладу. Керівництво користувача
• 12. Опис пз супервізорного рівня ПТКЗА. Опис контрольного прикладу. Керівництво користувача
• Висновки
• Література
• Додаток

1. Характеристика теплового пункту

Теплові пункти - найбільш складні і дорогі елементи теплових мереж. Від надійності і якості роботи теплових пунктів залежить постачання споживачів теплом і гарячою водою, відповідність режимів тепловиробництва і теплоспоживання. У системах централізованого теплопостачання здійснюються наступні технологічні процеси: виробництво і відпуск теплоносія, транспортування і використання теплоносія.

Транспортування теплоносія виробляється по теплових мережах, що з'єднують джерело теплоти зі споживачами. До теплових мереж відносять теплопроводи і спорудження на них - мережні станції. СЦТ міст є, як правило, водяними системами, де в якості теплоносія застосовується вода.

Водяні системи теплопостачання можуть бути закритими і відкритими. У закритих системах циркулююча в тепловій мережі вода використовується тільки як теплоносій, з мережі для споживання вона не відбирається; у відкритих системах теплоносій (вода) розподіляється до споживачів для потреб гарячого водопостачання.

Для теплопостачання міст від джерел теплоти до даної групи споживачів, як правило, застосовуються двотрубні теплові мережі.

Призначення теплових мереж - надійне, безперебійне транспортування теплоносія при мінімальних утратах теплоти і води.

Використання теплоносія здійснюється в теплоприймачах споживачів: у системах опалення, вентиляції, гарячого водопостачання, кондиціонування повітря, у теплоспоживаючих промислових агрегатах.

Ефективне рішення задач багато в чому залежить від способів і схем приєднання теплоспоживаючих установок до теплової мережі. Сукупність технічних пристроїв, що забезпечують реалізацію зазначених способів і схем приєднання, і називається тепловим пунктом (ТП).

У теплових пунктах у загальному випадку здійснюється: перетворення параметрів теплоносія; розподіл витрати теплоносія по системах споживання теплоти; регулювання відпустки теплоти системам опалення; регулювання параметрів води на гаряче і холодне водопостачання; заповнення, підживлення теплоспоживаючих систем; акумулювання гарячої води; водопідготовка для систем гарячого водопостачання; захист систем споживання теплоти від спорожнювання й аварійного підвищення параметрів теплоносія; контроль параметрів теплоносіїв (місцевий, дистанційний з диспетчерського пункту); облік витрати теплоти, теплоносія.

Тепловий пункт у залежності від його призначення може здійснювати всі перераховані функції чи тільки частку з них.

Контрольованими й регульованими параметрами в системах гарячого водопостачання є: якість, температура гарячої води, напір у точках водорозбору.

Одними з основних регульованих параметрів для систем теплопостачання є: величина гідродинамічного тиску в різних точках теплової мережі; температура повітря в опалювальних приміщеннях.

Температурний режим приміщень визначається сукупним впливом збурюючих впливів, що безупинно змінюються, і спрямованих на їхню компенсацію впливів керування.

Збурюючі впливи діляться на зовнішні (метеорологічні) і внутрішні.

Керуючими (регулюючими) впливами, які повинні забезпечити стабілізацію температурного режиму приміщень у заданих межах або його зміну в часі по заданій програмі, є температура й витрата теплоносія, що надходить у нагрівальні прилади, а також тривалість його подачі.

Похідним регульованим параметром у системах теплопостачання є витрата теплоти, обумовлена температурами й витратою теплоносія. Зміна параметрів теплоносія відповідно до фактичної теплової потреби абонентів підвищує якість теплопостачання, скорочує витрати теплової енергії й палива. Адекватне визначення потрібної і фактичної витрат теплоти сприяє можливостям максимальної економії палива й теплової енергії, досягненню високих економічних показників у теплопостачанні.

Характеристики індивідуального теплопункту

Витратапрямого теплоносія на опалення та підігрів води мережі ГВП - 6,92 м3/год;

гарячої води у мережі ГВП - 6,0 м3/год;

холодної води у мережі ХВП - 8,45м3/год;

Тиск теплоносія у прямому трубопроводі - 500 кПа;

теплоносія у зворотному трубопроводі - 355 кПа;

гарячої води на виході мережі ГВП - 400 кПа

холодної води - 400 кПа;

Температури прямого теплоносія мережі опалення - 130 С;

зворотного теплоносія мережі опалення - 70 С;

гарячої води у мережі ГВП - 60 С;

2. Вибір і обгрунтування прийнятої структури керування об'єктом

2.1 Огляд і аналіз існуючих систем керування об'єктом

Задачі автоматизації ІТП у загальному випадку полягають в наступному:

· регулювання відпуску теплоти на опалення будинку;

· регулювання температури води на гаряче водопостачання;

· регулювання тиску води.

Схеми керування теплових пунктів передбачають автоматичне керування температурою та тиском води.

Регулювання температури в системі опалення потрібно для того, щоб в залежності від пори року ми отримували оптимальну температуру.

Регулювання температури в системі ГВП потрібно для того, щоб споживачу надходила вода заданої температури.

Регулювання тиску води необхідно для забезпечення циркуляції води в системі опалення та ГВП та запобігання застоювання в трубопроводі.

Основними параметрами теплопункту, що регулюються, є температура зворотного теплоносія системи опалення, температура та тиск гарячої води системи ГВП.

Температура зворотного теплоносія системи опалення tзв.оп. регулюється витратою прямого теплоносія.

Температура гарячої води системи ГВП tГВП регулюється витратою гріючого теплоносія у теплообмінник.

Тиск прямого теплоносія системи опалення Pоп регулюється за допомогою насосної групи.

Перераховані величини, що регулюються, змінюються в результаті регулюючих впливів і під впливом зовнішніх та внутрішніх збурень, що носять закономірний або випадковий характер, таких як тиск та температура прямої мережевої води, температура навколишнього середовища, зміна витрати гарячої води споживачами і т. п.

Автоматична система регулювання призначена для підтримки температури зворотного теплоносія мережі опалення на заданому рівні. Для цього необхідно регулювати подачу прямого теплоносія, що подається до системи опалення.

Температура зворотного теплоносія опалювальної мережі є параметром, який представляє температуру в опалювальних приміщеннях. Температура прямого теплоносія є заданим параметром для системи автоматизації, що розглядається, так як залежить від постачальника теплової енергії - ТЕЦ або котельні. Таким чином, регулюючим параметром є витрата прямого теплоносія. Для збільшення температури зворотного теплоносія потрібно збільшити витрату прямого теплоносія, для зменшення температури - зменшити витрату. Зміна витрати відбувається за допомогою регулюючого органу (РО) на трубопроводі прямої мережевої води.

Похідним регульованим параметром у системах теплопостачання є витрата теплоти, обумовлена температурами й витратою теплоносія. Зміна параметрів теплоносія відповідно до фактичної теплової потреби абонентів підвищує якість теплопостачання, скорочує витрати теплової енергії й палива. Адекватне визначення потрібної і фактичної витрат теплоти сприяє можливостям максимальної економії палива й теплової енергії, досягненню високих економічних показників у теплопостачанні.

Регулювання відпуску теплоти може бути:

якісне - шляхом зміни температури теплоносія при постійній його витраті, що подається в регульовану установку;

кількісне - шляхом зміни витрати теплоносія при постійній температурі його на вході в регульовану установку;

якісно-кількісне - шляхом одночасної зміни температури й витрати теплоносія.

Вхідними параметрами є температура й витрата теплоносія, що надходить у нагрівальні прилади, потужність насосів, які забезпечують необхідний тиск у мережі будинку.

Основними вихідними параметрами теплопункту є температура зворотного теплоносія системи опалення, температура та тиск гарячої води системи ГВП. тепловий програмний автоматизація контролер

Вхідними параметрами є витрата прямого теплоносія на опалення Qпр. оп., витрата гріючого теплоносія у теплообмінник Qпр. т/о, потужність насосної групи системи опалення Nнас.

Збуреннями, що носять закономірний або випадковий характер, є такі величини як тиск та температура прямої мережевої води, температура навколишнього середовища, зміна витрати гарячої води споживачами і т. п.

Таким чином, індивідуальний теплопункт, що розглядається в якості об'єкта регулювання, уявляє собою динамічну систему з декількома взаємозв'язаними вхідними і вихідними величинами. Однак виражена направленість ділянок регулювання по основним каналам регулюючих впливів, таким як витрата прямого теплоносія - температура зворотного теплоносія, витрата гріючого теплоносія у теплообмінник - температура гарячої води ГВП, зміна продуктивності насосів - тиск у мережі опалення та іншим, дозволяє здійснювати стабілізацію регулюючих величин за допомогою незалежних систем, зв'язаних лише через об'єкт регулювання. При цьому регулюючий вплив тієї чи іншої ділянки (суцільні лінії на рис. 2.1) слугує основним засобом стабілізації його величини, що регулюється, а інші впливи (пунктирні лінії) є до цієї ділянки внутрішніми або зовнішніми збуреннями.



Рис.2.1. Схема взаємозв'язку між вхідними та вихідними величинами

де:Qпр. т/о - витрата гріючого теплоносія у теплообмінник;

Qпр.оп. - витрата прямого теплоносія у системі опалення;

Nнас - потужність насосів;

tгвп - температура гарячої води у системі ГВП;

tзв.оп. - температура зворотного теплоносія у системі опалення;

Pпр.оп. - тиск прямого теплоносія у системі опалення;

Автоматизація технологічних процесів у загальному випадку виконує наступні функції: регулювання параметрів, керування роботою устаткування й агрегатів , захист і блокування устаткування й агрегатів, облік витрати вироблених і споживаних ресурсів, телемеханізації контролю, виміру, керування.

Мета автоматизації систем теплопостачання складається в найбільш ефективному вирішенні задач окремими її ланками без безпосереднього втручання людини.

1. Регулювання температури теплоносія в зворотному трубопроводі.

Регулювання відпуску теплоти в системі теплопостачання, передбачає:

- центральне регулювання - на теплоджерелі (ТЕЦ, котельні);

- групове регулювання - у центральних теплових пунктах, вузлах розподілу;

- місцеве загальнобудинкове (на весь будинок) регулювання - в ІТП (МТП) або місцеве пофасадне (позонне) регулювання - в ІТП (МТП) при наявності пофасадного (позонного) поділу систем опалення будинку;

- індивідуальне регулювання - на нагрівальних приладах у приміщеннях будинку.

Для забезпечення стійкої й економічної роботи теплових мереж і теплоджерела при роботі комплексу засобів регулювання відпуску теплоти у відповідних точках мережі передбачаються ступені автоматичного регулювання гідравлічного режиму.

Автоматичне керування відпуском теплоти може провадитися по відхиленню регульованої величини, по збурюванню й шляхом комбінування цих методів. [1]

У першому випадку датчики, що заміряють температуру внутрішнього повітря, встановлюються в одному або декількох опалювальних приміщеннях і приводять в дію регулятор при відхиленні цієї температури від установленого значення.

При регулюванні по збурюванню датчики встановлюються ззовні будинку й заміряють значення метеорологічних параметрів.

На рис. 2.1. представлена схема компенсації збурювань у системі опалення.

Рис. 2.1. Схема компенсації збурювань у системі теплозабезпечення (опалювання)

Перевага автоматичного керування по відхиленню полягає в тому, що регулятор враховує всю сукупність факторів, що впливають на температурний режим опалювальних приміщень, і виконує своє завдання незалежно від причин, що викликали відхилення внутрішньої температури. Експлуатаційні зміни статичних і динамічних характеристик об'єкта практично не позначаються на якості регулювання. Недоліки цього методу полягають у наступному.

У сучасних багатоповерхових будинках спостерігається значний градієнт температур повітря в опалювальних приміщеннях, набагато перевищуючий припустиму точність регулювання. У зв'язку із цим вибір представницьких приміщень пов'язаний з великими труднощами. Збільшення ж із цією метою загальної кількості датчиків - контрольних приміщень - приводить до подорожчання автоматики, ускладненню її обслуговування й зниженню надійності.

Система автоматичного керування по відхиленню внутрішньої температури має несприятливі динамічні характеристики, оскільки замкнутий контур регулювання містить у цьому випадку ланку з великою інерційністю - опалювальний будинок.

Перевага автоматичного керування по збурюванню полягає в тому, що воно виробляється по основних факторах, що визначають режим теплоспоживання будинків (температура зовнішнього повітря, швидкість вітру, сонячна радіація). Вплив локальних, випадкових факторів на температуру повітря в тому або іншому приміщенні на процес керування виключається.

При керуванні по збурюванню система має гарні динамічні властивості, тому що в контур регулювання не входить опалювальне приміщення. При цьому регулятор починає виконувати своє завдання ще до того, збурюючий вплив викликав в опалювальному приміщенні відхилення регульованої величини - температури повітря - від заданого значення.

Недолік цього методу полягає в тому, що регулятор реагує тільки на ті збурювання, які оцінюються відповідними датчиками й закладені в закон керування. З огляду на різноманіття збурювань, що діють у системі теплопостачання, і особливості цієї системи як об'єкта керування, стають очевидними ті труднощі принципового характеру, які виникають при застосуванні розглянутого методу керування.

Необхідно відзначити, що автоматична розімкнута система керування по збурюванню в "чистому" виді не одержала застосування в практиці теплопостачання й опалення.

Найпоширеніша схема керування по збурюванню передбачає наявність зворотного зв'язку по параметру теплоносія в тепловому пункті. У зв'язку із цим система керування виявляється частково замкнутою (по регулюючому параметру) і в її контур включається джерело теплоти, теплові мережі, а при установці датчика температури на зворотному трубопроводі - система опалення. Таким чином, створюється принципова можливість виключити вплив випадкових відхилень режиму роботи теплової мережі на тепловий режим будинку.

Як зворотний зв'язок у різних схемах автоматизації систем теплопостачання й опалення використовуються температура води на вході в пункт керування, температура зворотної води, напівсуми температур прямої і зворотної води, витрата води, температура й витрата води.

У багатьох існуючих системах автоматизації для оцінки зовнішніх збурювань використовуються датчики температури зовнішнього повітря. Величина сигналу від цього датчика порівнюється з температурою теплоносія, що повинна дорівнювати температурі за графіком, закладеному в закон керування. Перевагою такої системи є простота схемної реалізації, а недоліком - відсутність обліку при керуванні за допомогою інших метеорологічних факторів (крім зовнішньої температури), а також динамічних властивостей об'єкта. Цей метод має назву "погодне регулювання", його схема зображена на рис. 2.2.



Рис. 2.2. Схема погодного керування системою опалювання

Альтернатива погодному регулюванню [6]

Основним завданням контролерів, керуючих роботою систем опалення західного зразка, є реалізація погодного регулювання. Сутність погодного регулювання полягає в тому, щоб підтримувати температуру в подаючому (або зворотному) трубопроводі системи опалення на рівні, що відповідає поточній температурі зовнішнього повітря. Але є ряд факторів, які необхідно враховувати при застосуванні цього методу керування.

По-перше, погодне регулювання повинне забезпечуватися тепловими мережами, які зобов'язані витримувати при якісному регулюванні свій температурний графік. Умовно кажучи, якісне регулювання - це і є регулювання погодне. Якби температурний графік тепловими мережами витримувався, не були б потреби встановлювати погодні регулятори в теплових пунктах.

По-друге, ніяке погодне регулювання на абонентських уведеннях не здатне забезпечити комфортний тепловий режим у будинках, якщо теплові мережі не в змозі по тих або інших причинах витримувати температурний графік, ними встановлений. Було б неправильно витрачати гроші на дорогу автоматику, змушуючи її виконувати нездійсненні завдання. В такому випадку вона просто не буде рентабельною.

Вихідною посилкою при розробці алгоритму регулювання теплового пункту будинку, приєднаного до системи централізованого теплопостачання, була підтримка температури води у зворотному трубопроводі системи опалення на рівні, що відповідає поточній температурі води в подаючому трубопроводі. Температура води, що вертається із системи опалення в теплову мережу - це простий і єдиний параметр, який реально відображає інформацію про споживчі якості працюючої системи опалення.

Якщо фактична температура зворотної води вище заданої величини, то це виразно свідчить про надлишкове опалення, і автоматика в цьому випадку зобов'язана дати команду на зменшення витрати мережної води. Якщо задана величина фактично не досягнута, автоматика буде намагатися збільшити витрату, але лімітна шайба теплової мережі не допустить перевищення розрахункової витрати. Таким чином, у робочий час регулятор виконує просте завдання - підтримує, по можливості, температуру у зворотному трубопроводі на заданому значенні. Схема розглянутого методу регулювання зображена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема регулювання температури в зворотному трубопроводі системи опалення

2. Регулювання температури гарячої води у системі ГВП.

Для підготовки води використовується теплообмінник, гріючим середовищем в якому є прямий теплоносій від тепломережі. Холодна вода від ХВП підігрівається та подається у мережу ГВП. Згідно державних стандартів температура води ГВП повинна дорівнювати 60°С (для житлових будинків). Регулювання температури води у системі ГВП відбувається за рахунок зміни витрати гріючого теплоносія у теплообмінник.

3. Регулювання тиску в системі опалення.

Схеми приєднання систем опалення розділяють на залежні без змішування води, залежні зі змішуванням води й незалежні.

Залежне приєднання, при якому теплоносій з тепломережі без зниження температури (без змішування) подають споживачеві, є найбільш простим і зручним в експлуатації. Застосовують його при збігу температур теплоносія в системі опалення tг і в системі теплопостачання Т1.

Переважна більшість будинків приєднані по залежній схемі зі змішуванням теплоносія до температури tг <Т1. Раніше для змішування води встановлювали водоструминні насоси (гідроелеватори). Внаслідок їх непрацездатності і неефективності у двохтрубних системах опалення з терморегуляторами широке розповсюдження одержали схеми з насосним змішуванням води. Насос у схемі приєднання абонента дозволяє застосувати найбільш енергозберігаючі автоматизовані рішення по регулюванню систем абонента. З'являється можливість не тільки кількісного, але і якісно-кількісного регулювання системи опалення практично.

Принципові схеми включення насосів показані на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Змішування теплоносія в тепловому пункті при залежному приєднанні абонента: а) з насосом на зворотній магістралі й регулятором теплового потоку із трьохходовим або двухходовим клапаном; б) з насосом на подаючій магістралі й регулятором теплового потоку із триходовим або двухходовим клапаном.

Найбільш доцільним рішенням для систем з терморегуляторами є використання автоматично регулюємих насосів. Інакше, необхідно робити перемички від подаючого до зворотного трубопровода, або байпаси навколо насоса.

2.2 Опис прийнятої структури керування об'єктом

1. Регулювання температури теплоносія в зворотному трубопроводі.

Була вибрана наступна схема регулювання температури теплоносія в зворотному трубопроводі опалювальної мережі (рис.2.5, 2.6).

Обрана схема регулювання є одноконтурною. Вона є простішою в реалізації, ніж інші запропоновані схеми, але також є достатньо ефективною. Температура води в зворотному трубопроводі мережі опалення - це простий параметр, який реально відображає інформацію про споживчі якості працюючої системи опалення.

Пофасадне регулювання потребувало б додаткових витрат на встановлення, налагодження та експлуатацію. Тому в даному проекті було вирішено відмовитися від по фасадного регулювання.

Рис. 2.5. Схема регулювання температури в зворотному трубопроводі системи опалення

Рис 2.6. Структурна схема одноконтурної АСР

2. Регулювання температури гарячої води у системі ГВП.

Регулювання температури гарячої води у системі ГВП відбувається за допомогою зміни витрати прямого теплоносія від тепломережі.

Для забезпечення регулювання температури гарячої води у системі ГВП використовується схема, зображена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема регулювання температури в системі ГВП

3. Регулювання тиску в системі опалення.

Регулювання тиску в системі опалення відбувається за допомогою зміни частоти насосної групи.

Для забезпечення регулювання тиску прямого теплоносія у системі опалення використовується схема, зображена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Схема регулювання тиску в системі опалення

3. Опис функцій системи автоматизації

Автоматична система регулювання теплопунктом забезпечує функції контролю, регулювання, сигналізації та блокування.

1. Функція контролю

Контролю підлягають такі параметри теплового пункта:

1) тиск прямого, зворотного теплоносія мережі опалення, гарячої води на вході мережі ГВП, води у мережі ХВП;

2) температура прямого, зворотного теплоносія мережі опалення та гарячої води на вході у мережу ГВП;

3) витрата прямого теплоносія, гарячої води у мережі ГВП, води у мережі ХВП;

2. Функція регулювання

Регулюванню підлягають такі параметри теплового пункта:

1) тиск прямого теплоносія мережі опалення;

2) температура зворотного теплоносія мережі опалення;

3) температура гарячої води на вході у мережу ГВП.

Головним завданням частотного перетворювача є регулювання насоса так, щоб його робочі параметри відповідали вимогам системи:

1) Режим підтримки постійного тиску при будь-якій подачі теплоносія. В цьому режимі на дисплеї показується тиск, який повинен створювати насос. Частотний перетворювач змінює частоту обертання так, щоб цей тиск залишався постійним при будь-якій подачі.

2) Режим підтримки постійного тиску з врахуванням компенсації втрат на гідравлічні опори (режим відстежування кривої системи). В цьому режимі тиск, що створюється насосом, збільшується із збільшенням подачі для того, щоб компенсувати збільшені втрати на гідравлічні опори. Виходить, що вихідні параметри насоса змінюються по кривій системі, в якій він працює.

3) Режим підтримки постійної подачі. Цей режим часто використовується в циркуляційних і системах фільтрації, він дозволяє забезпечувати постійну подачу незалежно від значення тиску. Як вимірювальний прилад може використовуватися витратомір (лінійний сигнал 4-20 мА) або діафрагма з датчиком перепаду тиску (квадратичний сигнал 4- 20 мА).

4) Режим зовнішнього частотного регулювання. Застосовується при використанні зовнішнього регулятора, частотний перетворювач же є лише перетворювачем частоти. У даному режимі частота обертання насоса прямо пропорційна вхідному сигналу (4-20 мА).

Частотний перетворювач дозволяє змінювати напрям обертання валу двигуна і забезпечує його плавний пуск і зупинку.

3. Функція сигналізації

Технологічна сигналізація застосовується для оповіщення оперативного персоналу про:

1) вихід фізичної величини за межі, які визначають надійність роботи обладнання;

2) вихід фізичної величини за межі, які визначають безпечність роботи обладнання (аварійна сигналізація);

3) попередження спрацьовування технологічного захисту;

4) відмову окремих елементів обладнання;

Сигналізація забезпечується для таких параметрів:

1) тиск прямого та зворотного теплоносія мережі опалення.

2) температура прямого та зворотного теплоносія мережі опалення;

3) температура гарячої води на вході у мережу ГВП.

4. Функція блокування

Блокування виконується над параметрами, які приймають участь у керуванні:

1) тиск прямого теплоносія.

У випадку відмови датчика тиску прямого теплоносія переводимо клапан на трубопроводі прямої мережевої води (ВМ 5в) у положення 100%, вмикаємо сигналізацію та блокування.

2) температура гарячої води на вході у мережу ГВП.

У випадку відмови датчика температури гарячої води на вході у мережу ГВП вмикаємо сигналізацію і переводимо клапан (ВМ 6в) у наперед задане безпечне положення - 50%.

3) температура зворотного теплоносія мережі опалення.

У випадку відмови датчика температури зворотного теплоносія мережі опалення переводимо клапан на трубопроводі прямої мережевої води (ВМ 5в) у положення 100%, вмикаємо сигналізацію та блокування.

4. Формулювання вимог дО ПТКЗА

Призначенням даного програмно-технічного комплексу є:

1. Підтримання тиску прямого теплоносія мережі опалення;

2. Підтримання та регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення;

3. Підтримання температури гарячої води на абонентському вводі до споживача;

4. Керування виконавчими механізмами в ручному та автоматичному режимах;

5. Здійснення обміну інформації з супервізорним рівнем АСУ ТП;

6. Відображення інформації на мнемосхемі про поточний стан технологічного процесу;

7. Спрацьовування сигналізації при можливих відхиленнях режимних параметрів;

8. Спрацьовування блокувань при можливих аварійних ситуаціях;

9. Ведення бази даних та звіту подій.

Метою розробки даного комплексу є:

1. Підвищення точності управління технологічним процесом

2. Підвищення надійності та ефективності функціонування системи управління;

3. Підтримка параметрів прямого теплоносія системи теплопостачання на заданному рівні;

4. Підтримка температури гарячої води мережі ГВП на заданому рівні;

5. Зниження витрат на обслуговування та ремонт системи;

6. Обмін інформацією з верхнім рівнем управління, що надає можливість віддалено керувати та слідкувати за ходом технологічного процесу;

7. Зниження витрат на обслуговування та ремонт системи.

Основними вимогами до ПТКЗА, що розроблюється, є:

1. Використання контролерів відомих фірм-виробників із належним рівнем технічної підтримки і сервісного обслуговування

2. Використання стандартних інтерфейсів передачі інформації на базі відкритих протоколів обміну даними

3. Використання спеціалізованих пакетів SCADA провідних виробників таких систем, які підтримують протоколи, що використовуються в даній системі

4. Використання стандартних апаратних модулів відомих фірм-виробників з добре налагодженою системою сервісного обслуговування

5. Використання базових програмних засобів реального часу (операційні системи) згідно зі стандартами Міжнародної електротехнічної комісії

6. Використання інструментального ПЗ (LCADA- конфігуратора), що відповідає вимогам стандарту IEC 61131

7. Середнє напрацювання на відмову повинно бути не менше:

Для інформаційної функції- 40000 год

Для керуючої функції- 20000 год

8. Допустимий діапазон зміни:

регульованої температури зворотного теплоносія мережі опалення - 2С

регульованої температури гарячої води у мережі ГВП - 2С

регульованго тиску прямого теплоносія мережі опалення - 5 кПа

5. Опис інформаційного забезпечення ПТКЗА

До складу інформаційного забезпечення входять рішення по організації, збору, зберіганню та виводу сигналів та даних, а також технічна документація, що супроводжує розроблене забезпечення.

АСУ, що проектується, є дворівневою. Нижній рівень виконує функції локального управління та збору інформації, а верхній рівень - функції супервізорного управління.

Для реалізації функції локального управління та збору інформації, що передається на робочу станцію оператора, модуль ПЛК повинен мати достатню кількість універсальних входів та уніфікованих виходів. Через аналогові входи вводяться такі сигнали:

1. Температура прямого теплоносія мережі опалення (130°С);

2. Тиск прямого теплоносія мережі опалення до насосної групи (500 кПа);

3. Тиск зворотного теплоносія мережі опалення (355 кПа);

4. Тиск холодної води у мережі ХВП (400 кПа);

5. Тиск гарячої води на виході мережі ГВП (400 кПа);

6. Витрата прямого теплоносія (6,92 м3/год);

7. Витрата холодної води на ХВП (8,45м3/год);

8. Витрата гарячої води у мережі ГВП (6,0 м3/год);

9. Температура зворотного теплоносія мережі опалення (70°С);

10. Температура гарячої води на вході у мережу ГВП (60°С);

11. Тиск прямого теплоносія мережі опалення після насосної групи (500 кПа);

12. Положення ВМ (електроприводу) на клапані подачі прямого теплоносія мережі опалення

13. Положення ВМ (електроприводу) на клапані подачі гріючого теплоносія до теплообмінника мережі ГВП

Перші вісім сигналів є інформаційними і призначені для передачі на рівень супервізорного керування. Таким чином контролюються параметри прямого теплоносія мережі опалення, холодної води мережі ХВП та гарячої води. Сигнали 9-11 є вхідними сигналами алгоритму управління - по цим сигналам формується сигнал управління, що встановлює ступінь відкриття клапанів (ВМ 5в, 6в) при регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення та гарячої води на вході у мережу ГВП, та частоту напруги живлення групи циркуляційних насосів при регулюванні тиску зворотного теплоносія мережі опалення. Сигнали 12, 13 є зворотними сигналами від виконавчих механізмів, які надають інформацію про положення ВМ.

Виконавча частина системи регулювання являє собою лінійний електропривод плавного регулювання для сідельного клапана BELIMO NV-24-MFT та перетворювачі частоти DELTA VFD 004 L 21 A для управління циркуляційними насосами. Для передачі інформації на верхній (супервізорний) рівень управління необхідно забезпечити введення інформації на ПК за допомогою інтерфейсу RS-232 через COM-порт. Якщо інформація з контролера видається за іншим інтерфейсом, необхідно передбачити конвертор інтерфейсів, що забезпечить перетворення сигналу у інтерфейс RS-232. Протокол обміну даними ModBus. Нашим вимогам відповідає програмований логічний контролер ОВЕН 160-220.А-L, який в своєму базовому модулі має 8 аналогових та 16 дискретних входів та 4 аналогових і 12 дискретних виходів. При необхідності набір входів\виходів можна розширити за допомогою модулів розширення. Даний контролер має нижчу ціну, ніж його іноземні аналоги, тому для автоматизації індивідуального теплового пункту він є оптимальним вибором з погляду співвідношення "ціна-якість". Обмін інформації з робочою станцією оператора здійснюється за допомогою протоколу Modbus, інтерфейс RS-232, який підтримується контролером, тому додатковий конвертор інтерфейсів непотрібен.

6. Розробка структури ПТКЗА і вибір типу і конфігурації промислових контролерів

АСУ, що проектується, структурно є дворівневою. Верхній рівень виконує функції супервізорного управління, нижній рівень - функції локального управління та збору інформації.

Локальна система управління рівнем буде реалізовуватись на базі ПЛК. Стуктурна схема ПТКЗА зображена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Структурна схема ПТКЗА

Основним елементом такої системи є програмно-логічний контролер, функціями якого є збір і перетворення у цифрову форму сигналів, що поступають від датчиків, а також формування керуючої дії згідно заданого закону регулювання. Датчики сприймають необхідну інформацію від об'єкта, перетворюють її на сигнал, який передається у контролер. Отримана інформація оброблюється контролером за заданим алгоритмом і формуються сигнали керування, які подаються на виконавчі механізми. Ті, в свою чергу, змінюють положення регулюючих органів, змінюють ступені відкриття відповідних клапанів, а також частоту напруги живлення насосів. Інформація з контролера перетворюється у цифрову форму та передається на пристрої, з якими безпосередньо працюватиме обслуговуючий персонал теплового пункта. Цим пристроєм слугує персональний комп'ютер із встановленою на ньому scada-системою, в якій знаходяться мнемосхеми процесу та кнопки керування ним (перехід в ручний режим, зміна завдання, зміна параметрів алгоритму керування). В таблиці 6.1 наведена порівняльна характеристика декількох контролерів.

Таблиця 6.1 Порівняльна характеристика контролерів

Назва	Вхо-ди	Вихо-ди	Інтерфейс/Протокол обміну	Мова програмування	Ціна грн	Додаткові можливості
ОВЕН ПЛК 160-220.А-L + ОВЕН МВА8	8 АI 16 DI + 8 AI = 16 AI 16 DI	4 AO 12 DO	RS 485/RS232 Modbus/Ethernet	технологічні мови: IL, LD, FBD, SFC, ST програмне забезпечення: CoDeSys v.2.3.x	7800	Вмонтований акумулятор, який дозволяє "перечекати" вимкнення і переводити вихідні елементи в "безпечний стан"; Вбудований годинник, що дозволяє створювати системи керування з урахуванням реального часу; Наявність Flash пам'яті, що дозволяє організовувати архівування даних на самому ПЛК.
Schneider Electric Momentum 171 CCC 960 30 + 170 AAI 520 40 + 170 AAI 140 00 16 + 170 AAO 921 00	20 АI	4 AO	RS 485/ Interbus Ethernet	техноло-гічні мови: IL, LD, FBD, SFC, ST програмне забезпечення: Concept	25000	Цифрова обробка даних; можливість роботи в реальному часі.
SIMATIC S7-400 CPU 412-1 + SM 431; AI8x14 Bit + SM 431; AI16x Bit + SM 432; AO8x13 Bit	20 АІ	8 АО	RS 485 PROFIBUS DP	техноло-гічні мови: IL, LD, FBD, SFC, ST програмне забезпечення: SIMATIC STEP 7	30000	Дозволяє синхронізувати всі цикли і виключити похибки, що зумовлені часовим розбалансом інформації, що зчитується.

Таким чином можна зробити висновок, що контролер ОВЕН ПЛК 160 влаштовує нас за більшістю критеріїв: найбільш прийнятне співвідношення ціна/функціональність для даного об'єкту, наявність всіх необхідних функцій, контролер задовольняє всі вимоги, зазначені у розділі 4, простота у використанні, зручне програмне забезпечення, наявність технічної підтримки в нашому регіоні. Локальна система управління реалізується на базі контролера ОВЕН ПЛК 160-220.А-L та модуля аналогового вводу ОВЕН МВА8, від фірми ОВЕН (м. Москва). Параметри контролера наведені у таблиці 6.2:

Таблиця 6.2

Напруга живлення	~220 B, 50 Гц
Споживана потужність,	не более Вт
Входи	аналогові, універсальні	8 шт.
	дискретні	16 шт
Виходи	аналогові, (4-20) мА, (0-10) В	4 шт.
	дискретні	12 шт.
Інтерфейс	RS-485, RS-232, Ethernet
Корпус	ступінь захисту IP 20
ЦП	RISC-процесор, 32 розряди
Оперативна пам'ять	8 МБ

Обмін інформації з робочою станцією оператора здійснюється за допомогою протоколу Modbus, інтерфейс RS-232.

LCADA конфігуратором для такої системи є досить простий і одночасно досить універсальний пакет CoDeSys. Даний пакет підтримує усі 5 мов стандарту IEC 61131.

7. Опис програмно-технічних рішень локального рівня ПТКЗА

ПТКЗА локального рівня повинен реалізовувати ПІ-закон регулювання.

До складу системи локального рівня входять:

1. Давачі;

2. Контролер;

3. Виконавчі механізми.

У якості давачів обрано наступні прилади:

1. Температура прямого теплоносія мережі опалення (130°С) - ТСМ-9203 (поз.10а);

2. Тиск прямого теплоносія мережі опалення до насосної групи (500 кПа) - "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.4а);

3. Тиск прямого теплоносія мережі опалення після насосної групи (500 кПа) - "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.11а);

4. Тиск холодної води у мережі ХВП (400 кПа) - "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.3а);

5. Тиск гарячої води на виході мережі ГВП (400 кПа) - "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.9а);

6. Витрата прямого теплоносія (6,92 м3/год) - "Днепр" 02.101.1 (поз.2а,2б);

7. Витрата холодної води на ХВП (8,45м3/год) - "Днепр" 02.101.1 (поз.8а,8б);

8. Витрата гарячої води у мережі ГВП (6,0 м3/год) - "Днепр" 02.101.1 (поз.7а,7б);

9. Температура зворотного теплоносія мережі опалення (70°С) - ТСМ-9203 (поз.5а);

10. Температура гарячої води на вході у мережу ГВП (60°С) - ТСМ-9203 (поз.6а);

11. Тиск зворотного теплоносія мережі опалення (355 кПа) - "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.1а);

12. Положення ВМ (електроприводу) на клапані подачі прямого теплоносія мережі опалення (поз.5в);

13. Положення ВМ (електроприводу) на клапані подачі гріючого теплоносія до теплообмінника мережі ГВП (поз.6в).

Контролер - ОВЕН ПЛК 160-220.А-L.

Виконавчі механізми:

1. Електропривод плавного регулювання для сідельного клапана - BELIMO NV-24-MFT (поз.5в);

2. Електропривод плавного регулювання для сідельного клапана - BELIMO NV-24-MFT (поз.6в);

3. Перетворювач частоти - DELTA VFD 004 L 21 A (поз.4в,4г).

Давачі ,що встановлені на об'єкті, перетворюють параметри процесу на електричний уніфікований сигнал, який потрапляє в аналого-цифровий перетворювач, що знаходиться в контролері. АЦП перетворює аналоговий сигнал в цифровий, що слугує для обробки сигналу за певним законом і формування керуючого впливу.

Сигнал по температурі зворотного теплоносія вводиться у контролер з термоперетворювача ТСМ-9203 (поз.5а) через модуль аналогового вводу. За цим сигналом за допомогою алгоритму визначається величина необхідного сигналу керування. Сформований контролером сигнал потрапляє на цифро-аналоговий перетворювач контролера для перетворення з цифрового в аналоговий. Отриманий аналоговий сигнал надходить до виконавчого механізму і обертає вихідний вал в необхідну сторону, змінюючи цим самим положення регулюючого органу, що впливає на подачу прямого теплоносія.

Сигнал по температурі води у мережі ГВП вводиться у контролер з термоперетворювача ТСМ-9203 (поз.6а) через модуль аналогового вводу. За цим сигналом за допомогою алгоритму визначається величина необхідного сигналу керування. Сформований контролером сигнал потрапляє на цифро-аналоговий перетворювач контролера для перетворення з цифрового в аналоговий. Отриманий аналоговий сигнал надходить до виконавчого механізму і обертає вихідний вал в необхідну сторону, змінюючи цим самим положення регулюючого органу, що впливає на подачу гріючого теплоносія у теплообмінник мережі ГВП.

Сигнал по тиску прямого теплоносія мережі опалення до насосної групи вводиться у контролер з датчика "Сафір" 2150-02-0.25-630кПа (поз.4а) через модуль аналогового вводу. За цим сигналом за допомогою алгоритму визначається величина необхідного сигналу керування. Сформований контролером сигнал потрапляє на цифро-аналоговий перетворювач контролера для перетворення з цифрового в аналоговий. Отриманий аналоговий сигнал надходить до перетворювача частоти, який у відповідності до сигналу змінює частоту живлення циркуляційного насосу мережі опалення.

Програмне забезпечення локального рівня ПТКЗА розроблено в середовищі CoDeSys. Мови програмування згідно стандарту ІЕС 61131-3.

Програма реалізує ПІ-закон регулювання температури зворотного теплоносія мережі опалення, температури води у мережі ГВП і П-закон регулювання тиску у мережі опалення. Програма призначена для обчислення на основі вхідної інформації за ПІ-законом регулювання необхідної керуючої дії, яка буде представляти вихідну інформацію програми, а також для збору технологічної інформації та сигналізації перевищення вхідними параметрами допустимих значень.

Інформаційні сигнали в даній системі з датчиків вводяться на контролер і далі передаються за протоколом Modbus на робочу станцію оператора.

8. Опис програмно-технічних рішень супервізорного рівня ПТКЗА

Супервізорний рівень ПТКЗА індивідуального теплопункту включає в себе, перш за все, станцію управління, що являє собою автоматизоване робоче місце (АРМ) диспетчера чи оператора. Тут же розміщується як правило і сервер БД.

Як робочі станції як правило використовуються IBM PC сумісні комп'ютери різних конфігурацій.

Станції управління призначені для відображення ходу технологічного процесу (ТП) і оперативного управління ним. До функцій SCADA-системи також належить ведення архівів, баз даних, звітів подій і тривог і передача інформації на рівень АСУ П. Загалом SCADA-система реалізує так званий людино-машинний інтерфейс (HMI/MMI)

Наведені вище задачі вирішуються за допомогою спеціальних SCADA-пакетів.

Таблиця 8.1 Порівняльна характеристика SCADA-систем

Назва	Склад	Механізми обміну, веб-сервер, БД	Масштабо-ваність	Мови Скрипти	Драй-вери	ОС	Ціна
InTouch	InTouch Development, InTouch Runtime, InTouch Read-Only	OPC, DDE MS SQL Server 2000/2005 або MSDE 2000	від 1 до 1 млн. вв.-вив.	Багатомов-на підтримка Сценарії QuickScripts	багатий вибір серверів вводу-виводу для бага-тьох приладів контро-лю	Microsoft Windows XP	2000$
Master SCADA	Середовище розробки, виконання, модулі звязку з БД	OPC, OLE, DCOM, ActiveX, OLE DB, ODBC інтернет-клієнт MS SQL, Oracle, InterBase,Sybase,MySQL, MS Access	необмеже-но	російська, англійська Підтримка фукцій та формул для розрахунків, близько 150 фукнціона-льних блоків	Adam, MFC, TCM52, Teconic, TCM410, Wincon	Microsoft Windows NT/2000/XP	1195$
Trace Mode	Система програмуван-ня контролерів, система розробки розподіленої АСУТП	OPC ODBC	до 64000 точок	Багатомов-на підтримка Алгоритми керування на мовах стандарту IEC 61131-3	2407 при-строїв, CAN, Profibus, ModBus…	Microsoft Windows XP	400$

В якості SCADA-системи оберемо систему InTouch. SCADA система InTouch - потужний людино-машинний інтерфейс (HMI) для промислової автоматизації, управління технологічними процесами і диспетчерського контролю, активно застосовується для створення DCS (розподілених систем управління) і інших АСУ. Це десяте покоління лідируючого в промисловості програмного забезпечення типу HMI від компанії Wonderware.

Властивості і переваги Wonderware InTouch:

1. Пропонує розширений набір готових об'єктів, які дозволяють розробнику створювати складні екрани операторського інтерфейсу швидко і легко;

2. Має потужну мову сценаріїв;

3. Технологія SmartSymbols яка представляє широкі можливості для створення, розгортання і модифікації графічних елементів у рамках всього додатку;

4. InTouch дозволяє користувачам зв'язатися з фактично будь-яким промисловим пристроєм контролю автоматизації, надаючи сервери вводу-виводу та OPC, призначені для підключення до продуктів Wonderware. Відділ інтеграції пристроїв, разом з більш ніж 100 сторонніми розробниками, пропонує великий вибір серверів вводу-виводу для найбільш популярних пристроїв контролю, включаючи ПЛК провідних світових виробників. Всі сервери Wonderware підтримують комунікації по протоколу Microsoft DDE, також як і за протоколом фірми Wonderware - SuiteLink ™ або OPC технології. InTouch HMI і всі інші продукти від Wonderware можуть бути OPC клієнтом для роботи з будь-яким з OPC серверів.

5. Висока швидкість роботи динамічно регулює швидкість опитування вхідних сигналів (опитування відбувається тільки при зміні значення контрольованого параметра).

6. Архітектура клієнт-сервер для ефективної роботи в мережі. База даних ведеться тільки на сервері, немає необхідності копіювати її на клієнтські станції. Відкритість - можна додавати і використовувати готові компоненти інших фірм унаслідок підтримки технологій ActiveX і OPC

7. Велике число готових серверів вводу-виводу - понад 600.

8. Можливість створення бібліотек алгоритмів.

9. Справжня багатозадачність функціонування (багатопотокове виконання користувальницьких алгоритмів).

10. Можливість роботи з більш ніж 120000 сигналів і параметрів (тегів).

11. Автоматичний контроль якості сигналів, що надходять з датчиків і контролерів.

Розробка ПЗ супервізорного рівня велась в середовищі Wonderware InTouch 10.1. Реалізація зв'язку між локальним та супервізорним рівнем реалізується за допомогою протоколів серії ОРС.

ПЗ супервізорного рівня надає можливість отримувати інформацію про хід ТП та здійснювати оперативне управління. Також є можливість генерації звітів подій, тривог, баз даних та архівів.

ПЗ верхнього рівня використовує інформацію про ТП з контролера, що надходить від датчиків. Обмін інформацією між робочою станцією, де розташоване програмне забезпечення верхнього рівня, та інформацією контролера відбувається через канал інтерфейсного звязку.

Для того щоб SCADA-програма мала змогу зчитувати інформацію з контролера та записувати інформацію необхідно попередньо запрограмувати функціональні блоки в контролері, тобто дати кожному параметру кожного блока свій власний ідентифікатор. Для цього в програмі користувача контролера кожному функціональному блоку привласнюється номер, тип блока, базова адреса параметрів та модифікатор кількості входів.

В редакторі представлення даних розробляється графічна частина проекту системи управління. Вона складається з графічних баз операторських станцій. Операторський інтерфейс повинен включати сам вигляд ТП з наглядними значеннями параметрів, щит оператора та тривог.

На кожному екрані є кнопки, призначені для переходу між екранами. Усі параметри відображуються у вигляді динамічного тексту або як показання приладу. Для відображення відповідних об'єктів усі графічні елементи необхідно зв'язати з відповідними каналами. Для зміни певних величин передбачено кнопки, натисканням на які встановлюється необхідне значення, яке потім посилається у певний канал.

9. Розрахунок надійності реалізації функцій ПТКЗА

Вимоги до надійності реалізації функцій ПТКЗА

Розрахунок надійності АСР полягає в розрахунку надійності реалізації інформаційної, керуючої та захисної функції. Задачею розрахунку є порівняння розрахованого показника надійності із заданим. Якщо розрахований показник надійності менший від заданого, треба зарезервувати найменш надійні елементи АСР.

Показником надійності інформаційної функції являється середнє напрацювання на відмову Тсер, або ймовірність безвідмовної роботи Рб. Така умова являється достатньо жорсткою, так як при відмові інформаційної функції інформація безповоротно втрачається та при відновленні працездатності функції не може бути відновлена.

Більш жорсткі вимоги пред'являються до керуючої функції, тому її надійність характеризується Тсер, середнім часом відновлення Тв та ймовірністю безвідмовної роботи за час з урахуванням відновлення відмовляючої функції Рс(ф).

Рис. 9.1. Структурні схеми надійності реалізації функцій АСР температури зворотного теплоносія в мережі опалення та АСР температури гарячої води у мережі ГВП



Рис. 9.2. Структурні схеми надійності реалізації функцій АСР тиску у мережі опалення

Рівень надійності виконання функцій АСР повинен відповідати наступним вимогам:

Середнє напрацювання на відмову для усіх функцій Тсер?1000 год;

Середній час відновлення для керуючої функції Тв?2 год;

Коефіцієнт готовності для захисної функції Кгот ?0,998

Кожний елемент структурної схеми надійності характеризується інтенсивністю відмов або середнім часом напрацювання на відмову . Ці значення приведені в таблиці 9.1

Таблиця 9.1 Надійність елементів

Елемент	Гарантійний термін служби, років	·10-6, 1/год
ТСМ-9203 (100М)	3	38
Сафір 2150-02-0,25-630 кПа	3	38
Деталі кріплення монтажу (ДКМ)	10	11.4
Модуль аналогового вводу ОВЕН МВА8	5	22,8
Контролер ОВЕН ПЛК 160-220.A-L	5	11.4
Виконавчий механізм BELIMO NV-24-MFT	10	11.4
Виконавчий механізм Delta VFD 004 L 21 A	1,5	76
Робоча станція	3	38
Сигнальне обладнання	3	38

Розрахуємо загальну інтенсивність відмов, середній час напрацювання на відмову та ймовірність безвідмовної роботи для кожної функції АСР за формулами (9.1) та (9.2).

(9.1)

де n - кількість елементів у структурній схемі надійності;

i - інтенсивність відмов для i-го елементу схеми;

- загальна інтенсивність відмов.

(9.2)

де Tсер - середнє напрацювання на відмову для схеми.

Розрахунок надійності функцій ПТКЗА для контурів управління АСР температури зворотного теплоносія в мережі опалення та АСР температури гарячої води у мережі ГВП

Так як два контури управління: АСР температури зворотного теплоносія в мережі опалення та АСР температури гарячої води у мережі ГВП мають однаковий набір елементів, то проведені нижче розрахунки справедливі для обох контурів управління.

Розрахунок інформаційної функції

Для інформаційної функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову:

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи по формулі:

(9.3)

де P - ймовірність безвідмовної роботи за час .

Приймаємо: = 720 годин (1 місяць):

Розрахунок керуючої функції

Для керуючої функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову:

Ймовірність безвідмовної роботи:

Розраховуємо ймовірність відновлення працездатності, задавши середній час встановлення працездатності та допустимий час функціонування об'єкту при невиконанні керуючої функції :

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи з урахуванням відновлення відмовляючої функції:



Розрахунок захисної функції

Для захисної функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову:

Ймовірність безвідмовної роботи:

Розраховуємо ймовірність відновлення працездатності, задавши середній час встановлення працездатності та допустимий час функціонування об'єкту при невиконанні керуючої функції :

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи з урахуванням відновлення відмовляючої функції:

Найбільш жорстокі вимоги висуваються до захисних функцій. Тому надійність виконання такої функції характеризується коефіцієнтом готовності, який розраховується за формулою 8.4.

(8.4)

Для захисної функції розраховується імовірність безвідмовної роботи при виконанні очікуваної задачі за формулою 8.5.

(8.5)

Оскільки Кгот = 0,9999 > Кготтабл = 0,998, а також Тсер по кожній функції більше, ніж задане 1000 год., то розрахунки припиняємо. Показники надійності, розраховані вище, задовольняють вимогам, більш того, має місце значний запас надійності реалізації функцій.

Розрахунок, що був проведений вище, показав, що отримані показники надійності для всіх розглянутих функцій не виходять за припустимі межі. Таким чином, інформаційна та керуюча відповідають вимогам надійності, та з визначеною імовірністю можуть працювати безвідмовно.

Розрахунок надійності функцій ПТКЗА для контуру управління АСР тиску у мережі опалення

Проведемо розрахунок надійності функцій ПТКЗА для контуру АСР тиску у мережі опалення.

Розрахунок інформаційної функції

Для інформаційної функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову:

Розрахуємо ймовірність безвідмовної роботи по формулі (8.3).

Приймаємо: = 720 годин (1 місяць):

Розрахунок керуючої функції

Для керуючої функції розрахуємо середнє напрацювання на відмову: