WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Разработка мобильного модуля для исследования динамики и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированныхатизированных систем

На правах рукописи

Морозов Роман Борисович

Разработка мобильного модуля для исследования динамики и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированныхатизированных систем

Специальность 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена на кафедре Управления и информатики Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор

Колосов Олег Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор

Романов Михаил Петрович

кандидат технических наук

доцент

Зверьков Владимир Петрович

Ведущая организация: ЗАО “АтлантикТрансгазСистема”

Защита состоится 22 октября 2010 г. в 16 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.16 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, ауд. Г-306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы в двух экземлярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет
МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан “ ” _________________ 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.16

кандидат технических наук

доцент С.А. Чернов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Диссертационная работа посвящена разработке мобильного модуля для исследования динамки и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированных систем.

Актуальность работы. Современная автоматизированная распределенная система диспетчерского контроля и управления (SCADA-система) – это комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Несмотря на то, что техническая реализация SCADA-системы может осуществляться различными техническими средствами, общие принципы ее построения сохраняются неизменными. Подобные системы программируются и реализуются под конкретные объекты и в большинстве случаев не позволяют обслуживающему персоналу проводить сложные отладочные работы. В то же самое время, разработчики подобных распределенных систем сталкиваются с проблемами выбора, отладки и внедрения алгоритмов регулирования локальных систем автоматики сложных объектов в промышленную эксплуатацию. Часто объекты, для которых разрабатываются SCADA-системы, хотя и предназначены для решения одних и тех же задач, однако реализованы в различные годы и имеют в своем составе разнотипное оборудование. Характерным примером служат городские системы контроля и управления отоплением и горячим водоснабжением. Центральные тепловые пункты (ЦТП) в одном и том же районе могут иметь различное основное технологическое оборудование (теплообменники, насосы, датчики и т.д.) и поэтому требуют настройки регуляторов систем автоматического управления (САУ) под конкретные динамические характеристики оборудования, входящего в контур управления. Аналогичные задачи возникают и в уже действующих системах, когда производится частичная модернизация или замена технологического оборудования.

Для сложного объекта решение задачи выбора наиболее эффективного, с точки зрения поставленного критерия, алгоритма локального регулирования часто не является возможным путем использования действующей системы автоматического управления, т.к. на неё, как правило, возложено множество иных, дополнительных функций, не связанных напрямую с регулированием данного параметра.

В ходе апробации и внедрения выбранного алгоритма регулирования в опытную промышленную эксплуатацию, проведение экспериментов на действующей САУ может нарушить ее работу и, в некоторых случаях, даже повлечь за собой возникновение аварийных ситуаций.

В связи с этим актуальной задачей является создание мобильного модуля, представляющего собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий, не нарушая работы подсистем действующей САУ и без вывода САУ в режим обслуживания, повысить эффективность работы существующих алгоритмов регулирования или апробировать новые алгоритмы регулирования в отдельно взятых контурах САУ.

На данный момент на рынке существует множество видов как аналоговых, так и цифровых регуляторов, позволяющих взять на себя управление одним или несколькими контурами САУ. Обычно такие устройства либо используют различные алгоритмы самонастройки для определения параметров регулятора, либо предлагают ввод этих параметров в ручном режиме. Однако, как правило, функциональности таких устройств недостаточно для осуществления сравнительного анализа различных алгоритмов регулирования и оценки качества регулирования. Между тем, оценка качества регулирования, в особенности на объектах с большими постоянными времени (например, тепловые объекты), является трудоемкой задачей.

Цель диссертационной работы – разработка с общих позиций структуры и конкретная реализация мобильного программно-аппаратного модуля для исследования и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в объектах с большими постоянными времени на примере системы регулирования тепературы горячего водоснабжения (ГВС) на центральных тепловых пунктах (ЦТП). Модуль должен относительно просто интегрироваться с одним или несколькими контурами действующей САУ, иметь удобные средства для локального и удаленного сбора больших объемов статистической информации с целью сравнительного анализа различных алгоритмов регулирования, интерфейсы для наглядного отображения в реальном времени значений дискретных и аналоговых параметров режима. Также должны быть предусмотрены средства, позволяющие как локально, так и удаленно изменять параметры алгоритма регулирования в реальном времени и, при необходимости, проводить активные и пассивные эксперименты на объекте управления с целью получения новых знаний об элементах системы.

Задачи исследования:

  1. Анализ существующих подходов к реализации многоуровневых распределенных автоматизированных систем, имеющих уровни локальных систем автоматики, и выработка требований и основных принципов построения мобильного модуля для исследования и настройки систем локальной автоматики.
  2. Исследование эффективности алгоритма регулирования с точки зрения частоты переключений исполнительных механизмов при сохранении требуемой точности системы и качества функционирования локальной системы на примере существующей системы горячего водоснабжения ЦТП с реализованным на базе контроллера MOSCAD алгоритмом ПИД регулирования.
  3. Исследование влияния особенностей численного дифференцирования на динамику систем с ПИД-регулятором.
  4. Исследование основных элементов системы регулирования температуры ГВС на ЦТП (проведение параметрической и структурной идентификации).

Научная новизна:

  1. Разработаны принципы структурного построения мобильного модуля и реализован такой модуль для проведения исследований динамики систем и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированных систем, не нарушая при этом функционирования других контуров системы и работы САУ в целом.
  2. С использованием разработанного мобильного модуля показана возможность теоретического анализа и экспериментальных исследований функционирования как элементов локальной системы (на примере системы ГВС) так и всей системы в штатном режиме с целью улучшения ее технико-экономических и эксплуатационных характеристик.
  3. Предложен метод расчета параметров дифференциальной составляющей в цифровом алгоритме ПИД-регулирования, повышающий качество регулирования в системах с ПИД-регулятором.

На защиту выносятся:

  1. Принципы структурного построения мобильного модуля для проведения исследований динамики систем и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированных систем, не нарушая при этом функционирования других контуров системы и работы САУ в целом.
  2. Метод расчета параметров дифференциальной составляющей в цифровом алгоритме ПИД-регулирования, повышающий качество регулирования в системах с ПИД-регулятором.
  3. Результаты исследования, проведенного на имитационной модели системы регулирования температуры ГВС на ЦТП.
  4. Результаты по идентификации основных элементов системы и повышению эффективности алгоритма регулирования температуры ГВС на ЦТП, полученные при помощи разработанного программно-аппаратного комплекса средств.

Практическая значимость:

  1. Разработана имитационная модель системы регулирования температуры ГВС на ЦТП, предоставляющая обслуживающему персоналу удобные средства для поиска наиболее эффективных с точки зрения поставленных критериев алгоритмов регулирования.
  2. Спроектирован и сконструирован мобильный модуль на базе контроллера MOSCAD, представляющий собой аппаратно-программный комплекс средств для апробирования и внедрения алгоритмов регулирования локальных систем с целью улучшения их технико-экономических и эксплуатационных характеристик.
  3. Разработаны средства программного обеспечения (ПО) на базе контроллера MOSCAD, позволяющие:

- как локально, так и удаленно производить сбор больших объемов статистической информации с целью сравнительного анализа различных алгоритмов регулирования;

- взаимодействовать с интерфейсами наглядного отображения в реальном времени значений дискретных и аналоговых параметров режима;

- удобно проводить активные и пассивные эксперименты на объекте управления с целью получения новых знаний об элементах системы.

Публикации. По результатам работы имеется 4 публикации. В том числе одна в журнале, входящем в перечень ВАК.

Апробация работы. Результаты работы обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

  1. XV международный научно-технический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Сентябрь, 2006 г., Алушта.
  2. Тринадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. 1-2 марта 2007 г.
  3. XVI международный научно-технический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Сентябрь, 2007 г., Алушта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, списка литературы из 81 наименования и приложения, изложенных на 168 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 13 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

Во введении приводится актуальность темы, рассматриваются предпосылки для проведения исследований, приводится научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации приводится краткий обзор современных распределенных систем (SCADA-систем) на локальных и территориально распределенных объектах, далее подробно рассматривается SCADA-система на базе контроллеров MOSCAD, достаточно широко применяемая для автоматизации ЦТП. Затем, в качестве примера, проводится исследование эффективности алгоритма регулирования температуры в контуре горячего водоснабжения.

SCADA-система управления ЦТП представляет собой территориально распределенную систему, которая функционирует по следующему принципу. На каждом из автоматизируемых ЦТП, входящих в описываемую SCADA-систему, установлен шкаф автоматики САТ ЦТП, который обеспечивает как локальное, так и удаленное управление объектом, а также передачу данных в центральные диспетчерские пункты по радио-каналам и GSM-каналам.

К основным функциям САУ ЦТП относится решение следующих задач:

  • управление группами насосов холодного водоснабжения, горячего водоснабжения и отопления, а также подпиточными насосами;
  • регулирование температуры воды горячего водоснабжения (ГВС) и температуры воды центрального отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;
  • контроль состояния оборудования: включение, отключение, неисправность;
  • измерение параметров: температур, давлений, расхода воды, тепла и электроэнергии;
  • контроль несанкционированного проникновения на ЦТП;
  • передача информации в центральный диспетчерский пункт.

Система регулирования температуры ГВС является одной из подсистем системы автоматизированного управления ЦТП. Основными составляющими системы ГВС являются трубопроводы сетевой воды, трубопроводы к потребителю и от потребителя, теплообменник, исполнительные механизмы, управляемый клапан, система датчиков, приводный механизм и регулятор. Функциональная схема системы представлена на Рис. 1.

Рис. 1 Функциональная схема системы регулирования температуры ГВС на ЦТП

Регулируемым параметром в системе является температура прямой воды, поступающей к потребителю (T). Температура прямой воды в системе должна поддерживаться постоянной в условиях действия возмущения, причиной которого является непостоянный расход горячей воды на стороне потребителей и, вследствие чего, повысительный насос производит докачку в контур ГВС не нагретой воды, нормализуя давление в контуре. Также среди факторов, влияющих на температуру прямой воды, можно выделить непостоянство температуры и давления горячей сетевой воды, поступающей с теплостанции.

Регулирование температуры в системе ГВС происходит по следующей схеме. Датчик температуры, представляющий собой термосопротивление, измеряет температуру прямой воды T, поступающей к потребителю. Сигнал с датчика поступает в регулятор, и, в зависимости от измеренной температуры и уставки T*, регулятором вырабатывается управляющее воздействие, которое преобразуется широтно-импульсным модулятором в импульс на открытие или закрытие клапана. Управление приводным механизмом клапана, регулирующего подачу горячей сетевой воды с теплостанции, осуществляется с помощью исполнительных реле.

Срок безотказной службы регулирующей аппаратуры существенно уменьшается из-за чрезмерно частого срабатывания реле под действием возмущений, причиной которых является случайный характер потребления горячей воды.

В контуре управления температурой ГВС на ЦТП в качестве алгоритма регулирования используется широко распространенный классический цифровой алгоритм ПИД-регулирования:

(1)

Однако работа существующего алгоритма регулирования не является эффективной с точки зрения минимизации частоты переключений исполнительных механизмов при обеспечении требуемого качества поддержания температуры теплоносителя, следствием чего является преждевременный износ регулирующей аппаратуры.

В ходе экспериментов по параметрической настройке существующего алгоритма регулирования температуры на различных объектах не удалось существенно сократить частоту переключений исполнительных механизмов при обеспечении требуемого качества поддержания температуры теплоносителя.

Было показано, что рассматриваемая SCADA-система управления ЦТП не обладает необходимыми для поиска более эффективного алгоритма регулирования средствами. Во-первых, нет средств и методов для получения и обработки данных для сравнения эффективности различных алгоритмов регулирования. Во-вторых, нет возможности, не нарушая работы других подсистем SCADA-системы, проводить активные эксперименты, необходимые для оценки эффективности того или иного алгоритма регулирования. Также при проведении таких экспериментов существует риск возникновения аварийных ситуаций. Помимо этого, отсутствуют удобные средства для идентификации элементов системы с целью дальнейшего поиска более эффективного алгоритма управления.

Для решения задачи повышения эффективности регулирования было предложено спроектировать аппаратно-программный комплекс средств, который обеспечил бы всю вышеописанную необходимую функциональность, не реализованную в функционирующей САУ.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию влияния алгоритмов численного дифференцирования, построенных на основе различных интерполяционных полиномов, на динамику систем с ПИД-регулятором.

Показано, что с точки зрения расчета оценки производной в режиме реального времени наиболее интересными являются оценки производной, полученные на основе интерполяционного полинома Ньютона, т.к. при расчете оценки производной на основе интерполяционного полинома Ньютона используются только значения, предшествующие моменту времени, для которого ведется расчет оценки производной:

(2)

Далее проводится анализ частотных характеристик алгоритмов численного дифференцирования, полученных на основе интерполяционного полинома Ньютона при учете различного количества первых слагаемых (Рис. 2), при этом оцениваются точность дифференцирования в полосе пропускания, и устанавливается влияние интервала дискретизации на точность оценки производной.

Рис. 2 Амплитудно-частотные L() и фазочастотные () характеристики алгоритмов численного дифференцирования с использованием одного, двух и трех первых слагаемых производной интерполяционного полинома Ньютона (кривые 2, 3 и 4 соответственно) для интервала дискретизации t=0.1c и ЛАЧХ и ФЧХ идеального дифференцирующего звена (кривая 1).

Для проведения исследований по оценке влияния алгоритмов численного дифференцирования на качество регулирования в системе ГВС на ЦТП в пакете Simulink Matlab были реализованы модели системы (Рис. 3). В ходе исследований было показано, что выбор интерполяционного полинома для численного расчета производной, интервала дискретизации между отсчетами производной и количества первых слагаемых интерполяционного полинома, используемых для расчета производной, могут повысить эффективность (с точки зрения минимизации переключений регулирующей аппаратуры при сохранении требуемого качества регулирования) используемого алгоритма регулирования.

Рис. 3 Модель системы регулирования температуры ГВС с ПИД-регулятором, реализующим численный расчет производной составляющей на основе первых трех слагаемых интерполяционного полинома Ньютона

В третьей главе обосновывается необходимость создания мобильного модуля, предлагаются принципы структурного построения модуля. Далее модуль проектируется и конструируется, рассматривается программный и аппаратный его состав, а также схема его интеграции с действующей САУ. В результате проведенного анализа были предложены следующие принципы структурного построения мобильного модуля для проведения исследований динамики систем и отладки алгоритмов регулирования систем локальной автоматики в составе современных распределенных автоматизированных систем. Мобильный модуль должен иметь в своем составе следующие функциональные блоки:

  1. Блок, обеспечивающий информационную, программную и аппаратную независимость модуля от не исследуемых подсистем, входящих в САУ объекта;
  2. Блок, предоставляющий возможность простой интеграции модуля с одним или несколькими исследуемыми контурами объекта управления;
  3. Блок, предусматривающий накопление больших объемов статистической информации с целью идентификации элементов системы и сравнения эффективности функционирования различных алгоритмов регулирования;
  4. Блок, предоставляющий возможность проведения как пассивных, так и активных экспериментов на объекте управления с целью получения новых знаний об элементах системы;
  5. Блок, обеспечивающий как локальное, так и удаленное управление функциями модуля.

Разработанный модуль приведен на Рис. 4.

Рис. 4 Аппаратный состав модуля

В состав модуля входят корпус, объединяющий все компоненты модуля в единый конструктив (10), блок центрального процессора MOSCAD-L (2), GSM-модем (не изображен на рисунке), блоки питания разных типов (6), ЖК-панель (1) для наглядного отображения и ввода различных данных, розетка 220В (9). Для сопряжения ЦПУ с датчиками и исполнительными механизмами объекта управления используются платы на 16 аналоговых входов (4), 32 дискретных входа (3), 32 дискретных выхода (3), преобразователи термосопротивления (7) и блок силовых исполнительных реле (5) на 8 дискретных выходов.

Корпус небольших размеров и небольшой вес делает модуль мобильным и удобным для транспортировки.

Модуль CPU обеспечивает средства для сохранения истории контролируемых параметров и накопления статистики по работе алгоритмов, средства для изменения алгоритма регулирования или параметров алгоритма без перепрограммирования контроллера, средства, позволяющие при некорректной работе тестируемого алгоритма быстро перевести систему в режим ручного управления, избежав возникновения аварийных ситуаций.

GSM-модем позволяет осуществлять удалённое управление всеми функциями модуля и даёт возможность удалённого доступа к базе данных контроллера.

Панель оператора предоставляет средства для наглядного отображения текущих значений параметров режима и возможности для проведения активных экспериментов на объекте управления.

Модули ввода/вывода различных типов предоставляют возможность простой интеграции модуля к действующей САУ, обеспечивая при этом информационную, программную и аппаратную независимость модуля от не исследуемых подсистем, входящих в САУ.

В состав дополнительного модуля входят 4 основные программные компоненты оригинальной разработки:

  1. Драйвер протокола Modbus (реализует Master и Slave протокола Modbus для взаимодействия модуля центрального процессора с панелью оператора и аналоговыми и дискретными платами ввода/вывода);
  2. Программа панели оператора, обеспечивающая доступ ко всем необходимым параметрам в базе данных контроллера и дающая возможность проводить активные и пассивные эксперименты на исследуемом контуре САУ;
  3. Программа контроллера на языке лестничных диаграмм (реализует логику основного алгоритма, осуществляет вызов функций из с-программы);
  4. Программа на языке программирования C (реализует сложные математические вычисления в алгоритме регулирования, таймеры, управление платами ввода/вывода и др.).

Спроектированный и сконструированный модуль, после его интеграции в контур регулирования температуры ГВС на ЦТП, предоставил все необходимые средства для идентификации элементов системы с целью последующего создания имитационной модели системы и выбора наиболее эффективного с точки зрения поставленного критерия алгоритма регулирования.

Модуль также обеспечил удобство апробирования и внедрения алгоритмов регулирования, предоставил возможность удобного сбора всей необходимой статистической информации для сравнительного анализа работы алгоритмов и качества регулирования.

Также модуль минимизировал риск возникновения аварийных ситуаций на объекте во время апробации различных алгоритмов регулирования, т.к. модуль, интегрированный в контур регулирования температуры ГВС на ЦТП, является независимым от действующего шкафа САТ ЦТП, реализующего управление объектом.

В четвертой главе описывается методика и непосредственно проводится структурная и параметрическая идентификация основных элементов системы регулирования температуры ГВС на ЦТП (теплообменника, управляемого клапана, возмущения, причиной которого является случайное потребление горячей воды) посредством дополнительного модуля с целью создания точной имитационной модели системы.

Было показано, что теплообменник в случае, если входным сигналом является уставка температуры, а выходным сигналом является температура прямой воды к потребителю, может быть представлен в виде двух последовательно соединенных инерционных звеньев или звена запаздывания, последовательно соединенного с инерционным звеном (Рис. 5).

Рис. 5 Переходный процесс, полученный на реальном объекте, и процессы, полученные с помощью разностных уравнений при представлении теплообменника в виде двух последовательно соединенных инерционных звеньев, а также последовательного соединения звена запаздывания и инерционного звена

Также было установлено, что зависимость температуры прямой воды от процента открытия управляемого клапана имеет нелинейный характер (Рис. 6), однако в окрестностях рабочего режима может быть с достаточной точностью аппроксимирована линейной зависимостью.

Рис. 6 Зависимость температуры прямой воды от процента открытия управляемого клапана

Также был предложен и обоснован метод, позволяющий проводить моделирование случайного потребления горячей воды путем аддитивного сложения сигнала температуры прямой воды и случайного сигнала с такими свойствами, что поведение результирующего сигнала будет идентично изменениям температуры прямой воды на реальном объекте при выключенном регуляторе. Эксперименты показали, что математически сигнал с близкими к реальному объекту характеристиками может быть получен при использовании случайного сигнала типа белый шум, пропущенного через два инерционных звена.

В пятой главе обосновывается необходимость создания имитационной модели системы регулирования температуры ГВС на ЦТП, а затем описываются результаты экспериментов, на основе которых выбирается наиболее эффективный с точки зрения минимизации частоты срабатываний исполнительных механизмов при сохранении требуемого качества регулирования алгоритм. Также приводятся рекомендации по первичной параметрической настройке регулятора, учитывающие результаты идентификации элементов системы и требования к качеству регулирования.

Моделирование системы регулирования температуры ГВС позволило сделать общие выводы о влиянии методов численного расчета производной сигнала на качество переходных процессов, точность и помехоустойчивость систем с ПИД регулятором. Однако настройка коэффициентов ПИД-регулятора для конкретного ЦТП в пакете МatLab является трудоемкой процедурой и будет требовать от персонала, осуществляющего настройку регулятора, соответствующих знаний и навыков по программному продукту. К тому же, потребуется внедрить модифицированный алгоритм регулирования температуры ГВС более, чем на 150-ти объектах. Так как параметры теплообменников на различных ЦТП могут различаться (это доказывают результаты исследований по идентификации элементов системы), то стало необходимым создание удобного инструмента, который бы дал возможность эффективно произвести параметрическую настройку регулятора для каждой системы. Стоит также принимать во внимание, что настройкой регуляторов могут заниматься люди, не владеющие пакетом моделирования Simulink MatLab.

В связи с вышесказанным, была разработана имитационная модель системы ГВС, позволяющая делать выводы о качестве регулирования в системе при использовании П, ПИ и ПИД регуляторов с различными параметрами настройки и при использовании различных алгоритмов численного дифференцирования. Универсальность модели и возможность её применения для настройки различных систем ГВС достигается за счёт возможности изменения параметров элементов системы, параметров возмущения, имитирующего случайное потребление горячей воды, параметров регулятора.

На Рис. 7 показана для сравнения работа ПД-регуляторов при использовании алгоритма численного расчета производной на основе интерполяционного полинома Ньютона по трем первым отсчетам (зеленым цветом) и классического алгоритма численного расчета производной по двум отсчетам (красным цветом) при действии одного и того же аддитивного возмущения, имитирующего случайное потребление горячей воды.

Рис. 7 Работа ПД-регуляторов с разными методами расчета производной в дифференциальной составляющей

Эксперименты, проведённые на модели системы регулирования температуры ГВС на ЦТП, показали, что для минимизации частоты срабатывания исполнительных механизмов при сохранении требуемой точности системы целесообразно использовать ПД-закон регулирования, причём производную составляющую целесообразно вычислять методом на основе интерполяционного полинома Ньютона по нескольким отсчетам:

(3)

где - величина управляющего воздействия в текущий n-ый дскретный момент времени; - величина рассогласования уставки и регулируемой переменной в соответствующий момент времени;, - коэффициенты усиления соответственно пропорциональной и дифференциальной составляющих алгоритма, - значение контролируемого параметра в n-ый момент времени.

При использовании регулятора такого типа без потери в точности система регулирования становится более помехоустойчивой, число срабатываний исполнительных реле уменьшается примерно на 30% по сравнению с системой, где регулирование ведётся по классическому закону ПИД-регулирования.

В шестой главе приводятся результаты промышленной апробации модифицированного алгоритма регулирования температуры ГВС на ЦТП и сравнивается эффективность его функционирования с аналоговыми регуляторами РС, используемыми на некоторых ЦТП, а также с цифровыми регуляторами на базе контролеров MOSCAD, использующими классический алгоритм ПИД-регулирования.

Промышленная апробация модифицированного алгоритма регулирования и доказательство его эффективности проводились при помощи дополнительного модуля, интегрированного в САУ ЦТП. При этом САУ ЦТП функционировала в штатном режиме без вывода на обслуживание или модернизацию.

Для оценки качества регулирования и частоты срабатываний исполнительных механизмов собранные статистические данные по работе различных алгоритмов регулирования приведены в сводной таблице (Табл. 1). Период сбора данных по каждому алгоритму составил 24 часа. Следует отметить, что для чистоты эксперимента и устранения погрешностей, связанных с различной нагрузкой на систему в различные дни недели, данные по работе всех исследуемых алгоритмов собирались в один и тот же день недели.

Табл. 1 Сводная таблица по статистическим данным алгоритмов регулирования

Алгоритм регулирования Уставка, С Минимальная температура, С Максимальная температура, С Средняя температура, С Общее количество срабатываний реле Среднее количество срабатывании реле за 10 мин.
ПИД-регулирование на базе регулятора РС 56 55 57,1 56,1 3156 43
ПД-регулирование с классическим вычислением производной по двум отсчетам на базе контроллера MOSCAD 56 55 57 56,3 349 5
ПД-регулирование с вычислением производной на основе полинома Ньютона на базе контроллера MOSCAD 56 54, 95 57 56,2 279 4

Из анализа таблицы видно, что аналоговый регулятор РС с ПИД-законом регулирования значительно уступает по качеству регулирования (с точки зрения минимизации частоты срабатывания исполнительных механизмов при сохранении требуемой точности системы) цифровым ПД-регуляторам, построенным на базе контролера MOSCAD. Также из вышеприведенных данных можно сделать вывод, что ПД-регулятор с вычислением производной на основе интерполяционного полинома Ньютона проводит более эффективное (с точки зрения минимизации частоты срабатывания исполнительных механизмов при сохранении требуемой точности системы) регулирование, чем аналогичный регулятор с классическим методом вычисления производной по двум отсчетам. При одинаковой точности регулирования (+/- 1С от уставки) количество срабатываний исполнительных механизмов при использовании ПД-регулятора с вычислением производной на основе интерполяционного полинома Ньютона на 22% меньше, что увеличивает технико-экономические показатели системы.

В приложении приводится описание процедуры запуска имитационной динамической модели системы регулирования температуры ГВС на ЦТП, основных функциональных блоков и параметров модели, а также руководство по использованию имитационной модели

Заключение:

  1. Был проведен анализ функционирования алгоритма регулирования температуры в контуре ГВС ЦТП и выявлены его недостатки. По результатам исследования влияния операций численного дифференцирования на динамику систем с ПИД-регулятором был предложен алгоритм, способный повысить эффективность регулирования температуры ГВС с точки зрения минимизации частоты срабатывания исполнительных механизмов при сохранении требуемого качества регулирования в системе.
  2. Разработан специализированный комплекс программно-аппаратных средств для оперативного исследования и наладки локальных систем управления промышленных объектов. Комплекс позволяет, не нарушая работы действующей на объекте САУ, взять на себя управление одним или несколькими контурами промышленного объекта, на которых требуется апробировать алгоритмы регулирования и на которых есть необходимость проведения дополнительных экспериментов. Комплекс предоставляет удобные средства для идентификации элементов системы и сравнения функционирования различных алгоритмов, сводя к минимуму опасность возникновения аварийных ситуаций на объекте управления.
  3. Был разработан и введен в состав программных средств специализированного комплекса компьютерный имитатор системы, предоставляющий удобные средства для сравнения эффективности различных алгоритмов регулирования и сокращающий время поиска наиболее эффективного алгоритма управления для объектов большой инерционности.
  4. С помощью компьютерного имитатора был отработан эффективный с точки зрения минимизации частоты срабатывания исполнительных механизмов при сохранении требуемого качества регулирования в системе алгоритм регулирования температуры ГВС на ЦТП.
  5. С помощью программно-аппаратного комплекса была проведена апробация выбранного алгоритма регулирования на действующей системе регулирования температуры ГВС на ЦТП. На основе полученных с помощью программно-аппаратного комплекса статистических данных по функционированию различных алгоритмов, произведено сравнение эффективности работы различных алгоритмов регулирования и выбран наиболее эффективный алгоритм с точки зрения поставленного критерия.


Основные положения диссертации достаточно полно представлены в следующих публикациях:

  1. Морозов Р.Б., Колосов О.С. Влияние особенностей реализации алгоритмов численного дифференцирования на динамику систем с ПИД-регулятором. - Труды XV международного научно-технического семинара “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Сентябрь, 2006 г., Алушта. – М.:МИФИ, 2005.
  2. Морозов Р.Б., Колосов О.С. Динамическая модель системы горячего водоснабжения. - Труды тринадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. 1-2 марта 2007 г., в 3-х т. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007г.
  3. Морозов Р.Б., Колосов О.С., Деев Р.В. Гармаш В.Б. Увеличение срока безотказной работы регулирующей аппаратуры системы регулирования температуры воды горячего водоснабжения за счет оптимизации алгоритма регулятора и его коэффициентов. - Труды XVI международного научно-технического семинара “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Сентябрь, 2007 г.
  4. Морозов Р.Б., Колосов О.С., Деев Р.В., Гармаш В.Б. Повышение помехоустойчивости и эффективности алгоритма регулирования температуры горячего водоснабжения на центральных тепловых пунктах. – Новые технологии, “Мехатроника, автоматизация, управление”, 2008, №10


 
Похожие работы:

«АНИКИН Михаил Константинович СИНТЕЗ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫМИ ПОТОКАМИ КОНВЕРТЕРНОГО ПЕРЕДЕЛА Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (металлургия) А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном...»

«Жериков Андрей Валерьевич ПРИМЕНЕНИЕ КВАЗИГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЙ ВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ 05.13.18 – Математические моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2009 Работа выполнена...»

«Попов Александр Валерьевич ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ В УСЛОВИЯХ ВЕТРОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности) по техническим наукам Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2007 Работа выполнена на кафедре Информатики, систем управления и телекоммуникаций Федерального государственного образовательного учреждения высшего...»

«Берёзкин Александр Александрович МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ДЕКОДИРОВАНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫХ КОДОВ НА ОСНОВЕ НЕЙРОСЕТЕВОГО БАЗИСА Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2009г. Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Охорзин...»

«ДАНИЛОВ Михаил Владимирович УДК 550.832 + 622.276 + 517.958:532.546 ПОДГОТОВКА И ВЕРИФИКАЦИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И СОЗДАНИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ БАЗ ДАННЫХ Специальности: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ; 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск – 2008 Работа...»

«Кузьминова Марина Валерьевна МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ НА ГРАФАХ С НЕСТАНДАРТНОЙ ДОСТИЖИМОСТЬЮ. ДИНАМИЧЕСКИЕ ГРАФЫ 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ 05.13.17 – Теоретические основы информатики АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2008 Работа выполнена на кафедре алгебры и дискретной математики факультета математики, механики и компьютерных наук Южного...»

«ГЕОРГИЕВА Эльвира Юрьевна АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ УЧЕТА И БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (металлургия) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Сидько Иван Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ; АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидат технических наук Таганрог – 2008 Работа выполнена в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге на кафедре Радиоприёмных устройств и телевидения НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор...»

«Зайцев Олег Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГРАФОВЫХ МОДЕЛЕЙ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тверь 2009 Работа выполнена в филиале Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске Научный руководитель:...»

«Егорушкин Евгений Олегович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПАРАМЕТРА КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ СПЕКТРОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности) по техническим наукам Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород, 2009 г. Работа выполнена на кафедре Автоматизация машиностроения,...»

«Андреева Ольга Владимировна Совершенствование технологий управления социально-экономическим развитием кластерно-сетевых корпораций Специальность: 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах (экономические науки) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Ростов-на-Дону – 2009 Диссертация выполнена на кафедре Логистика и управление транспортными системами Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС)...»

«Сидиропуло Спартак Георгиевич МАТЕМАТИЧЕСКое МОДЕЛирование ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ЦИМЛЯНСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук г. Ростов-на-Дону 2007 г. Работа выполнена в Южно-Российском региональном центре информатизации Южного федерального университета Научный руководитель: кандидат технических наук, с.н.с. Чикин Алексей Львович...»

«Калачев Василий Юрьевич УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Специальность 05.13.10 – Управление в социальных и экономических системах (экономические науки) 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством: управление инновациями и инвестиционной деятельностью Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Ростов-на-Дону — 2009...»

«Лю Чжао Цзюнь УПРАВЛЕНИ е технологическим процессом высокотемпературной пайки при производстве щелевых антенных решеток 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (связь и информатизация) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2010 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения на кафедре инноватики и управления качеством...»

«САХАРОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТРАФИКА IP-ТЕЛЕФОНИИ 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (технические науки) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2007 Работа выполнена на кафедре Теория цепей и телекоммуникации Нижегородского государственного технического университета Научный руководитель: доктор технических наук профессор Крылов В.В. Официальные оппоненты: доктор...»

«АКПАРОВА АННА ВАЛЕРЬЕВНА МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ НЕСОВЕРШЕННОГО РЫНКА КРЕДИТОВ. 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2006 Работа выполнена на кафедре Системного Анализа факультета Вычислительной Математики и Кибернетики Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова и в Центре развития...»

«Корякин Павел Владимирович Моделирование полупроводникового диода Специальность 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2008 Работа выполнена в Институте математического моделирования РАН Научный руководитель – член-корреспондент РАН Калиткин Н.Н. Официальные оппоненты – доктор...»

«РАБИН Алексей Владимирович ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРТОГОНАЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 200 8 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный...»

«Шингареев Ренат Рифкатович Модели и методики информационного обеспечения в технологии производства антенных обтекателей бортовых радиоэлектронных комплексов Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2008 г. Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«МАЛИНИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ ТЕСТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНЕЧНЫМИ АВТОМАТАМИ Специальность 05.13.01. – Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности) по техническим наукам АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород, 2010 г. Работа выполнена на кафедре Вычислительные системы и технологии Федерального государственного образовательного...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.