Регулятор потока газа

Coзда­ние вы­со­ко­на­деж­но­го тех­но­ло­ги­чес­ко­го обо­ру­до­ва­ния — слож­ная и ак­ту­аль­ная за­да­ча. Со­вре­мен­ное ее ре­ше­ние за­клю­ча­ет­ся во вклю­че­нии в со­став обо­ру­до­ва­ния уп­рав­ля­ю­щей им сис­те­мы и в обес­пе­че­нии ин­тег­ри­ро­ва­ния этой уп­рав­ля­ю­щей сис­те­мы в еди­ную сис­те­му уп­рав­ле­ния це­хом, про­из­вод­ст­вом, пред­при­яти­ем. 

При­ме­ром со­зда­ния тех­но­ло­ги­чес­ко­го обо­ру­до­ва­ния со встро­ен­ной уп­рав­ля­ю­щей сис­те­мой яв­ля­ет­ся раз­ра­бот­ка пол­ноп­ро­ход­но­го ре­гу­ля­то­ра по­то­ка га­за с ус­лов­ным про­хо­дом от 300 до 1200 мм. Схе­ма ре­гу­ля­то­ра при­ве­де­на на рис. 1.

В ка­чес­т­ве ис­пол­ни­тель­но­го ус­трой­ст­ва мо­жет быть ис­поль­зо­ван лю­бой кран, име­ю­щий двух­сто­рон­ний пнев­мо- или гид­роп­ри­вод с бло­ком уп­рав­ле­ния ти­па БУ­ЭП-160/8. На кран ус­та­нав­ли­ва­ют­ся спе­ци­аль­но раз­ра­бо­тан­ный дат­чик уг­ла по­во­ро­та за­тво­ра и об­ще­про­мыш­лен­ные дат­чи­ки дав­ле­ния до и пос­ле кра­на. Ос­нов­ные фун­к­ции уп­рав­ле­ния осу­щес­твля­ют­ся с по­мощью си­ло­во­го бло­ка и уп­рав­ля­ю­ще­го ус­трой­ст­ва.

Для по­во­ро­та за­тво­ра кра­на ис­поль­зу­ет­ся энер­гия при­ро­дно­го га­за. Ра­бо­чим аген­том (энер­го­но­си­те­лем) яв­ля­ет­ся жид­кость (мас­ло с ни­зкой тем­пе­ра­ту­рой за­сты­ва­ния). Си­ло­вой блок, со­сто­я­щий из двух ак­ку­му­ля­то­ров и сис­те­мы кла­па­нов, пре­об­ра­зу­ет энер­гию при­ро­дно­го га­за в энер­гию гид­рав­ли­чес­ко­го но­си­те­ля, а так­же осу­щес­твля­ет бло­ки­ров­ку са­моп­ро­из­воль­но­го вра­ще­ния за­тво­ра.

Си­ло­вой блок уп­рав­ля­ет­ся мик­роп­ро­цес­сор­ным ус­трой­ст­вом, ко­то­рое сле­дит за из­ме­не­ни­ем дав­ле­ния (рас­хо­да) га­за и по спе­ци­аль­но­му ал­го­рит­му про­из­во­дит рас­чет уг­ла, на ко­то­рый нуж­но «до­вер­нуть» за­твор кра­на, что­бы до­стичь за­дан­но­го по­ка­за­те­ля. Уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во под­ает со­от­вет­ству­ю­щие сиг­на­лы на кла­па­ны си­ло­во­го бло­ка, пол­ностью ре­а­ли­зуя ло­ги­ку уп­рав­ле­ния кра­ном и пе­ре­за­ряд­ки ак­ку­му­ля­то­ров си­ло­во­го бло­ка.

Уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во мо­жет ра­бо­тать как са­мос­то­я­тель­но, так и под уп­рав­ле­ни­ем опе­ра­то­ра-тех­но­лога, что поз­во­ля­ет дис­тан­ци­он­но осу­щес­твлять за­да­ние ре­жи­мов и кон­троль за про­цес­сом ре­гу­ли­ро­ва­ния. При этом уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во мо­жет ра­бо­тать в ак­тив­ном ре­жи­ме — не­за­ви­си­мо от ве­ду­ще­го компь­юте­ра — и в пас­сив­ном ре­жи­ме, от­ра­ба­ты­вая пос­ту­па­ю­щие от компь­юте­ра коман­ды.

Уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во, встра­и­ва­е­мое в тех­но­ло­ги­чес­кое обо­ру­до­ва­ние, до­лж­но об­ла­дать вы­со­чай­шей над­еж­ностью, по­э­то­му за ос­но­ву бы­ли вы­бра­ны го­то­вые ком­по­нен­ты MicroPC фир­мы Octagon Systems, удов­лет­во­ря­ю­щие меж­ду­на­род­но­му стан­дар­ту ка­чес­т­ва ISO 9001. Все ком­по­нен­ты име­ют по­ни­жен­ное энер­го­пот­реб­ле­ние, по­э­то­му не тре­бу­ют при­ну­ди­тель­но­го ох­лаж­де­ния, что в со­во­куп­нос­ти с ши­ро­ким тем­пе­ра­тур­ным ра­бо­чим ди­а­па­зо­ном эле­мен­тов обес­пе­чи­ва­ет не­об­хо­ди­мые тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки. Че­ты­рех­то­чеч­ное креп­ле­ние плат под­дер­жи­ва­ет ра­бо­тос­по­соб­ность ус­трой­ст­ва при пе­ре­груз­ке до 5g, при виб­ра­ции и 20g при уда­ре. Блок-схе­ма ус­трой­ст­ва уп­рав­ле­ния по­ка­за­на на рис. 2.

Ис­поль­зо­ва­ние ком­по­нен­тов Micro PC поз­во­ля­ет эк­сплу­а­ти­ро­вать ус­трой­ст­во уп­рав­ле­ния как на от­кры­том воз­ду­хе, так и в по­ме­ще­ни­ях при тем­пе­ра­ту­ре ок­ру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха от -45°С до +60°С, при от­но­си­тель­ной влаж­нос­ти до 98% при 35°С.

Кон­струк­тив­ные ре­ше­ния обес­­пе­чи­ва­ют его эк­сплу­а­та­цию во взры­во­о­пас­ных зо­нах от­кры­тых про­м­пло­ща­док и в по­ме­ще­ни­ях клас­сов В-1а, В-1г (ПУЭ), где воз­мож­но об­ра­зо­ва­ние взры­во­о­пас­ных сме­сей ка­те­го­рий 11А, 11В групп Е1-Т3 со­глас­но ГОСТ 12.1.011-78. 

Вид взры­во­за­щи­­ты — взры­во­неп­ро­ни­ца­е­мая обо­лоч­ка по ГОСТ 22782.6-81. Вы­хо­ды на разъ­емы для под­клю­че­ния спе­ци­аль­ных дат­чи­ков и дру­гих взры­во­не­за­щи­щен­ных ус­тройств мо­гут быть вы­пол­не­ны ис­кро­бе­зо­пас­ны­ми це­пя­ми по ГОСТ 22782.5-78.

Уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во по своей ар­хи­тек­ту­ре со­вмес­ти­мо с IBM PC и име­ет в сво­ем со­ста­ве по­лу­про­вод­ни­ко­вый диск на ба­зе ППЗУ, с ко­то­ро­го при вклю­че­нии пи­та­ния про­ис­хо­дит ав­то­ма­ти­чес­кая за­груз­ка опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы, со­вмес­ти­мой с MS-DOS. Со­зда­ние при­клад­но­го про­грам­мно­го обес­пе­че­ния мо­жет осу­щес­твлять­ся на пер­со­наль­ном компь­юте­ре, пос­ле че­го от­ла­жен­ные про­грам­мы за­гру­жа­ют­ся в ус­трой­ст­во дис­тан­ци­он­но че­рез пос­ле­до­ва­тель­ный ин­тер­фейс. Пос­ле пе­ре­но­са про­грамм ус­трой­ст­во ав­то­ма­ти­чес­ки пе­ре­за­пус­ка­ет­ся.

В на­сто­я­щее вре­мя сис­те­ма уп­рав­ле­ния по­то­ком га­за ре­а­ли­зу­ет­ся для уп­рав­ле­ния от­бо­ром га­за из под­зем­но­го хра­ни­ли­ща га­за (ПХГ) пред­при­ятия Юг­тран­с­газ.

Ха­рак­тер­ной осо­бен­ностью дан­ной сис­те­мы яв­ля­ет­ся ре­гу­ли­ро­ва­ние по­то­ка по рас­хо­ду, ко­то­рый из­ме­ря­ет­ся ши­ро­ко рас­прос­тра­нен­ным в га­зо­вой про­мыш­лен­нос­ти вы­чис­ли­те­лем Superflo. Дан­ные с вы­чис­ли­те­ля расхо­да, пос­ту­па­ю­щие на АРМ опе­ра­то­ра-тех­но­ло­га, рет­ран­сли­ру­ют­ся в уп­рав­ля­ю­щее ус­трой­ст­во (кон­трол­лер) и ис­поль­зу­ют­ся им для осу­щес­твле­ния про­цес­са ре­гу­ли­ро­ва­ния. Вы­чис­ли­те­ли рас­хо­да под­клю­ча­ют­ся к ПЭВМ че­рез пос­ле­до­ва­тель­ный ин­тер­фейс RS-232. Схе­ма со­еди­не­ния от­дель­ных ком­по­нен­тов ком­плек­са по­ка­за­на на рис. 3.

Сле­ду­ет от­ме­тить, что рас­сматри­ва­е­мая сис­те­ма яв­ля­ет­ся час­т­ным слу­ча­ем. Об­щая схе­ма сис­те­мы уп­рав­ле­ния це­хом (про­из­вод­ст­вом), со­сто­ящим из со­во­куп­нос­ти тех­но­ло­ги­чес­ких ус­тройств со встро­ен­ны­ми кон­трол­ле­ра­ми, по­ка­за­на на рис. 4. В ос­но­ву пос­тро­е­ния сис­те­мы пол­о­же­на се­те­вая ор­га­ни­за­ция.

Как вид­но из ри­сун­ка, кон­трол­ле­ры об­ра­зу­ют стан­дар­т­ную ло­каль­ную вы­чис­ли­тель­ную сеть, к ко­то­рой под­клю­ча­ют­ся ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ные ра­бо­чие мес­та (АРМ). Ко­ли­чес­т­во АРМ и кон­трол­ле­ров мо­жет не со­впа­дать. 

Па­ра­мет­ры се­ти со­от­вет­ству­ют стан­дар­ту Ethernet.

В нор­маль­ной си­ту­а­ции кон­трол­лер яв­ля­ет­ся пас­сив­ным эле­мен­том, со­об­ща­ю­щим те­ку­щие зна­че­ния па­ра­мет­ров про­цес­са и дан­ные о своей на­строй­ке в от­вет на ад­рес­ные за­про­сы со сто­ро­ны АРМ. В ава­рий­ной си­ту­а­ции при вы­хо­де от­дель­ных па­ра­мет­ров за ус­тав­ки кон­трол­лер осу­щес­твля­ет ши­ро­ко­ве­ща­тель­ную тран­сля­цию ин­фор­ма­ции, ко­то­рую по­лу­ча­ют все АРМ и кон­трол­ле­ры, под­клю­чен­ные к ло­кальной се­ти.

Для ра­бо­ты на уда­лен­ных объ­ек­тах оп­ре­де­лен­ные мо­ди­фи­ка­ции кон­трол­ле­ров име­ют мо­де­мы и пе­ре­да­ют ин­фор­ма­цию по те­ле­фон­ным ка­на­лам. При не­об­хо­ди­мос­ти как к кон­трол­ле­рам, так и к АРМ в ка­чес­т­ве внеш­не­го ус­трой­ст­ва мо­жет под­клю­чать­ся один или не­сколь­ко вы­чис­ли­те­лей рас­хо­да га­за ти­па Superflo.

Ре­а­ли­за­ция рас­пре­де­лен­ной сис­те­мы на пром­пло­щад­ке поз­во­ля­ет су­щес­твен­но по­вы­сить на­д­еж­ность объ­­ек­та за счет тща­тель­ной за­щи­ты ог­ра­ни­чен­но­го чис­ла ин­фор­ма­ци­он­ных и си­ло­вых ка­бе­лей, обес­пе­че­ния жи­ву­чес­ти сис­те­мы в «осо­бых» си­ту­а­ци­ях.

Про­грам­мное обеспе­че­ние

Про­грам­мное обес­пе­че­ние кон­трол­ле­ра ав­то­ма­ти­чес­ки за­гру­жа­ет­ся при вклю­че­нии пи­та­ния и ре­а­ли­зу­ет сле­ду­ю­щие фун­к­ции:

• оп­рос дат­чи­ков,
• ре­гу­ли­ро­ва­ние в со­от­вет­ст­вии с за­дан­ным ал­го­рит­мом,
• об­мен ин­фор­ма­цией с АРМ,
• об­мен ин­фор­ма­цией с вы­чис­ли­те­лем рас­хо­да га­за и мо­де­мом,
• хра­не­ние рет­рос­пек­тив­ных зна­че­ний из­ме­ря­е­мых па­ра­мет­ров,
• ве­де­ние жур­на­ла со­бы­тий.

Ра­бо­та этих под­за­дач ор­га­ни­зо­ва­на в ви­де цик­ли­чес­кой бес­при­ори­тет­ной оче­­ре­ди. При этом каж­дая из под­за­дач вы­пол­ня­ет­ся по фа­зам, что ис­клю­ча­ет за­дер­ж­ки в про­цес­се ра­бо­ты.

Про­грам­ма ре­гу­ли­ро­ва­ния ис­поль­зу­ет на­строй­ки и ин­фор­ма­цию о дат­чи­ках, за­пи­сан­ные в энер­го­не­за­ви­си­мое ОЗУ. Об­мен дан­ны­ми с дру­ги­ми уз­ла­ми се­ти, с Superflo, с уда­лен­ны­ми объ­ек­та­ми че­рез мо­дем­ную связь осу­щес­твля­ет­ся в фо­но­вом ре­жи­ме (по пре­ры­ва­ни­ям).

Про­грам­мное обес­пе­че­ние АРМ опе­ра­то­ра-тех­но­ло­га в на­сто­я­щее вре­мя ра­бо­та­ет под уп­рав­ле­ни­ем DOS и со­сто­ит из трех ос­нов­ных ком­по­нен­тов.

1. Ком­му­ни­ка­ци­он­ная про­грам­ма 

ре­а­ли­зо­ва­на в ви­де за­гру­зоч­но­го мо­ду­ля, ко­то­рый пос­то­ян­но на­хо­дит­ся в па­мя­ти и ра­бо­та ко­то­ро­го син­хро­ни­зи­ро­ва­на с пре­ры­ва­ни­я­ми ин­тер­валь­но­го тай­ме­ра. Про­грам­ма осу­щес­твля­ет вза­и­мо­дей­ст­вие с уп­рав­ля­ю­щим ус­трой­ст­вом (кон­трол­ле­ром MicroPC), вы­чис­ли­те­лем рас­хо­да га­за Superflo и с вы­шес­то­я­щей сис­те­мой че­рез мо­дем­ную связь. Кро­ме то­го, про­грам­ма вы­пол­ня­ет фун­к­ции ме­нед­же­ра па­мя­ти и уп­рав­ляет об­ме­ном дан­ны­ми с дру­ги­ми ком­по­нен­та­ми про­грам­мно­го обес­пе­че­ния.

2. Ком­плекс про­грамм, обес­пе­чи­ва­ю­щий вза­и­мо­дей­ст­вие поль­зо­ва­те­ля с ап­па­ра­ту­рой, ре­а­ли­зо­ван в ви­де сле­ду­ю­щих ав­то­ном­ных мо­ду­лей:

• ре­дак­тор ба­зы ана­ло­го­вых дат­чи­ков;
• ре­дак­тор ба­зы по вы­чис­ля­е­мым па­ра­мет­рам;
• ре­дак­тор ба­зы дис­крет­ных дат­чи­ков;
• про­грам­ма про­смот­ра мне­мос­хем;
• про­грам­ма про­смот­ра таб­лиц;
• ре­дак­тор мне­мос­хем;
• ре­дак­тор таб­лиц;
• про­грам­ма про­смот­ра рет­рос­пек­ти­вы в па­мя­ти;
• про­грам­ма про­смот­ра рет­рос­пек­ти­вы на дис­ке;
• про­грам­ма ото­бра­же­ния и уп­рав­ле­ния про­цес­сом ре­гу­ли­ро­ва­ния;
• про­грам­ма ре­гис­тра­ции опе­ра­то­ра.

Все про­грам­мные мо­ду­ли ин­тер­фей­са меж­ду че­ло­ве­ком и ма­ши­ной объ­еди­не­ны в еди­ную ин­тег­ри­ро­ван­ную сре­ду с по­мощью про­грам­мы-дис­пет­че­ра, что обес­пе­чи­ва­ет до­пол­ни­тель­ные удоб­ст­ва при ра­бо­те с сис­те­мой. 

3. Ком­плекс сер­вис­ных про­грамм вклю­ча­ет в се­бя про­грам­му со­зда­ния фай­лов хра­не­ния рет­рос­пек­ти­вы и про­грам­му со­зда­ния спис­ка опе­ра­то­ров.

На рис. 5 пред­став­ле­на ви­де­ог­рам­ма ото­бра­же­ния и уп­рав­ле­ния про­цес­сом ре­гу­ли­ро­ва­ния.

В пер­спек­ти­ве в ка­чес­т­ве про­грам­м­но­го обес­пе­че­ния АРМ мо­жет быть ис­поль­зо­ван уни­фи­ци­ро­ван­ный па­кет Genesis или Трейс Мо­уд.

В на­сто­я­щее вре­мя ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ный тех­но­ло­ги­чес­кий ком­плекс для уп­рав­ле­ния по­то­ком га­за про­шел по­ли­гон­ные ис­пы­та­ния и под­го­тов­лен к мон­та­жу на Елшан­с­ком ПХГ пред­при­ятия Юг­тран­с­газ для про­ве­де­ния ве­дом­ствен­ных ис­пы­та­ний и ра­бо­ты в ре­аль­ной сис­те­ме уп­рав­ле­ния от­бо­ром га­за из Туль­ско­го го­ри­зон­та. ●

Е.Я. Кац — к.т.н., старший научный сотрудник, доцент кафедры «Системотехника» Саратовского Государственного технического университета
С.В. Леванов — ведущий инженер-программист Предприятия конструирования компьютерных комплексов, г. Саратов.

© СТА-ПРЕСС, 2025

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!