CC BY
36
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
© Искендеров А.А.*, Салимова Х.Ф.*
Сумгаитский государственный университет, Азербайджан, г. Сумгаит
В работе рассматривается вопрос внедрения автоматизированной системы управления распределением воды. Дается общее сведение о составе средств телемеханики, приводятся необходимые требования к сигналам ввода и вывода, к быстродействию средств контроля и управления, к надежности и достоверности передачи информации между объектами телемеханики.
1. Параметры контроля и управления оросительных систем.
В состав оросительных систем (ОС) входят сложные технологические комплексы с приборами контроля и управления. В ОС осуществляются следующие технологические операции: регулирование стока источников орошения, водозабор из источников орошения, транспортирование и распределение оросительной воды между потребителями, регулирование уровня воды в каналах и водохранилищах, регулирование расхода воды в насосных станциях, водовыпускных сооружениях, регулирование водного режима в орошаемых землях и т.д.
Объектами автоматизации и телемеханизации ОС являются водозаборные, водоподпорные, водосбросные сооружения, насосные станции, водовыпускные и водомерные сооружения, водоводы (табл. 1).
Основными измеряемыми параметрами на оросительных системах являются: расход воды, уровень (давление) воды, положение исполнительных механизмов. К дополнительным параметрам относятся сток воды, скорость течения, перепад уровней (давлений), температура, степень минерализации и др.
2. Состав средств контроля и управления ОС.
В зависимости от выполняемых функций средства контроля и управления подразделяются на следующие группы [1, с. 85]:
Водомерные сооружения и устройства: водорегулирующие сооружения со свойствами измерения уровня или расхода воды; гидроавтоматические регуляторы; фиксированные русла; водосливы, водомерные пороги, лотки; водомерные приставки, диафрагмы и т.д.
Средства для получения информации: датчики уровня воды для окры-тых русел, водохранилищ; датчики расхода воды для водоводов; датчики расхода воды для трубопроводов; датчики стока воды; датчики положения ис-
* Профессор кафедры «Информатика», доктор технических наук, профессор.
* Заведующий лабораторией кафедры «Информатика».
полнительных механизмов; датчики скорости течения воды; датчики перепада уровня воды для низконапорных и высоконапорных сооружений; датчики перепада давлений воды; датчики мутности воды; датчики температуры воды; датчики температуры воздуха; датчики влажности почв; датчики уровня грунтовых и напорных вод; датчики засоленности почв, минерализации оросительных и грунтовых вод и т.д.
Таблица 1
Контролируемые и регулируемые параметры оросительных систем
Параметры Объекты
Гидрологические посты Водозаборные сооружения Водохранилища Водоподпорные сооружения Водосбросные сооружения Насосные станции Водовыпускные сооружения Водомерные сооружения Водоводы Поливные участки
Расход воды 1,3 1,2 1,2 - 1,3 1 1,2 1 - 1,2
Сток воды - 1 1 - 1 - 1 1 - 1,2
Уровень воды 1,3 1,3 1,3 2,3 - - - 1 1 1,2
Положение исполнительных механизмов - 1,2 1,3 3 3 2,3 1,2 - 1 1,3
Давление воды - - - - - 1,2 - - 1 -
Скорость течения воды 1 1 -
Перепад уровней воды - 1 - - - - 1,2 1 - 1,2
Перепад давления воды 1 1 1 1,2
Мутность воды - 1 1 - - - 1 - 1 -
Средства преобразования информации: преобразователи угол-код; преобразователи угол-частота; преобразователи ток-частота; преобразователи ток-код; преобразователи частота-код.
Средства для передачи информации: устройства дистанционной передачи; устройства телемеханики; аппаратура передачи данных; средства связи.
Средства для обработки и хранения информации: сумматоры; интеграторы; устройства масштабирования; преобразователи уровня или перепада уровней и расходов воды; устройства для определения расхода воды по нескольким параметрам; компьютеры, устройства вывода и отображения информации; пульты; щиты и т.д.
Средства местной автоматики: аппараты обработки положения исполнительных механизмов, расходов насосных станций; гидравлические, электрические, пневматические и комбинированные авторегуляторы; программные устройства для насосных станций и для регуляторов воды; станции уп-
равления и устройства защиты исполнительных механизмов для электроприводов; аппараты изменения установок на гидроавтоматах.
Исполнительные механизмы (ИМ): гидравлические, электрические, пневматические и комбинированные механизмы.
Источники энергопитания: электрические, гидравлические, пневматические и механические источники.
Метрологические средства: средства аттестации, проверки и тарирования.
Быстродействие работы аппаратуры централизованного контроля и управления в оросительных системах зависит от следующих факторов:
- от тарирования по времени предусмотренных или непредусмотренных характеристик динамических процессов, происходящих в каналах и сооружениях;
- от объема информации, приходящейся к средствам контроля и управления, от множества информации, передаваемой между оборудованиями или от ее параметров (телеизмерения технологических параметров, наличие аварийной или технологической телесигнализации, наличие параметров управления и т.д.);
- от сложности алгоритмической структуры (система адресации, способ размещения сетей управления, защита от ошибок, составление массивов передаваемой информации, число обслуживающих символов и т.д.) средств центрального контроля и управления;
- от объема информации, собираемой за короткое время для выполнения алгоритмов управления оросительной системы;
- от характера потока информации в автоматизированной системе управления распределением воды.
Поскольку технологические процессы оросительных систем имеют большую инерционность, к их информационным характеристикам влияют и другие параметры. К ним относится также режим непосредственного управления затворами гидротехнических сооружений. Использование режимов «управляющая вычислительная машина-диспетчер» или одновременное управление несколькими объектами дает эффективный результат. Для этого необходимо создание блока памяти на объектах или повысить быстродействие работы управляющего вычислительного комплекса. Осуществление первого способа приводит к осложнению аппаратов и удорожанию АСУТП. Во втором случае быстродействие взаимосвязанной вычислительной машины и прилегающих оборудований выбираются таким образом, чтобы можно было управление объектом в сложном программно-временном режиме. В этом случае для перемещения затвора за время ЛТ, разные объекты должны быть опрошены несколько раз. После этого, полученные измеренные значения сравниваются с заданным значением. Количества опрошенных за время ЛТ объектов зависит от характера системы телемеханики.
3. Требования к сигналам ввода и вывода.
Приведенные средства получают информацию с помощью сигналов телемеханической системы. Скорость поступления сигналов определяет качество управления.
При построении средств центрального контроля и управления, входные и выходные сигналы должны быть взаимосвязанными. При этом не прилагаются ограничения к их взаимосвязям.
Для всех устройств в качестве входных и выходных сигналов могут быть приниматься ток, частота или код. Кроме того может быть использован также уголь вращения вала.
Базовым сигналом тока принимается сила тока 0-5 мА при сопротивлении 2,0 кОм. В качестве сигнала тока может быть принят 0-4 мА. Положительный рост измеряемого параметра должен соответствовать увеличению тока. Причем максимальному значению измеряемого параметра в данном диапазоне должен соответствовать сила тока 5 мА.
Базовым сигналом частоты для датчиков и преобразователей принимается 1000-2000 Гц. Выходной сигнал может быть 1,2 V + 10 % при сопротивлении 600 От. Положительный рост измеряемого параметра должен соответствовать к увеличению частоты. Причем максимальному значению измеряемого параметра в заданном диапазоне должен соответствовать 2000 Гц. Допускается использование частоты 4000-8000 Гц.
Базовым кодированным сигналом для датчиков и преобразователей принимается единый нормальный двоичный или двоично-десятичный сигнал.
Нормальное значение выходных сигналов принимается: 5 тА тока при сопротивлении 1 кОт или 1,2; 6; 12; 24 V + 10 % напряжения при активном сопротивлении 600 Ом.
Базовым углом вращения датчиков принимается 9 градусов соответственно единице измерения. При этом положительное направление соответствует вращению ведущего вала в направлении часовой стрелки и ведомого вала против направления часовой стрелки.
Выходные элементы датчиков рассчитываются к постоянному току 1-100 мА и напряжению 6-220 V.
4. Требования к быстродействию средств контроля и управления.
Предположим, что на объектах отсутствует память и телемеханика работает в полудуплексном режиме. Рассмотрим случай одновременного управления тремя затворами при минимальной структуре сигнала в линии связи. Такие системы проектируются с учетом сложности реализации аппаратуры, энергоемкостью, необходимой достоверности информации и т.д. [2, с. 24].
Анализ ситуаций проектирования показывает, что объем информации, посылаемой из контролируемого пункта (КП) 1,5-2 раза превосходит информации, посылаемой из ИМ. Причиной этому является тот факт, что в КП ставятся дополнительные приборы для аварийной и технологической сигнализации. Скорость передачи информации для осуществления периода связи между звеньями объекта примерно равно 100 Ьод.
По технологическим соображениям, скорость передвижения затворов зависит от скорости изменения уровня воды и принимается между 0.1-0.4 см/сек. Тогда для сохранения программно-управляющего режима за период одновременного управления тремя затворами и поднятие затворов на 0,4 см, система должна опрашивать минимум четырех объектов. А это возможно при скорости передачи информации 400 Ьод.
Моделирование этих процессов показывает, что перемещение затвора на 1 см относительно редкий случай. Амплитуда маневренности затвора примерно 3-5 см.
Последнее соотношение возможно при минимальной структуре сигнала в линии связи, т.е. при скорости передачи сигнала 100 Ьод. Это позволяет вычислить скорость средств центрального контроля и управления (ЦКУ).
Когда импульсы объединяются в смысловую группу длиной 1 байт, унификация сигнала приводит к излишку информации. Кроме того, с учетом дополнительных элементов для обнаружения ошибок, перспективной можно считать скорость передачи информации 200 Ьод.
5. Требования к надежности и достоверности информации.
Время безотказной работы средств телемеханики принимается 500 часов. При этом вероятность надежной работы по функциям телерегулирования (ТР) и телеуправления (ТУ) принимается Р= 0,8, а по функциям телеизмерения (ТИ) принимается Р = 0,9.
Время хранения телемеханических устройств должны быть не меньше 1 года, а время работы на объекте - не меньше 8 лет. Вероятность ложной выдачи команд 10-7, вероятность выдачи ложных сигналов 10-6. Вероятность возникновения одного ложного сигнала в течение года 10-1, вероятность ложного воспроизведения измерительной информации 10-5.
6. Метрологические требования к оборудованиям и средствам автоматики.
Датчики и средства автоматики должны выдавать сигналы пропорционально измеряемым величинам и управляющим воздействиям.
Все приборы измерения должны иметь указатели местного отсчета. С этой целью можно использовать переносные средства. Информация должна отражаться в цифровом виде с указанием наименование и размерности измеряемых параметров в абсолютных величинах. В отдельных случаях до-
пускается представление информации в аналоговом виде с указанием размерности в процентах.
Аварийное состояние должно сопровождаться звуковой сигнализацией, который сохраняется до устранения этого аварийного состояния. Регистрация измеряемого параметра должна быть в цифровом виде, допускается использовать аналоговые самописцы
Перечень и точность измерения параметров контроля и регулирования приведены в табл. 2.
Таблица 2
Класы точности систем и устройств телеизмерения в объектах ОС
Типы Единица измерения Диапазон измерения Точность, %
Параметры водомерных сооружений Система телеизмерения Средства телеизмерения
Сужающие устройства л/сек 40-100 3,5 1,0
Расход воды « « л/сек л/сек 100-400 160-600 3,5 4 1,0 2,5
« л/сек 400-1000 4 2,5
Тарированное русло м3/сек 1-5 4,5 1,5
« « 5-10 4,5 1,5
« « 100-400 5,5 2,5
« « 400-1000 6,5 2,5
см 0-40 1 0,6
« 0-60 1 0,6
Уровень воды в « 0-100 1 0,6
открытых водо- « 0-160 0,6 0,4
токах « 0-250 0,4 0,4
« 0-400 0,25 0,25
« 0-600 0,15 0,1
см 0-60 1,0 0,6
Положение исполнительных механизмов « « 0-100 0-250 1,0 0,4 0,6 0,4
« 0-160 0,6 0,4
« 0-400 0,25 0,25
« 0-600 0,15 0,1
см 0-10 1,0 0,4
Перепад уровней воды « « « 0-16 0-25 0-40 1,0 1,0 1,0 0,4 0,4 0,4
« 0-60 1,0 0,4
Список литературы:
1. Куротченко В.И. Принципы построения средств централизованного управления процессом водораспределения. - Фрунзе: «Илим», 1979,
2. Маковский Э.Э., Влочкова В.В. Автоматизация гидротехнических сооружений. - Фрунзе: «Илим», 1984.
