Создание градуировочной таблицы и формирование

Межфазного уровня

 

3.1. Цель работы заключается в:

· создании градуировочной таблицы буллита отстойника;

· определении значения МФУ методом интерполяции нулевого и первого порядков;

· оценки погрешности определения значения МФУ;

Предварительные сведения

 

3.2.1. Поперечное сечение буллита отстойника приведено на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Поперечное сечение буллита отстойника

 

D – диаметр буллита, О – центр сечения, АВ – межфазный уровень МФУ, L – значение МФУ (L = EC), ОС = D /2, ;

 

3.2.2. Межфазный уровень МФУ – это граница раздела между осажденной водой В1 (заштрихованная часть) и частично обезвоженной нефтью Н2. На рис. 3.1. МФУ отображен отрезком AB. L – значение МФУ, отсчитывается относительно днища отстойника (т. С), L = EC.

 

3.2.3. По мере наполнения отстойника увеличивается L. Необходимо определить зависимость L от объема осажденной воды при заданных габаритах буллита.

 

3.2.4. Буллит представляет собой емкость цилиндрической формы с диаметром D и объемом V_О. Найдем длину l буллита

Таким образом, объем осажденной воды, принимает форму цилиндра длиной l и сечением, равным площади сегмента АЕВСА.

 

3.2.5. Известно, что площадь сегмента АЕВСА равна

,

где измеряется в радианах;

Тогда объем осажденной воды будет равен

3.2.6. С учетом выражения (2.1.) составим уравнение

, или

(F1B * B1 - F2) t = , или

(F1B * B1 - F2) t (3.1),

где ;

3.2.7. Из рис. 3.1. определим EC = L

ЕС = ОС - ОЕ = , или

L = (3.2.)

3.2.8. Если из выражения (3.1) определить и его подставить в выражение (3.2.), то задача определения значения МФУ по мере заполнения отстойника будет решена. Однако, выражение, полученное в результате этой подстановки, будет очень громоздким и неудобным для его реализации. Поэтому составляется градуировочная таблица 1.

Таблица 1.

		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0
		0,12	0,33	0,60	0,90	1,23	1,60	1,96	2,3	2,74	3,14	3,54	3,93	4,32	4,67	5,05	5,40	5,7	5,95	6,16	6,28

 

 

Таблица 1 получается следующим образом:

1) формула (3.2.) приводится к виду

(3.3.)

2) задавая значение с шагом 0,1 в диапазоне , определяем

(3.4.)

3) исходя из (3.4) вычисляется выражение ;

 

3.2.9. Алгоритм определения МФУ с использованием градуировочной таблицы1 реализуется следующим образом:

1)с помощью FBD – программы «Сумматор» вычисляется значение выражения (F1B*B1-F2)t, хранящееся в канале Al_Volume и по формуле (3.1) определяется значение выражения ;

2)одним из методов интерполяции с использованием таблицы 1 по значению определяется значение ;

3) определяется значение L =(2*L/D)*D/2;

 

3.2.10. Градуировочная таблица 1 содержит 21 колонку (i = 1, 2, …21), i – ая колонка описывает i – ый узел интерполяции.

Интерполяция нулевого порядка:

, если (3.5.)

Интерполяция первого порядка (линейная интерполяция):

 

 

(3.6.)

 

 

Порядок выполнения работы

 

3.4.1. Загрузите проект в РБК и дополните базу каналов новым каналом Al_Urov. Сохраните обновленную БК.

3.4.2. Опишем алгоритм определения МФУ на языке FBD, изложенный в п.3.2.9.Первый шаг, реализуется с помощью функционального блока УМНОЖЕНИЕ на вход IN1 которого подается значение из канала Al_Volume, на вход IN2 подается значение константы а=0.0314159 а с выхода MUL снимается значение .

3.4.3. Второй шаг алгоритма реализуется с помощью функционального блока LINTR, находящимся в разделе F(x), на вход INP которого подается значение . На вход SEL необходимо подать 0, что означает выбор градуировочной таблицы с номером 00. На выходе блока будет сформировано значение 2L/D. Более подробное описание блока можно получить, щелкнув дважды ЛК на клавише LINTR в меню FBD.

3.4.4. Третий шаг алгоритма реализуется с помощью функционального блока УМНОЖЕНИЕ на вход IN1 которого подается значение с выхода предыдущего блока, на вход IN2 подается значение константы D/2, а с выхода MUL снимается значение, которое будет находится в канале Al_Urov.

3.4.5. В редакторе FBD программ расположите и свяжите между собой блоки, как показано на рисунке.

 

3.4.6. Осуществите настройку входов и выходов программы следующим образом.

 

Блок	Входы, выходы	Тип	Значение	Комментарий
* (Умножение)	In1	Аргумент		Al_Volume
In2	Константа	0.0314159	0.0314159
LINTR	Sel	Константа
* (Умножение)	In2	Константа	1.7	1.7
* (Умножение)	Mul	Аргумент		Al_Uroven

 

Откройте любой из имеющихся файловых менеджеров (NC, VC, FAR, Total commander). В директории вашего проекта создайте файл itabl.cfg, используя комбинацию клавиш Shift+F4.

Или в программе «Блокнот», поменяв потом расширение на.cfg

3.4.7. Откройте файл itabl.cfg и занесите следующие данные:

 

QTABL=1

TABL00=21

0 0

0.12 0.1

0.33 0.2

0.60 0.3

0.90 0.4

1.23 0.5

1.60 0.6

1.96 0.7

2.3 0.8

2.74 0.9

3.14 1.0

3.54 1.1

3.93 1.2

4.32 1.3

4.67 1.4

5.05 1.5

5.40 1.6

5.7 1.7

5.95 1.8

6.16 1.9

6.28 2.0

 

где X, У –значения нижней и верхней строк таблицы1 соответственно.

(для получения более подробной информации о FBD блоке LINTR см. разделы справки Trace Mode).

3.4.8. Подключите FBD- программу “Interpol” к каналу AI_Uroven и протестируйте ее режиме Эмуляция.

 

Комментарий	Атрибут	Канал
Объем	Реальное	AI_Volume
Выход	Вход	AI_Uroven

 

Физическая интерпретация FBD-программы “Interpol”:

Блок 0:В:2 In1 – объем воды в буллите в м3;

In2 – константа а, вычисляемая по параметру буллита Vo=200m3;

Выход – вход градуировочной таблицы;

Блок 2:1 SEL – номер градуировочной таблицы в файле itabl.cfg;

Выход- выход градуировочной таблицы;

Блок 1:Е In2 – константа D/2,вычисляемая по параметру буллита D=3,4м.

3.4.9. Закройте РБК. Откройте редактор представления данных (РПД). Загрузите проект и откройте экран “буллит”.

3.4.10. Выберите на панели динамических ФО “Многослойную Гистограмму”. При этом необходимо нажать два раза ЛК на кнопку “гистограммы” и выбрать данную ФО (по умолчанию стоит прямоугольная гистограмма). Слева в меню параметры ФО нажмите кнопку или «+» и установите:

- объект – БАЗА;

- канал – AI_Uroven;

- атрибут – реальное;

- MIN – 0;

- MAX – 3.4 (диаметр буллита 3.4м);

- Расположение – вертикальное;

- Заливка голубая (вода) на черном фоне (нефть).

Далее, в поле рисования, нажав ЛК, сформируйте прямоугольник, в который будет размещена данная ФО. Причем, если создавать двухслойную сверху вниз, тогда объем воды будет увеличиваться тоже сверху вниз. Щелкните ЛК. Вид экрана «буллит» приведен на рисунке.

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

 

Программирование регулятора МФУ и формирование расходов F2 и F3

 

4.1. Цель работы заключается в:

· разработке и реализации алгоритма управления МФУ по закону позиционного регулирования;

· отображении качества регулирования с помощью графика;

· оценке качества регулирования (определении величины перерегулирования, погрешности регулирования в установившимся режиме);

4.2 .Предварительные сведения

4.2.1. Управление величиной МФУ осуществляется с помощью контура регулирования, структурная схема которого представлена на рис. 4.1.

 

Рис. 4.1. Структурная схема контура регулирования МФУ

 

L0 – требуемое значение МФУ (уставка) на выходе задатчика Зад; L – текущее значение МФУ; L-L0 – отклонение (погрешность регулирования); Больше/Меньше – сигналы, формируемые регулятором Рег, управляющие вентилем В2; F 2 – расход по потреблению воды В1, устанавливаемый вентилем В2.

4.2.2.На рис.4.1 под блоком В2 подразумевается исполнительное устройство (ИУ), состоящее из исполнительного механизма (ИМ) и рабочего органа (РО). ИМ – это реверсивный электродвигатель, имеющий два входа: БОЛЬШЕ (вращение по часовой стрелке) и МЕНЬШЕ (вращение против часовой стрелки). РО – это односедельный регулируемый вентиль, с линейными разгонной и градуировочной характеристиками, параметры которых могут быть изменены в разумных пределах. В дальнейшем для краткости ИУ будем называть вентилем В2.

4.2.3. Закон регулирования регулятора Рег на i -м шаге (i = 0, 1, 2, 3…) имеет вид:

U_i , (4.1)

где eps – зона нечувствительности регулятора;

Выходной сигнал регулятора U = 1 называется “БОЛЬШЕ”, а U = -1 соответственно “МЕНЬШЕ”.

4.2.4. Разгонная и градуировочная характеристики вентиля В2 имеют вид:

, с. (4.2.) - положение от времени вращ =0-0,06м (0-60см)

, м. (4.3.) - коэф для расхода воды=0-0,00036

где d – величина хода плунжера вентиля В2;

- время хода плунжера;

- время полного хода плунжера, = 60 c.;

- величина полного хода плунжера, = 0,06 м.;

Если d = , то вентиль В2 полностью открыт, если d = 0, то полностью закрыт.

4.2.5. Время хода плунжера на i – м шаге и с учетом ограничения (4.2.) определяется следующим образом:

, i = 0, 1, 2, 3…, (4.4.)

где - шаг дискретизации, равный периоду пересчета системы управления.

4.2.6. Положение плунжера на i – м шаге

(4.5.)

4.2.7. Значение расхода по потреблению на i -м шаге

(4.6.)

4.2.8. Качество регулирования МФУ отображается с помощью графика на рис. 4.2.

 

Рис. 4.2. Качество регулирования МФУ

 

- величина перерегулирования, численно равная амплитуде первой полуволны;

- погрешность регулирования в установившимся режиме;

4.3. Задание на проведение работы

4.3.1. Ознакомиться с материалом, изложенным в разделе 4.2 настоящего руководства.

Создайте пульт настройки регулятора в виде всплывающего окна, в котором с помощью стандартных форм отображения можно вводить следующие переменные:

· значение уставки L0;

· значение eps.

Кроме того, на пульте регулятора в виде гистограммы отобразить значение положения плунжера клапана в процентах от длины его полного хода.

4.3.2. Разработать и реализовать алгоритм регулирования МФУ.

4.3.3. Создать экраны с именами «Настройки регулятора» и «График», на которых отобразить параметры регулятора и процесс изменения значения МФУ в режиме эмуляции работы регулятора (рис. 4.2).

Результатом выполнения п. 4.1. является блок-схема алгоритма создания пульта настройки регулятора, функционирования регулятора и графического отображения качества работы регулятора (рис. 4.3.).

Рис. 4.3. Блок-схема алгоритма регулятора МФУ

 

Порядок выполнения работы.

 

4.4.1. Откройте РБК, загрузите ваш проект и дополните существующую БК новыми каналами: Ust_urov, epsMAX, epsMIN, time_hoda, Ust_ur–epsMIN и Ust_ur+epsMAX. Установите начальные значения перечисленных каналов: Ust_urov=0.2м; epsMAX=0.01м; epsMIN= 0.01м; и time_hoda=0с.

4.4.2. Переходим к пункту 4.4.5. Для реализации первых двух блоков блок-схемы алгоритма регулятора МФУ (рис.4.3) создадим FBD – программу с именем Ust_eps, которая сформирует значения переменных, хранящихся в каналах Ust_ur+epsMAX и Ust_ur–epsMIN. Отметим, что переменные L и L0 находятся в каналах Al_urov и Ust_urov соответственно. Тестирование этой программы можно не проводить.

 

4.4.3. Для реализации третьего блока блок-схемы алгоритма регулятора МФУ (рис.4.3) создадим FBD – программу с именем «Reg_3P»,что означает РЕУЛЯТОР_ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ, закон регулирования которого описывается выражением (4.1).Эта программа состоит из одного функционального блока <>F из раздела ВЫБОРА

Значение выход регулятора находится в канале U_outREG. Эту программу нужно. протестировать ОБЯЗАТЕЛЬНО

4.4.4. Для реализации третьего блока блок-схемы алгоритма регулятора МФУ (рис.4.3) создадим FBD – программу с именем ISP_MEX,что означает ИСПолнительный_МЕХанизм, в состав которого входят реверсивный электродвигатель и концевые выключатели, блокирующие работу двигателя, если рабочий ход плунжера пытается превысить допустимые пределы. На языке FBD электродвигатель может быть описан с помощью функционального блока СЛОЖЕНИЕ, а для концевых выключателей рекомендуем использовать уже знакомый функциональный блок <>F.Предполагается, что длительность рабочего хода плунжера (значение которого хранится в канале «time_hoda») изменяется в пределах 0- 60сек.

 

Тестирование этой программы ОБЯЗАТЕЛЬНО.

4.4.5.Можно объединить все три предыдущие FBD-программы в одну с именем «timer», которая позволит удалить из БК канал U_outREG и провести более наглядное тестирование с наименьшими затратами на эту операцию. Физическая интерпретация FBD-программы “timer”:

Блок 2:3 INP – текущее значение МФУ в м;

(регулятор) MIN – значение переменной «уставка – epsMIN» в м;

<>F MAX -– значение переменной «уставка + epsMAX» в м;

Выход- выход регулятора(приращение времени хода плунжера) в сек.;

I<< - приращение времени хода плунжера в направлении МЕНЬШЕ;

<<I - приращение времени хода плунжера в направлении БОЛЬШЕ;

<I< - приращение времени хода плунжера равно нулю;

Блок 3:4 AD1 –текущее значение времени хода плунжера на (i-1)-ом такте в сек.;

(двигатель) AD2 – приращение времени хода плунжера на i-ом такте в сек.;

выход - текущее значение времени хода плунжера на i-ом такте в сек.;

Блок 4:Е INP- текущее значение времени хода плунжера на i-ом такте в сек.;

(концевой MIN - минимальное значение времени хода плунжера(0-закрыт);

выключатель) MAX - значение времени полного хода плунжера(полностью открыт);

I<< - значение входа MIN;

<<I - значение входа MAX.

 

4.4.4. Осуществите настройку входов и выходов программы следующим образом.

 

Блок	Входы, выходы	Тип	Значение	Комментарий
<>F (управление по интервалу) 2:3	Inp	Аргумент		Текущий уровень
I<<	Константа	-1	-1
<<I	Константа
<I<	Константа
<>F (управление по интералу) 4E	Min	Константа
Max	Константа
I<<	Константа
<<I	Константа
Q	Аргумент		Выход,time_hoda
-(вычитание) +(2)(сложение)	AD	Аргумент		Уст-ка уровня,ust_urov
AD1	Аргумент		Уст-ка уровня,ust_urov
-(вычитание)	AS	Аргумент		епсилон Min
+(2)(сложение)	AD2	Аргумент		епсилон Max

Здесь, канал ust_urov одновременно подключен к «-» и «+(2)» блокам. Только, коментарий не отображается на схеме на нижнем блоке.

4.4.5. Разъяснение функций некоторых блоков:

Управление по интервалу (<>F).

Данный функциональный блок позволяет формировать произвольные значения в зависимости от интервала, в который попадает контролируемый параметр. Этот блок имеет шесть функциональных входов и один выход. Вход INP используется для ввода контролируемого значения. Максимальное и минимальное значения для разбивки диапазона изменения контролируемого значения на интервалы задаются на входах MIN и MAX соответственно. Еще три входа используются для задания значений, посылаемых на выход блока при попадании значения INP в соответствующий диапазон:

§ § I<< - меньше нижней границы;

§ § <I< - между границами;

§ § <<I – больше верхней границы.

 

4.4.6. Далее свяжем FBD-программу “timer” с каналом time_hoda. Для этого откроем диалог “Реквизиты” канала AI_Rashod_W, дважды нажав ЛК на имени канала в списке. Войдем в бланк “Управление” диалога “Реквизиты” и в поле выбора FBD-программ укажем “timer”.

 

4.4.7. Подключите FBD-программу “timer” к каналу Time_hoda (см. лаб. раб. 2).

 

Комментарий	Атрибут	Канал
eps_MIN	Реальное	eps_MIN
eps_MAX	Реальное	eps_MAX
Текущий уровень	Реальное	AI_Urov
Уставка уровня	Реальное	Ust_urov
Выход	Выход	time_hoda

 

4.4.8. Для реализации пятого и шестого блоков блок-схемы алгоритма регулятора МФУ (рис.4.3) создадим FBD – программу с именем F2, с помощью которой будет формироваться значение расхода воды на выходе буллита в соответствии с выражениями (4.2) и (4.3). Чтобы получить более удобную разгонную характеристику регулируемого вентиля В2, подставим выражение (4.2) в (4.3): F2=0.006*t, здесь значение переменной t будет находится в канале time_hoda, а переменной F2 в канале Al_RashodW.

 

Внимание! Вместо 0.006 необходимо ввести 0.00036.

Тестирование этой программы можно не проводить. Привяжите программу к каналу Al_RashodW.

4.4.9. Для выполнения п.4.3.3.откройте редактор представления данных (РПД), загрузите ваш проект и создайте экран «Настройки регулятора». Обеспечьте ввод таких параметров как задание диапазона зоны нечувствительности, ввод уставки уровня с пульта (см. лаб. раб. 2).

 

При этом свяжите параметр “Уставка МФУ” с каналом “Ust_urov”.

4.4.10. Откройте экран “Графика”. Выберите на панели динамических ФО “Тренды” . Слева в меню параметры ФО установите: Период (сек)=1; Буфер=500; Горизонтальная ось (Разбиенний=5; Диапазон=60; Единицы - сек.); Вертикальная ось (Разбиений=2; Знакомест=3; Разрядов=2); Фон - синий; флажок - Визир; остальные флажки - по усмотрению. Для установления атрибутов линии Уставка МФУ нажмите на кнопку и выберите:

- объект – БАЗА;

- канал – Ust_urov;

- атрибут – реальное;

- цвет –желтый;

- Ymax=0,3m Ymin=0,1m; Внимание! Деление обозначаем запятой!

4.4.11. Аналогичным образом выберите атрибуты еще трех линий красного, белого и голубого цвета, привязав их к каналам Al_Uroven, Ust_ur+epsMAX, Ust_ur-epsMIN

Здесь, чтобы привязать линии отклонений к каналам Ust_ur+epsMAX, Ust_ur-epsMIN их надо сначала создать и привязать к программе timer: в реквизитах каналов Ust_ur+epsMAX, Ust_ur-epsMIN эти каналы подключить через вкладку Управление к программе timer.

 

4.4.12.Дополните БК каналами tang(0.006), shag+(1.0), shag-(-1.0), timePX(60), здесь в скобках указано значение канала при старте. В этих каналах в качестве аргументов будут храниться значения тангенса угла наклона разгонной характеристики вентиля В2, величина шага, с которым будет изменяться переменная time_hoda при открывании(shag+) \ закрывании (shag-), время полного хода для вентиля В2. Закон регулирования 3-х позиционного регулятора будет иметь вид:

U_{i (4.4.1)}

4.4.13.Выражение (4.4.1) на языке FBD имеет следующий вид (сравни с п.4.4.3.):

4.4.14.FBD- программа ISP_MEX (см.п.4.4.4.) примет следующий вид:

4.4.15. FBD- программа F2 (см.п.4.4.8.) примет следующий вид:

4.4.16.Для удобства исследования работы и настройки регулятора и исполнительного устройства рекомендуем вывести на экран «График», используя ФО «Динамический текст\Посылка значения\Ввод и посылка», содержимое каналов Al_Volume(3), Al_Uroven(4), tang(4), shag+(1), shag-(1), здесь в скобках указано число знаков после запятой.

4.4.17 Для индикации степени открытия вентиля В2 на канале time_hoda рекомендуем, используя ФО «Гистограмма» и элементы рисования «Линия», «Статический текст», построить следующий графический блок

 

 

4.4.18.Экран «График» приобретает следующий вид:

 

 

4.4.19.Используя ФО «Видеоклип», создайте на экране «Буллит» изображения трубопроводов на входе и выходе вентиля В2.Для этого можно использовать значение переменной F2,хранящейся в канале Al_RashodW.

 

Дальше заочникам не делать

Лабораторная работа №5

 

Расчет объема и расхода частично обезвоженной нефти.

 

5.1. Цель работы заключается в разработке FBD- программ для подсчета объема и расхода частично обезвоженной нефти.

5.2. Предварительные сведения.

5.2.1.В соответствии с п. 2.2.3. расход частично обезвоженной нефти на выходе отстойника определяется следующим образом:

F1Н = F1 (1- k_об). (5.1)

5.2.2.Объем нефти,остающейся в буллите в момент времени t,определяется в соответствии с выражением (2.2) и имеет вид

V_НОТ =(F1Н * В1-F3)(t- ). (5.2)

5.2.3.Уровень нефти в буллите равен

Lн=Lв + f(Vнот), (5.3)

где Lв-значение межфазного уровня,

f(Vнот)- задается градуировочной таблицей 1 (п.2.3.8).

5.2.4.Расход частично обезвоженной нефти на выходе буллита определяется выражениями:

 

F3 = 0,если Vвот + Vнот <= V_{0, (5.4)}

F3 = F1н,если Vвот + Vнот > V_{0. (5.5)}

 

5.2.5.Объем частично обезвоженной нефти на выходе буллита будет равен:

Vн = F3 (t- ) (5.6).

 

5.3. Задание на проведение работы

5.3.1.Создайте FBD-программы,реализующие выражения (5.1) – (5.6).

5.3.2.Дополните экран «Буллит» графическими элементами,отображающими изменение уровня нефти в буллите и ее движение по выходному трубопроводу.

 

Порядок выполнения работы

5.4.1.Для выполнения п.5.3.1откройте РБК,загрузите проект и дополните существующую БК новыми каналами Al_VolumN(Vнот),Al_UrovN(Lн),Al_RashN(F1Н),Ob_Bull(V₀ ),VolumeN(Vн) и F3(F3).Здесь в скобках указаны имена переменных,входящих в формулы (5.1) – (5.6), значения которых будут храниться в выше названных каналах.

5.4.2.Используя выражения (5.1) и (5.2), аналогично п.п.2.4.2 – 2.4.9, создайте FBD – программу с именем «СумматН».

 

 

5.4.3.Протестируйте программу «СумматН» и привяжите ее к каналу Al_VolumN аналогично изложенному в п.п.2.4.7. – 2.4.9.

5.4.4..Используя выражения (5.3), аналогично п.п.3.4.1 – 3.4.7, создайте FBD – программу с именем «InterN».

 

 

5.4.5. Протестируйте программу «InterN» и привяжите ее к каналу Al_UrovN аналогично изложенному в п.3.4.8.

 

 

5.4.6. Используя выражения (5.4) и (5.5),создайте FBD – программу с именем F3 и привяжите ее к каналу «F3».Рекомендуем использовать для этого известный функциональный блок выбора <>F.На блок-схеме программы входы MIN и MAX замкнуты между собой(то же самое относится к входам I<< и <I<).

 

 

5.4.7.Для выполнения 5.3.2 откройте редактор представления данных (РПД). Загрузите проект и откройте экран “буллит”.Аналогично п.3.4.10,используя ФО «Многослойная гистограмма»,отобразите изменение уровня частично обезвоженной нефти и воды в буллите.Окно настройки многослойной гистограммы имеет вид:

 

 

5.4.8.Используя ФО «Видеоклип»,создайте на экране «буллит» изображения выходных трубопроводов,связав их с каналами Al_RashodW и F3.

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6