English
Российский

---

Сторінку заморожено, актуальна тут.

Бібліотека моделей апаратів технологічних процесів

Ім'я:	TechApp
Засновано:	жовтень 2005р
Версія:	1.0.0
Статус:	Відкритий (GPL)
Автор:	Роман Савоченко, Максим Лисенко (2007,2010), Ксенія Яшина (2007)
Опис:	Надає бібліотеку моделей технологічних апаратів.
Адреса:	БД у файлі: SQLite.LibDB.techApp (oscadalibs.db.gz)

Про бібліотеку

Бібліотека створюється для надання моделей апаратів технологічних процесів. Бібліотека не є статичною, а будується на основі модуля JavaLikeCalc, який дозволяє створювати обчислення на мові яка нагадує Java.

Для адресації до функцій цієї бібліотеки можна використати статичну адресу виклику "DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.{Func}()" або динамічну "SYS.DAQ.JavaLikeCalc["lib_techApp"]["{Func}"].call()", "SYS.DAQ.JavaLikeCalc["lib_techApp"].{Func}()". Де {Func} — ідентифікатор функції у бібліотеці.

Під'єднати бібліотеку до проекту станції OpenSCADA можна шляхом завантаження вкладеного файлу БД, розташування його у директорії БД проекту станції та створення об'єкту БД для модуля БД "SQLite", вказавши файл БД у конфігурації.

Для кожної функції відбувалося оцінювання часу виконання. Вимірювання відбувалося на системі з наступними параметрами: Athlon 64 3000+ (2000МГц) та ALTLinux 5.1-32біт шляхом виміру загального часу виконання функції при виклику її 1000 разів. Вибірка відбувалася по найменшому значенню з п'яти обчислень. Час розташовується у кутових дужках та вимірюється мікросекундами.

1 Концепція

У основі моделі кожного апарату лежить обчислення витрат на вході та тиску на виході виходячи із тиску на вході та витрат на виході. В цілому, моделі апаратів технологічних процесів описуються різничними рівняннями для дискретних машин.

На основі функцій цієї бібліотеки можна легко та швидко будувати моделі технологічних процесів у модулі BlockCalc шляхом поєднання блоків згідно з технологічною схемою. Приклад поєднання частини апаратів технологічної схеми наведено на рис. 1.

Рис. 1. Приклад блочної схеми технологічного процесу.

У основі моделі будь якого апарату ТП лежать дві основні формули, а саме формула витрат та тиску середовища. Канонічна формула витрат середовища для перетину труби або прохідного перетину звуження має вигляд (1).

(1)

Реальна щільність обчислюється за формулою (2).

(2)

Будь яка труба становить потоку динамічний опір, який пов'язаний з тертям о стіни труби та який залежить від швидкості потоку. Динамічний опір труби відображається формулою (3). Загальні витрати середовища з урахуванням динамічного опору обчислюються за формулою (4).

(3)

(4)

Формула (1) описує ламінарний потік середовища у до критичних швидкостях. У випадку перевищення критичної швидкості обчислення витрат відбувається за формулою (5). Універсальна формула обчислення витрат на всіх швидкостях буде мати вигляд (6).

(5)

(6)

У динамічних системах зміна витрат на кінці труби не відбувається миттево, а запізнюється на час переміщення ділянки середовища від початку трубопроводу до кінця. Цей час залежить від довжини труби та швидкості руху середовища у трубі. Затримку зміни витрат на кінці труби можна описати формулою (7). Результуюча формула розрахунку витрат у трубі, з урахуванням особливостей вказаних вище, записується у вигляді (8).

(7)

(8)

Тиск середовища у об'ємі за звичай обчислюється ідентично для всіх випадків, за формулою (9).

(9)

2 Склад бібліотеки

У своєму складі бібліотека містить біля двох десятків моделей часто потрібних апаратів технологічних процесів та допоміжних елементів. Назви функцій та їх параметрів наявні на трьох мовах: Англійська, Російська та Українська.

Затримка (lag) <1.2>

Опис: Модель затримки. Може використовуватися для імітації запізнювання значень давачів.
Параметри:

Програма:
out-=(out-in)/(t_lg*f_frq);

Шум (2 гарм. + випадк.) (noise) <3.5>

Опис: Модель шуму. Містить три складові:

• перша гармоніка;
• друга гармоніка;
• шум на основі генератору випадкових чисел.

Параметри:

Програма:
tmp_g1=(tmp_g1>6.28)?0:tmp_g1+6.28/(per_g1*f_frq); tmp_g2=(tmp_g2>6.28)?0:tmp_g2+6.28/(per_g2*f_frq); out=off+a_g1*sin(tmp_g1)+a_g2*sin(tmp_g2)+a_rnd*(rand(2)-1);

Шаровий кран (ballCrane) <1.4>

Опис: Модель шарового крану. Включає час ходу та час відриву.
Параметри:

Програма:
if( !(st_close && !com) && !(st_open && com) ) { tmp_up=(pos>0&&pos<100)?0:(tmp_up>0&&lst_com==com)?tmp_up-1./f_frq:t_up; pos+=(tmp_up>0)?0:(100.*(com?1.:-1.))/(t_full*f_frq); pos=(pos>100)?100:(pos<0)?0:pos; st_open=(pos>=100)?true:false; st_close=(pos<=0)?true:false; lst_com=com; }

Сепаратор (separator) <14>

Опис: Модель сепаратору з двома фазами рідинною та газовою.
Параметри:

Програма:
Fж=max(0,Fi*ProcЖ); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,293,Si,Fo+Fж,Po,293,So,lo,Q0,0.95,0.01,f_frq); Lж = max(0,min(100,Lж+0.27*(Fж-Fo_ж)/(Vap*Qж*f_frq))); Po_ж = Po + Lж*Vap/Qж;

Клапан (klap) <19.5>

Опис: Модель клапану яка враховує:

• два клапана в одному;
• зверхкритичне витікання;
• зміна температури при дроселюванні;
• робота тільки у одному напрямку, зворотний клапан;
• керування швидкістю зміни положення;
• нелінійність прохідного перетину від положення.

Параметри:

Програма:
Qr=Q0+Q0*Kpr*(Pi-1); tmp_l1 += (abs(l_kl1-tmp_l1) > 5) ? 100*sign(l_kl1-tmp_l1)/(t_kl1*f_frq) : (l_kl1-tmp_l1)/(t_kl1*f_frq); tmp_l2 += (abs(l_kl2-tmp_l2) > 5) ? 100*sign(l_kl2-tmp_l2)/(t_kl2*f_frq) : (l_kl2-tmp_l2)/(t_kl2*f_frq); Sr=(S_kl1*pow(tmp_l1,Kln)+S_kl2*pow(tmp_l2,Kln))/pow(100,Kln); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,Ti,Sr,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); if( noBack ) Fi = max(0,Fi); Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Fi-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq))); To = max(0,min(2e3,To+(abs(Fi)*(Ti*pow(Po/Pi,0.02)-To)+(Fwind+1)*(Twind-To)/Riz)/(Ct*So*lo*Qr*f_frq)));

Затримка (чиста) (lagClean) <2.9>

Опис: Модель чистої(транспортної) затримки. Реалізується шляхом включення декількох ланцюгів простої затримки. Призначено для імітації затримок у довгих трубопроводах.
Параметри:

Програма:
cl1-=(cl1-in)/(t_lg*f_frq/4); cl2-=(cl2-cl1)/(t_lg*f_frq/4); cl3-=(cl3-cl2)/(t_lg*f_frq/4); out-=(out-cl3)/(t_lg*f_frq/4);

Котел: барабан (boilerBarrel) <30.5>

Опис: Модель барабану котлоагрегату.
Параметри:

Програма:
// Water DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi1,Pi1,293,Si1,EVAL_REAL,Po1,293,So1,lo1,1e3,0.001,0.01,f_frq); Fi1 = max(0,Fi1); // Steam Lo = max(0,min(100,Lo+(Fi1-Fpara)*100/(Vi1*1000*f_frq))); To1 = (100*pow(Po1,0.241)+5)+273; if( Tv<To1 ) { Tv+=(k*S*(Ti2-Tv)-Fi1*0.00418*(Tv-Ti1))/f_frq; Fpara=0; } if( Tv >= To1 ) { Tv=To1; Lambda=2750.0-0.00418*(Tv-273); Fpara=(5*S*Fi2*(Ti2-Tv)-Fi1*0.00418*(Tv-Ti1))/(Po1*Lambda); } To2=Ti2-Tv/k; Po1 = max(0,min(100,Po1+0.27*(Fpara-Fo)/(1.2*0.98*((1-Lo/100)*Vi1+So1*lo1)*f_frq))); // Smoke gas DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi2,Pi2,293,Si2,Fo2,Po2,293,Si2,30,1.2,0.98,0.01,f_frq);

Котел: топка (boilerBurner) <50.5>

Опис: Модель топки котлоагрегату, який працює на трьох видах палива: доменному, коксовому та природному газах.
Параметри:

Програма:
using DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp; pipeBase(Fi1,Pi1,Ti1,Si1,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,1.2,0.95,0.01,f_frq); Fi1 = max(0,Fi1); pipeBase(Fi2,Pi2,Ti2,Si2,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,0.7,0.95,0.01,f_frq); Fi2 = max(0,Fi2); pipeBase(Fi3,Pi3,Ti3,Si3,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,1.33,0.95,0.01,f_frq); Fi3 = max(0,Fi3); pipeBase(Fi4,Pi4,Ti4,Si4,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,1.293,0.95,0.01,f_frq); Fi4 = max(0,Fi4); Neobhod_vzd = Fi1+10*Fi2+4*Fi3; F_DG = Fi1+Fi2+Fi3+Fi4; O2 = max(0,min(100,(Fi4-Neobhod_vzd)*100/F_DG)); CO = min(100, (O2<1) ? (1.2*abs(O2)) : 0); koef = min(1,Fi4/Neobhod_vzd); Q = koef*(8050*Fi2+3900*Fi3+930*Fi1); delta_t = Q/(F_DG*1.047); To = max(0,min(2000,(delta_t+(Ti4-273)+(Ti3-273)*(Fi3/Fi1)+(Ti2-273)*(Fi2/Fi1)+(Ti1-273)*(Fi1/Fi4))+273)); Po = max(0,min(10,Po+0.27*(F_DG-Fo)/(1.2*0.95*(So*lo+V)*f_frq)));

Мережа (навантаження) (net) <13>

Опис: Навантаження з фіксованим тиском мережі. Містить параметр для підключення шуму.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,293,So,EVAL_REAL,Po,293,So,10,Q0,Kpr,0.01,f_frq);

Джерело (тиск) (src_press) <12>

Опис: Джерело з фіксованим тиском. Містить параметр для підключення шуму.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fit,Pi*Noise,293,So,Fo,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq);

Повітряний холодильник (cooler) <16.5>

Опис: Модель повітряного охолоджувача газового потоку.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,293,Si,Fo,Po,293,So,lo,Q0,0.95,0.01,f_frq); Qr = Q0+Q0*0.95*(Pi-1); To+=(Fi*(Ti-To)+Wc*(Tair-To)/Rt)/(Ct*(Si*li+So*lo)*Qr*f_frq);

Компресор газовий (compressor) <12>

Опис: Модель газового компресора. Враховує ефект помпажу. Помпаж розраховується за газово-динамічною кривою, виходячи з якої розраховується коефіцієнт запасу по помпажу.
Параметри:

Програма:
Pmax = max(Pi,Po); Pmin = min(Pi,Po); Qr = Q0+Q0*Kpr*(Pi-1); Qrf = Q0+Q0*Kpr*(Pmax-1); Ftmp=(N>0.1)?(1-10*(Po-Pi)/(Qr*(pow(N,3)+0.1)*Kpmp)):1; Kzp=1-Ftmp; //Коэффиц. запаса Fi=V*N*Qr*sign(Ftmp)*pow(abs(Ftmp),Kslp)+ 0.3*(4*So*Qrf/(0.01*lo*1.7724+4*Qrf))*sign(Pi-Po)*pow(Qrf*(Pmax-max(Pmax*0.528,Pmin)),0.5); Fit -= (Fit-Fi)/max(1,(lo*f_frq)/max(1e-4,abs(Fi/(Qrf*So)))); Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Fi-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq))); To+=(abs(Fi)*(Ti*pow(Po/Pi,0.3)-To)+(Fwind+1)*(Twind-To)/Riz)/(Ct*(V+So*lo)*Qr*f_frq);

Джерело (витрати) (src_flow) <2.2>

Опис: Джерело з фіксованими витратами. Містить параметр для підключення шуму.
Параметри:

Програма:
Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Noise*Fi-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq)));

Труба-база (pipeBase) <11.5>

Опис: Реалізація базових основ моделі труби:

• Витрати у трубі з урахуванням швидкості руху, різниці тиску, опору за рахунок тертя та критичної течі.
• Розрахунок тиску.
• Урахування щільності середовища та ступеня його стиснення як для газів, так і для рідин.

Параметри:

Програма:
Pmax = max(Pi,Po); Pmin = min(Pi,Po); Qr = Q0+Q0*Kpr*(Pmax-1); Fit = 630*(4*Si*So*Qr/(Ktr*lo*1.7724*Si+4*So*Qr))*sign(Pi-Po)*pow(Qr*(Pmax-max(Pmax*0.528,Pmin)),0.5); Fi -= (Fi-Fit)/max(1,(lo*f_frq)/max(1,abs(Fit/(Qr*So)))); if( !Fo.isEVal() ) Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Fi-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq)));

Труба 1->1 (pipe1_1) <36.5>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 1 -> 1.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,293,So,Ft1,Pti,293,So,0.33*lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Ft1,Pti,293,So,Fto,Pt1,293,So,0.33*lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fto,Pt1,293,So,Fo,Po,293,So,0.33*lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq);

Труба 2->1 (pipe2_1) <26>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 2 -> 1.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi1,Pi1,293,Si1,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi2,Pi2,293,Si2,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Fi1+Fi2-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq))); To = max(0,To+(Fi1*(Ti1-To)+Fi2*(Ti2-To)+(Fwind+1)*(Twind-To)/Riz)/(Ct*So*lo*Q0*f_frq));

Труба 3->1 (pipe3_1) <36>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 3 -> 1.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi1,Pi1,293,Si1,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi2,Pi2,293,Si2,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi3,Pi3,293,Si3,EVAL_REAL,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); Po = max(0,min(100,Po+0.27*(Fi1+Fi2+Fi3-Fo)/(Q0*Kpr*So*lo*f_frq))); To = max(0,To+(Fi1*(Ti1-To)+Fi2*(Ti2-To)+Fi3*(Ti3-To)+(Fwind+1)*(Twind-To)/Riz)/(Ct*So*lo*Q0*f_frq));

Труба 1->2 (pipe1_2) <25.5>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 1 -> 2.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F1tmp,Pi,293,So1,Fo1,Po1,293,So1,lo1,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F2tmp,Pi,293,So2,Fo2,Po2,293,So2,lo2,Q0,Kpr,0.01,f_frq); Fi=F1tmp+F2tmp;

Труба 1->3 (pipe1_3) <36.5>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 1 -> 3.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F1tmp,Pi,293,So1,Fo1,Po1,293,So1,lo1,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F2tmp,Pi,293,So2,Fo2,Po2,293,So2,lo2,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F3tmp,Pi,293,So3,Fo3,Po3,293,So3,lo3,Q0,Kpr,0.01,f_frq); Fi=F1tmp+F2tmp+F3tmp;

Труба 1->4 (pipe1_4) <47.5>

Опис: Модель вузла труб за схемою: 1 -> 3.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F1tmp,Pi,293,So1,Fo1,Po1,293,So1,lo1,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F2tmp,Pi,293,So2,Fo2,Po2,293,So2,lo2,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F3tmp,Pi,293,So3,Fo3,Po3,293,So3,lo3,Q0,Kpr,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(F4tmp,Pi,293,So4,Fo4,Po4,293,So4,lo4,Q0,Kpr,0.01,f_frq); Fi=F1tmp+F2tmp+F3tmp+F4tmp;

Виконавчий мех. клапану (klapMech) <3>

Опис: Модель виконавчого механізму клапана. Включає час ходу та час відриву.
Параметри:

Програма:
if( (pos >= 99 && com >= 99) || (pos <= 1 && com <=1 ) ) { tmp_up = t_up; if(pos>=99) { pos=100; st_open=true; } else { pos = 0; st_close=true; } } else if( tmp_up > 0 ) tmp_up-=1./f_frq; else { st_open=st_close=false; lst_com+=(com-lst_com)/(0.5*t_full*f_frq); pos+=(lst_com-pos)/(0.5*t_full*f_frq); } pos_sensor+=(pos-pos_sensor)/(t_sensor*f_frq);

Діафрагма (diafragma) <14>

Опис: Модель діафрагми.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi,Pi,293,Sdf,Fo,Po,293,So,lo,Q0,Kpr,0.01,f_frq); dP -= (dP-100*(Pi-Po))/f_frq;

Теплообмінник (heatExch) <28.4>

Опис: Модель теплообміннику, яка розраховує теплообмін двох потоків.
Параметри:

Програма:
DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi1,Pi1,Ti1,Si1,Fo1,Po1,293,So1,lo1,Q0i1,Kpr1,0.01,f_frq); DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.pipeBase(Fi2,Pi2,Ti2,Si2,Fo2,Po2,293,So2,lo2,Q0i2,Kpr2,0.01,f_frq); To1=max(0,min(1e4,(Fi1*Ti1*Ci1+ki*Fi2*Ti2*Ci2)/(Fi1*Ci1+ki*Fi2*Ci2))); To2=max(0,min(1e4,(ki*Fi1*Ti1*Ci1+Fi2*Ti2*Ci2)/(ki*Fi1*Ci1+Fi2*Ci2)));

Ссылки