English
Українська

---

Страница заморожена, актуальная тут.

Библиотека моделей аппаратов технологических процессов

Имя:	TechApp
Основан:	октябрь 2005г
Версия:	1.0.0
Статус:	Открытый (GPL)
Автор:	Роман Савоченко, Максим Лысенко (2007,2010), Ксения Яшина (2007)
Описание:	Предоставляет библиотеку моделей технологических аппаратов.
Адрес:	БД в файле: SQLite.LibDB.techApp (oscadalibs.db.gz)

Про библиотеку

Библиотека создаётся для предоставления моделей аппаратов технологический процессов. Библиотека не является статической, а строится на основе модуля JavaLikeCalc, позволяющего создавать вычисления на Java-подобном языке.

Для адресации к функциям этой библиотеки можно использовать статический адрес вызова "DAQ.JavaLikeCalc.lib_techApp.{Func}()" или динамический "SYS.DAQ.JavaLikeCalc["lib_techApp"]["{Func}"].call()", "SYS.DAQ.JavaLikeCalc["lib_techApp"].{Func}()". Где {Func} — идентификатор функции в библиотеке.

Подключить библиотеку к проекту станции OpenSCADA можно путём загрузки вложенного файла БД, размещения его в директории БД проекта станции и создания объекта БД для модуля БД "SQLite", указав файл БД в конфигурации.

Для каждой функции производилась оценка времени исполнения. Измерение производилось на системе со следующими параметрами: Athlon 64 3000+ (2000МГц) и ALTLinux 5.1-32бит путём замера общего времени исполнения функции при вызове её 1000 раз. Выборка производилась по наименьшему значению из пяти вычислений. Время заключается в угловые скобки и измеряется в микросекундах.

1 Концепция

В основе модели каждого аппарата лежит вычисление входного расхода и выходного давления исходя из входного давления и выходного расхода. В целом, модели аппаратов технологических процессов описываются разностными уравнениями для дискретных машин.

На основе функций этой библиотеки можно легко и быстро строить модели технологических процессов в модуле BlockCalc путём объединения блоков в соответствии с технологической схемой. Пример объединения части аппаратов технологической схемы приведено на рис. 1.

Рис. 1. Пример блочной схемы технологического процесса.

В основе модели любого аппарата ТП лежат две основные формулы, а именно формула расхода и давления среды. Каноническая формула расхода среды для сечения трубы или проходного сечения сужения имеет вид (1).

(1)

Реальная плотность вычисляется по формуле (2).

(2)

Любая труба представляет потоку динамическое сопротивление, связанное с трением о стенки трубы и которое зависит от скорости потока. Динамическое сопротивление трубы выражается формулой (3). Общий расход среды с учётом динамического сопротивления вычисляется по формуле (4).

(3)

(4)

Формула (1) описывает ламинарное истечение среды до критических скоростей. В случае превышения критической скорости вычисление расхода осуществляется по формуле (5). Универсальная формула расчёта расхода на всех скоростях будет иметь формулы (6).

(5)

(6)

В динамических системах изменение расхода на конце трубы не меняется мгновенно, а запаздывает на время перемещения участка среды от начала трубопровода к концу. Это время зависит от длины трубы и скорости движения среды в трубе. Задержку изменения расхода на конце трубы можно описать формулой (7). Результирующая формула расчёта расхода в трубе, с учётом описанных выше особенностей, записывается в виде (8).

(7)

(8)

Давление среды в объеме обычно вычисляется идентично для всех случаев по формуле (9).

(9)

2 Состав библиотеки

В своём составе библиотека содержит около двух десятков моделей часто востребованных аппаратов технологических процессов и вспомогательных элементов. Названия функций и их параметров доступны на трёх языках: Английский, Украинский и Российский.

Запаздывание (lag) <1.2>

Описание: Модель задержки. Может использоваться для имитации запаздывания значений датчиков.
Параметры:

Программа:
out-=(out-in)/(t_lg*f_frq);

Шум (2 гарм. + случ) (noise) <3.5>

Описание: Модель шума. Содержит три составляющие:

• первая гармоника;
• вторая гармоника;
• шум на основе генератора случайных чисел.

Параметры:

Программа:
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);

Шаровой кран (ballCrane) <1.4>

Описание: Модель шарового крана. Включает время хода и время отрыва.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель сепаратора с двумя фазами, жидкой и газовой.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель клапана, учитывающая:

• два клапана в одном;
• сверхкритическое истечение;
• изменение температуры при дросселировании;
• работа только в одном направлении, обратный клапан;
• управляемая скорость изменения положения;
• нелинейность проходного сечения от положения.

Параметры:

Программа:
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)));

Запаздывание (чистое) (lagClean) <2.9>

Описание: Модель чистого(транспортного) запаздывания. Реализуется путём включения нескольких простых цепей запаздывания. Предназначен для имитации запаздывания в длинных трубопроводах.
Параметры:

Программа:
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);

Котёл: барабан (boilerBarrel) <30.5>

Описание: Модель барабана котлоагрегата.
Параметры:

Программа:
// 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);

Котёл: топка (boilerBurner) <50.5>

Описание: Модель топки котлоагрегата, работающего на трех видах топлива: доменном, коксовом и природном газе.
Параметры:

Программа:
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)));

Сеть (нагрузка) (net) <13>

Описание: Нагрузка с фиксированным давлением сети. Содержит параметр для подключения шума.
Параметры:

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

Источник (давление) (src_press) <12>

Описание: Источник с фиксированным давлением. Содержит параметр для подключения шума.
Параметры:

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

Возд. холодильник (cooler) <16.5>

Описание: Модель воздушного охладителя газового потока.
Параметры:

Программа:
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);

Компрессор газовый (compressor) <12>

Описание: Модель газового компрессора. Учитывает эффект помпажа. Помпаж вычисляется по газо-динамической кривой, исходя из которой получается коэффициент запаса по помпажу.
Параметры:

Программа:
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);

Источник (расход) (src_flow) <2.2>

Описание: Источник с фиксированным расходом. Содержит параметр для подключения шума.
Параметры:

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

Труба-база (pipeBase) <11.5>

Описание: Реализация базовых основ модели трубы:

• Расход в трубе с учётом скорости движения, перепада давления, сопротивления за счёт трения и критического истечения.
• Расчёт давления.
• Учёт плотности среды и степени её сжимаемости как для газов, так и для жидкостей.

Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 1 -> 1.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 2 -> 1.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 3 -> 1.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 1 -> 2.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 1 -> 3.
Параметры:

Программа:
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>

Описание: Модель узла труб по схеме: 1 -> 4.
Параметры:

Программа:
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;

Исполн. мех. клапана (klapMech) <3>

Описание: Модель исполнительного механизма клапана. Включает время хода и время отрыва.
Параметры:

Программа:
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);

Диафрагма (diafragma) <14>

Описание: Модель диафрагмы.
Параметры:

Программа:
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;

Теплообменник (heatExch) <28.4>

Описание: Модель теплообменника, рассчитывающая теплообмен двух потоков.
Параметры:

Программа:
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