Динамическая модель парового котла №9 ДМК

Имя: ModelKotelDMK Основан: Январь 2007г Статус: Завершён, Август 2010 Участники: Савоченко Роман, Лысенко Максим, Яшина Ксения Описание: Проект посвящён созданию полной динамической модели парового котла №9 Днепровского Металлургического Комбината (ДМК). Адрес: Текущая БД в SVN-репозитории, БД в архиве file:dmkkotel9.tlz Живое исполнение: Web-доступ к интерфейсу модели

Contents

Введение

1 Назначение

2 Разработка

2.1 Технологический процесс

2.2 Моделирование

2.3 Регулирование

3 Интерфейс пользователя

3.1 Объект сигнализации "Пусковая"

3.2 Объект сигнализации "Розжиг"

3.3 Объект сигнализации "Дым.газы"

3.4 Объект сигнализации "Дренажи"

3.5 Объект сигнализации "ГД"

3.6 Объект сигнализации "ГП"

3.7 Объект сигнализации "ГК"

3.8 Объект сигнализации "ПАР"

3.9 Объект сигнализации "ВП"

3.10 Объект сигнализации "Экономайзер"

3.11 Объект сигнализации "ВЗП"

4 Результаты

Ссылки

Введение

Объектом моделирования данного проекта, по созданию полной динамической модели реального времени, является многотопливный паровой котлоагрегат Днепровского Металлургического Комбината (ДМК) №9. Отличительной особенностью данного котлоагрегата является его многотопливная природа и как следствие особенности в оптимизации управления топливной нагрузкой этого котлоагрегата.

1 Назначение

Функционально, разработка предназначена для создания динамической модели реального времени многотопливного котла ДМК.

Эксплуатационным назначением разработки является:

• Тестирование алгоритмов управления АСУ ТП;
• Тестирование адекватности функционирования SCADA системы;
• Обучение технологического персонала.

2 Разработка

С целью ускорения, использования опыта предыдущих разработок, а также для совершенствования технологии и инструментария разработки полных динамических моделей реального времени принято решение строить модель в среде открытой SCADA системы OpenSCADA. Система OpenSCADA имеет достаточно мощный механизм пользовательского программирования, а также наработки для создания полных динамических моделей реального времени, которые позволяют быстро создавать крупные динамические модели реального времени. Подробнее об этом было рассказано в докладе, на 5 Всеукраинской конференции разработчиков и пользователей открытого ПО.

2.1 Технологический процесс

Перед созданием модели котла была сформирована принципиальная схема модели технологического процесса, основанная на принципиальной схеме реального технологического процесса. Полученная схема изображена на рис.1.

2.2 Моделирование

Для построения модели технологического процесса на основе доступных моделей аппаратов была непосредственно использована исходная принципиальная схема и блочный вычислитель (BlockCalc) системы OpenSCADA. Модели аппаратов технологической схемы добавлялись в блочную схему в соответствии с принципиальной схемой. Часть блоков была добавлена для вспомогательного оборудования, а также узлов потоков. Номера блоков узлов указаны на принципиальной схеме номерами около узлов потоков.

Модель реализована в виде двух блочных схем блочного вычислителя. Состав и свойства блочных схем приведены в таблице 1.

Таблица 1. Блочные схемы модели

ID	Имя	Назначение	Период исполнения (мс)	Время исполнения на Athlon 64 3000+ (мс)
kotel9	ДМК Котёл9	Содержит модель котла №9 Днепровского Металлургического Комбината.	5	1.1
kotel9_cntr	ДМК Котёл9 Контроллер	Содержит модель системы управления котла №9 Днепровского Металлургического Комбината.	1000	0.05

Из характеристик блочных схем можно видеть, что ресурсоёмкость модели в целом к центральному процессору Athlon 64 3000+ (2000МГц) составляет 22%.

В таблице 2 приведен перечень использованных моделей аппаратов в соответствии с принципиальной схемой.

Таблица 2. Использованные модели аппаратов

Модель аппарата	Аппараты (блоки модели)
Библиотека "Технологические аппараты (DAQ.JavaLikeCalc.techApp)"
Котёл: барабан (boilerBarrel)	kotel9.Барабан
Котёл: топка (boilerBurner)	kotel9.Топка
Компрессор газовый (compressor)	kotel9.ДСА, kotel9.ДСБ, kotel9.ДВА, kotel9.ДВБ
Теплообменник (heatExch)	kotel9.ПП, kotel9.ВП1, kotel9.ВП2, kotel9.СП, kotel9.ЭК1, kotel9.ЭК2
Клапан (klap)	kotel9.3ВП, kotel9.5ВП, kotel9.7ВП, kotel9.5ГД9, kotel9.6ГД9, kotel9.7ГД9, kotel9.8ГД9, kotel9.9ГД9, kotel9.10ГД9, kotel9.3ГК9, kotel9.4ГК9, kotel9.6ГК9, kotel9.5ГК9, kotel9.3ГП9, kotel9.4ГП9, kotel9.5ГП9, kotel9.6ГП9, kotel9.4ГПЗ9, kotel9.1Ш9, kotel9.2Ш9, kotel9.11Ш9, kotel9.13Ш9
Сеть (нагрузка) (net)	kotel9.ParNet, kotel9.Атмосф
Труба 1->2 (pipe1_2)	kotel9.УЗ3, kotel9.Уз5, kotel9.Уз6, kotel9.Уз7, kotel9.Уз10
Труба 2->1 (pipe2_1)	kotel9.УЗ1, kotel9.УЗ2, kotel9.УЗ9, kotel9.Уз12
Труба 3->1 (pipe3_1)	kotel9.Уз8
Источник (давление) (src_press)	kotel9.SrcГД, kotel9.SrcГК, kotel9.SrcВода, kotel9.SrcПГ, kotel9.SrcВоздух
Библиотека "Библиотека функций Complex1 (Special.FLibComplex1)"
ПИД регулятор (pid)	kotel9_cntr.TCA1, kotel9_cntr.F_air_gas, kotel9_cntr.QAC151, kotel9_cntr.LC121, kotel9_cntr.PCA51, kotel9_cntr.FC101, kotel9_cntr.FC102, kotel9_cntr.FC103, kotel9_cntr.FC104, kotel9_cntr.FC105, kotel9_cntr.PSA76
Библиотека "Котёл К9" (DAQ.JavaLikeCalc.k9)
Делитель (Delitel)	kotel9_cntr.Air_Gas
Суммарный расход топлива в котле (Fsum)	kotel9_cntr.Fsum
Инверсия (Inversion)	kotel9_cntr.5VP_inv

Благодаря использованию библиотеки моделей аппаратов и концепции построения динамических моделей была получена динамическая модель, из которой можно получить параметры в любой точке принципиальной схемы как для изучения, так и для отработки алгоритмов управления.

Для получения информации о технологическом процессе были созданы параметры ТП (таблица 3), которые представляют данные из отдельных узлов модели.

Таблица 3. Параметры технологического процесса

Шифр	Описание	Свойства	Источник
ДМК Котёл9 (BlockCalc.kotel9)
LC121	Уровень воды в барабане котла		Барабан.Lo
LСA122, LSA124	Уровень воды в чистом отсеке барабана, справа	%, (0;100), Точность 0	Барабан.Lo
LSA123	Уровень воды в чистом отсеке барабана, слева	%, (0;100), Точность 0	Барабан.Lo
LCVG121	Положение 3Впл-9	%, (0;100), Точность 0	3ВП.l_kl1
LCVG122	Положение 3Впп-9	%, (0;100), Точность 0	3ВП.l_kl2
G_11SH	Положение 11Ш-9		11Ш9.l_kl1
G_12SH	Положение 12Ш-9		11Ш9.l_kl2
G_13SH	Положение 13Ш-9		13Ш9.l_kl1
G_14SH	Положение 14Ш-9		13Ш9.l_kl2
P_5VP	Положение 5ВП(1)		5ВП.l_kl1
P_5VP_2	Положение 5ВП(2)		5ВП.l_kl2
P_7VP	Положение 7ВП		7ВП.l_kl1
P_4GP9	Положение 4ГП9		4ГП9.l_kl1
P_5GP9	Положение 5ГП9		5ГП9.l_kl1
P_7GD	Положение 7ГД		7ГД9.l_kl1
P_8GD	Положение 8ГД		8ГД9.l_kl1
FCVG102	Положение 5ГП-9		5ГП9.l_kl1
FCVG103	Положение 7ГД9		7ГД9.l_kl1
FCVG104	Положение 8ГД-9		8ГД9.l_kl1
FCVG105	Положение 4ГК-9		4ГК9.l_kl1
TCVG1_1	Положение 7Вп-9		7ВП9.l_kl1
TCVG1_2	Положение 5Впл-9		5ВП9.l_kl1
PCVG76	Производительность ДСА	об/мин, (0;100), Точность 1	ДСА.N
PCVG77	Производительность ДСБ	об/мин, (0;100), Точность 1	ДСБ.N
FCV106	Производительность ДВА	об/мин, (0;100), Точность 1	ДВА.N
FCV107	Производительность ДВБ	об/мин, (0;100), Точность 1	ДВБ.N
PCA51	Давление пара после ГПЗ	ат, (0;50), Точность 2	4ГПЗ9.Po
PSA52	Давление пара в барабане	ат, (0;40), Точность 2	Барабан.Po1
PCA52	Давление пара в барабане котла	ат, (0;50), Точность 2	Барабан.Po1
PSA52_1	Давление пара в барабане котла	ат, (0;40), Точность 2	Барабан.Po1
PSA53	Давление ГП до регулирующей заслонки	ат, (0;40), Точность 2	3ГП9.Po
PSA53_1	Давление ГП перед диафрагмой	ат, (0;40), Точность 2	3ГП9.Po
PSA53_2	Давление ГП перед диафрагмой	ат, (0;40), Точность 2	3ГП9.Po
PSA54	Давление ГП после регулирующей заслонки	ат, (0;1.5), Точность 3	5ГП9.Po
PA55	Давление ГП перед левой горелкой	ат, (0;40), Точность 2	6ГП9.Po
PA56	Давление ГП перед правой горелкой	ат, (0;40), Точность 2	6ГП9.Po
PSA57_1, PSA57_2	Давление ГД на общем трубопроводе.	ат, (0;2), Точность 2	УЗ3.Pi
PSA59	Давление ГД после заслонки на левом газопроводе	ат, (1;2), Точность 3	10ГД9.Po
PSA60	Давление ГД после заслонки на правом газопроводе	ат, (1;2), Точность 3	9ГД9.Po
P61	Давление ГД перед левой горелкой	ат, (0;1.6), Точность 2	9ГД9.Po
P62	Давление ГД перед правой горелкой	ат, (0;1.6), Точность 2	10ГД9.Po
PSA63_1	Давление ГК после 3ГК-9	ат, (0;2), Точность 2	5ГК9.Po
PSA63_2	Давление ГК после 3ГК-9	ат, (0;2), Точность 2	3ГК9.Po
PSA64	Давление ГК после регулирующего клапана	ат, (0;2), Точность 3	4ГК9.Po
P65	Давление ГК перед левой горелкой	ат, (0;1.6), Точность 2	6ГК9.Po
P66	Давление ГК перед правой горелкой	ат, (0;1.6), Точность 2	6ГК9.Po
P67	Давление воздуха до первой ступени В/П слева.	ат, (0;1.2), Точность 2	УЗ9.Po
P72	Давление воздуха на верхнем ярусе левой горелки	ат, (0;1.2), Точность 2	УЗ2.Po
P68	Давление воздуха до первой ступени В/П справа	ат, (0;1.2), Точность 2	УЗ9.Po
PSA70	Давление воздуха после второй ступени воздухо-подогревателя	ат, (0;1.2), Точность 2	ВП2.Po2
PSA71	Давление воздуха после 2 ступени воздухо-подогревателя	ат, (0;1.2), Точность 2	ВП2.Po2
P73, PSA73	Давление воздуха на верхнем ярусе правой горелки	ат, (0;1.16), Точность 2	УЗ2.Po
P74	Давление воздуха на нижнем ярусе левой горелки	ат, (0;1.16), Точность 2	УЗ2.Po
P75, PSA75	Давление воздуха на нижнем ярусе правой горелки	ат, (0;1.16), Точность 2	УЗ2.Po
PCSA76	Разрежение в топке слева	ат, (0.9;1), Точность 3	Топка.Po
PCSA77	Разрежение в топке справа	ат, (0.9;1), Точность 3	Топка.Po
P78	Разрежение перед "ДС-А"	ат, (0.9;1), Точность 2	1Ш9.Po
P79	Разрежение перед "ДС-Б"	ат, (0.9;1), Точность 2	2Ш9.Po
PSA80	Давление ВП по левой питательной линии	ат, (0;60), Точность 2	SrcВода.Po
PSA81	Давление ВП по правой питательной линии	ат, (0;60), Точность 2	SrcВода.Po
PSA85	Давление воздуха после воздухонагревателя	ат, (0;2), Точность 3	ВП2.Po2
P103	Давление ГД на диафрагме слева	ат, (0;2), Точность 2	УЗ3.Po2
P104	Давление ГД на диафрагме справа	ат, (0;2), Точность 2	УЗ3.Po1
Src_GP_Pi	Входное давление на источнике ГП		SrcПГ.Pi
P_GP_S	Давление ГП после источника		SrcПГ.Po
P_GP_4GP	Давление ГП после 4ГП9		4ГП9.Po
P_3VP_1	Положение 3ВП9(1)		3ВП.l_kl1
P_3GP9	Положение 3ГП9		3ГП9.l_kl1
P_6GP9_1	Положение 6ГП9_1		6ГП9.l_kl1
P_6GP9_2	Положение 6ГП9_2		6ГП9.l_kl2
P_5GK	Положение 5ГК		5ГК9.l_kl1
Pbar	Давление в барабане котла		Барабан.Po1
TCA1	Температура пара после ГПЗ		4ГПЗ9.To
F_3VP	Расход воды после 3ВП		3ВП.Fo
F_5VP	Расход воды после 5ВП		5ВП.Fo
F_7VP	Расход воды после 7ВП		7ВП.Fo
Fbar	Расход воды в барабан		Барабан.Fi1
F_UZ8	Расход воды после УЗ8		Уз8.Fo
FC101	Расход пара из котла	т/ч, (0;100), Точность 2	4ГПЗ9.Fo
FC102	Расход природного газа после 3ГП9		3ГП9.Fo
FC102_0	Расход природного газа после источника		SrcПГ.Fo
FC102_1	Расход природного газа после 4ГП9		4ГП9.Fo
FC102_2	Расход природного газа после 5ГП9		5ГП9.Fo
FC102_3	Расход природного газа после 6ГП9		6ГП9.Fo
FC103	Расход ГД по левому газопроводу		5ГД9.Fi
FC104	Расход ГД по правому газопроводу		6ГД9.Fi
FC105	Расход коксового газа после 5ГК9		5ГК9.Fo
FC106	Расход воздуха на левую горелку	т/ч, (0;100), Точность 1	УЗ2.Fi1
FC107	Расход воздуха на правую горелку	т/ч, (0;100), Точность 1	УЗ2.Fi2
FA108	Расход воздухо-перегревателя по правой питательной линии	т/ч, (0;200), Точность 2	SrcВода.Fo
F109	Расход воды на терморегулятор	т/ч, (0;200), Точность 2	7ВП.Fo
FA110	Расход воздухо-перегревателя по левой питательной линии	т/ч, (0;200), Точность 2	SrcВода.Fo
QA151	Содержание кислорода в ДГ после пароперегревателя	%, (0;20), Точность 2	Топка.O2
QA152	Содержание CO в ДГ после пароперегревателя	%, (0;20), Точность 2	Топка.CO
QA153	Содержание кислорода в уходящих ДГ	%, (0;20), Точность 2	Топка.O2
T2	Температура природного газа	град.К, (223;323), Точность 2	3ГП9.To
T3	Температура ГД	град.К, (273;373), Точность 2	5ГД9.Ti
T5	Температура ГК на котел	град.К, (273;373), Точность 2	4ГК9.To
T7	Температура воздуха после второй ступени воздухо-перегревателя слева	град.К, (273;773), Точность 2	ВП2.To2
T8	Температура воздуха после 2 ступени воздухо-перегревателя справа	град.К, (273;773), Точность 2	ВП2.To2
T13	Температура ДГ перед пароперегревателем слева	град.К, (273;1027), Точность 2	Барабан.To2
T14	Температура ДГ перед пароперегревателем справа	град.К, (273;1027), Точность 2	Барабан.To2
T15	Температура ДГ перед 2 ступенью экономайзера слева	град.К, (273;873), Точность 2	ПП.To1
T16	Температура ДГ перед 2 ступенью экономайзера справа	град.К, (273;873), Точность 2	ПП.To1
T17	Температура ДГ после 2 ступени экономайзера слева	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК2.To1
T18	Температура ДГ после 2 ступени экономайзера справа	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК2.To1
T19	Температура ДГ перед первой ступенью воздухо-перегревателя слева	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК1.To1
T20	Температура ДГ перед 1 ступенью воздухо-перегревателя справа	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК1.To1
T21	Температура ДГ перед 2 ступенью воздухо-перегревателя слева	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК2.To1
T22	Температура ДГ перед 2 ступенью воздухо-перегревателя справа	град.К, (273;873), Точность 2	ЭК2.To1
T23	Температура ДГ перед 1 ступенью экономайзера слева	град.К, (273;873), Точность 2	ВП2.To1
T24	Температура ДГ перед первой ступенью экономайзера справа	град.К, (273;873), Точность 2	ВП2.To1
TA25	Температура ДГ перед "ДС-А"	град.К, (273;673), Точность 2	1Ш9.To
TA26	Температура ДГ перед "ДС-Б"	град.К, (273;673), Точность 2	2Ш9.To
T35	Температура воздухо-перегревателя по левой питательной линии	град.К, (273;473), Точность 2	3ВП.To
T36	Температура воздухо-перегревателя по правой питательной линии	град.К, (273;473), Точность 2	3ВП.To
T37	Температура воды после экономайзера слева	град.К, (273;673), Точность 2	ЭК2.To2
T38	Температура воды после экономайзера справа	град.К, (273;673), Точность 2	ЭК2.To2
ДМК Котёл9 Контроллер (BlockCalc.kotel9_cntr)
TCA1	Температура пара на выходе	К, (273;800), Точность 0	TCA1.*
QAC151	Процент кислорода в дымовых газах.	%, (0;15), Точность 1	QAC151.*
LC121	Уровень в барабане котла	%, (0;100), Точность 1	LC121.*
5VP		%, (0;100), Точность 1	5VP_inv.OVar
FC101	Расход пара из котла	т/ч, (0;150), Точность 0	FC101.*
FC102	Расход природного газа	т/ч, (0;6), Точность 1	FC102.*
FC103	Расход доменного газа по левому газопроводу	т/ч, (0;70), Точность 1	FC103.*
FC104	Расход доменного газа по правому газопроводу	т/ч, (0;70), Точность 1	FC104.*
FC105	Расход коксового газа	т/ч, (0;10), Точность 1	FC105.*
PSA76	Разрежение в топке	ат, (0.9;1), Точность 3	PSA76.*

2.3 Регулирование

Сама по себе динамическая модель может быть неустойчивой без регулирования. Например, параметр уровня в барабане не обладает саморегуляцией и уходит в крайние точки в случае отсутствия баланса в регулирующих параметрах. По этой причине, а также для создания самодостаточной модели, способной работать автономно и без ПЛК в роли регулятора, был создан объект контроллера регуляторов для модели котла согласно схем регулирования на рис. 2 - 4.

3 Интерфейс пользователя

Пользовательский интерфейс модели содержит одиннадцать объектов сигнализаций (рис.5). Каждый объект сигнализации содержит по несколько мнемосхем, группе графиков, группе контуров и группе обзоров.

3.1 Объект сигнализации "Пусковая"

3.2 Объект сигнализации "Розжиг"

3.3 Объект сигнализации "Дым.газы"

3.4 Объект сигнализации "Дренажи"

3.5 Объект сигнализации "ГД"

3.6 Объект сигнализации "ГП"

3.7 Объект сигнализации "ГК"

3.8 Объект сигнализации "ПАР"

3.9 Объект сигнализации "ВП"

3.10 Объект сигнализации "Экономайзер"

3.11 Объект сигнализации "ВЗП"

4 Результаты

Результатом разработки стала полноценная динамическая модель технологического процесса многотопливного парового котла на высокое давление и большую производительность. Данная модель доступна на трёх языках и включена в дистрибутивы системы OpenSCADA для демонстрации функций и возможностей.

Модель предусматривает возможность управления ТП от лица оператора, включая операции:

• управление регуляторами:
  • изменение режима регулятора: "Автомат", "Ручной" или "Каскад";
  • установка нужного значения задания или ручного выхода исполнительного механизма;
  • настройка параметров ПИД-регулятора.

В целом, в схеме управления, полноценно участвуют следующие регуляторы:

• LC121 — уровень воды в барабане котла;
• PSA76 — разрежение в топке котла;
• FC101 — расход пара в паровой коллектор;
• FC102 — расход природного газа;
• FC103, FC104 — расход доменного газа;
• FC105 — расход коксового газа;
• QAC151 — процент кислорода в дымовых газах;
• TCA1 — температура пара.

В прикладном смысле модель позволила отработать алгоритмы управления подачей нескольких родов топлива.

Ресурсоёмкость модели составила 70% на ядре процессора 800 МГц, архитектуры x86.

Ссылки

Referring pages:

Doc/OpenSCADA072
Doc/OpenSCADA080
HomePageEn/Doc/OpenSCADA072
HomePageEn/Doc/OpenSCADA080
HomePageUk/Doc/OpenSCADA072
HomePageUk/Doc/OpenSCADA080
Using/ModelDMKK9