Download
struktura informacyjna systemu automatyki na przyk adzie o kartuzy n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Struktura informacyjna systemu automatyki (na przykładzie OŚ Kartuzy) PowerPoint Presentation
Download Presentation
Struktura informacyjna systemu automatyki (na przykładzie OŚ Kartuzy)

Struktura informacyjna systemu automatyki (na przykładzie OŚ Kartuzy)

210 Vues Download Presentation
Télécharger la présentation

Struktura informacyjna systemu automatyki (na przykładzie OŚ Kartuzy)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Struktura informacyjna systemu automatyki (na przykładzie OŚ Kartuzy) Wykład w ramach przedmiotu: Wprowadzenie do Systemów Sterowania i Wspomagania Decyzji 04.06.2009 Opracował dr inż. Jarosław Tarnawski

  2. Potrzeba przemyślanej struktury informacyjnej • W złożonym obiekcie sterowania, takim jak oczyszczalnia ścieków, znajduje się wiele rozmaitych informacji: dane dotyczące wielkości procesowych pochodzące z pomiarów, dane technologiczne określające wymogi stawiane systemowi automatyki, dane sterujące urządzeniami realizującymi algorytmy sterowania, stany poszczególnych urządzeń w systemie, informacje o pogodzie, o zakłóceniach pracy, ekonomiczne itp. • Informacje te różnią się od siebie przeznaczeniem, ilością, zależnościami czasowymi, sposobem wprowadzania do systemu, koniecznością archiwizacji, stopniem zagrożenia w przypadku ich utraty itp. Opracowanie właściwej struktury informacyjnej jest sprawą kluczową z punktu widzenia nie tylko sterowania procesami oczyszczania ścieków, ale również użytkowania i zarządzania całą oczyszczalnią.

  3. Nowoczesne sterowanie oczyszczalnią ścieków (OŚ), poszerzające informację pomiarową za pomocą techniki soft-sensorów oraz wykorzystujące modele matematyczne i sterowanie predykcyjne, powoduje znaczne zwiększenie ilości danych w systemie oraz wymusza konieczność stosowania nowych narzędzi (w postaci stacji obliczeniowych – zbędnych przy sterowaniu klasycznym, stosowanym obecnie w większości oczyszczalni w kraju) oraz włączenie tych narzędzi w strukturę informacyjną systemu

  4. Struktura klasyczna Typowa struktura systemu automatyki, złożona z urządzeń pomiarowych (UP), urządzeń wykonawczych (UW), sterowników programowalnych (PLC), systemu sterowania nadzorczego i akwizycji danych (SCADA) oraz bazy danych, umożliwia realizację sterowania na poziomie podstawowym (np. sterowanie regułowe, sterowanie włącz/wyłącz oraz proste algorytmy typu PID).

  5. W obecnych rozwiązaniach sterowania OŚ głównie stosowane są właśnie takie proste algorytmy, np. sterowanie recyrkulacjami – proporcjonalne do napływu, pożądane stężenia tlenu w komorach biologicznych zadawane są bezpośrednio przez technologa, a realizowane za pomocą regulatorów regułowych lub PID. Zbiorniki retencyjne wykorzystywane są zazwyczaj dopiero wtedy, gdy napływ przewyższa możliwości oczyszczalni. Dozowanie chemikaliów (PIX) oparte jest najczęściej na doświadczeniu technologów i operatorów.

  6. Możliwość i konieczność poprawy sterowania • Scharakteryzowany sposób sterowania, wsparty wiedzą i troską technologów i operatorów, pozwala na prawidłowe funkcjonowanie oczyszczalni, jednak z pewnością może być udoskonalony. • Zastosowanie nowoczesnego sposobu sterowania OŚ ma na celu prowadzenie procesu oczyszczania w sposób bezpieczny, zgodny z wytycznymi środowiskowymi oraz kładącego nacisk na zagadnienia ekonomiczne.

  7. Środki do osiągnięcia tego celu to rozpatrywanie obiektu jako OŚ wraz z systemem kanalizacyjnym, wykorzystanie retencji, poszerzenie informacji pomiarowej za pomocą soft-sensorów oraz wykorzystanie modeli matematycznych i sterowania predykcyjnego. • Wymienione zadania nie mogą być zrealizowane przez produkowane i dostępne obecnie PLC z powodu znacznej złożoności obliczeniowej algorytmów estymacji, optymalizacji i sterowania predykcyjnego. Aby sprostać tym zadaniom, konieczne jest uzupełnienie klasycznego systemu automatyki o stację obliczeniową (SO), modyfikację zadań istniejących elementów struktury oraz ustalenie nowych i modyfikację istniejących kanałów informacyjnych SO z pozostałymi składowymi systemu. • Z tego wynika więc, że nowoczesny sposób sterowania OŚ nie tylko wymusza wprowadzenie do systemu nowego elementu funkcjonalnego – SO, ale również stawia nowe wymagania dla systemu SCADA oraz bazy danych.

  8. Nowa struktura • Centralną, nadzorczą rolę w systemie odgrywa element SCADA. Do standardowych zadań SCADA, tak jak w klasycznym systemie, należy akwizycja danych pomiarowych, prezentacja stanu procesu i danych archiwalnych, umożliwienie wpływu operatorowi na proces i współpraca z bazą danych. SCADA w nowej strukturze ma do wykonania nie tylko standardowe zadania, ale także musi współpracować ze stacją obliczeniową. SCADA jest elementem nadrzędnym w stosunku do stacji obliczeniowej, do której wysyła żądania pobrania danych z bazy danych, rozpoczęcia obliczeń i powiadomienia o zakończeniu obliczeń. Wyniki obliczeń trafiają do bazy danych, a niektóre z nich (obliczone sterowanie przy nadzorze SCADA) zostaną przyłożone do obiektu za pomocą PLC. Zadaniem SO jest obliczanie trajektorii sterowania, które realizowane są przez warstwę sterowania bezpośredniego w postaci PLC. Stacja obliczeniowa działa w innym rygorze czasowym niż warstwa sterowania bezpośredniego.

  9. Elementy struktury

  10. Struktura logiczna • Przedstawiona struktura jest strukturą logiczną – opisującą konieczne i rekomendowane składniki systemu, jednak nie wskazuje na konkretne urządzenia (np. typy PLC) i ich producentów. Wyraźnie wskazane są kanały informacyjne – dzięki czemu widać, które z nich wymagają dużej przepustowości do transferu danych, a przez które będą przechodziły tylko rozkazy. Jednak tu również nie są podane są konkretne rozwiązania. Struktura logiczna może być zaimplementowana na wiele sposobów z wykorzystaniem urządzeń i oprogramowania różnych producentów. Takie przedstawienie struktury informacyjnej umożliwia zarówno modyfikację istniejących już systemów sterowania w OŚ, jak i ich budowę od początku.

  11. Struktura informacyjna

  12. Opis kanałów informacyjnych

  13. Prototypowe wdrożenie

  14. Do właściwej pracy przedstawionej struktury informacyjnej potrzebne jest efektywne współdziałanie wymienionych wcześniej elementów logicznych. O jakości działania tego układu decydować będzie wydajność SO oraz szybkość i niezawodność przesyłania informacji pomiędzy składowymi systemu. Istnieją już na rynku światowym usługi wynajmowania mocy obliczeniowych. W przypadku sterowania oczyszczalnią musiałby być zapewniony niezawodny, chroniczny dostęp do takiej usługi. To raczej rozwiązanie przyszłościowe. Na chwilę obecną należy rozpatrywać rozwiązanie z lokalną SO.

  15. W celu poprawienia wydajności SO należy optymalizować kod algorytmów SMAC i sposób wykonywania obliczeń. Sytuacją pożądaną i rekomendowaną byłoby generowanie kodu C wprost z pakietu Matlab, a później kompilacja i wykonywanie tego kodu w środowisku MatlabRuntime. Do komunikacji pomiędzy elementami składowymi systemu zalecany jest standard OPC. Powodzenie wdrożenia zależy również od właściwego wyboru systemu SCADA i InDB oraz platformy, na której te systemy mają pracować.

  16. Bibliografia • Brdyś M.A.: Zintegrowane inteligentne sterowanie systemami ściekowymi – koncepcja systemu, „Wodociągi i Kanalizacja” 2(5)/2004. • Duzinkiewicz K., Piotrowski R., Krause Ł.: Nowoczesne sterowanie w oczyszczalniach ścieków – sprzęt i oprogramowanie, „Wodociągi i Kanalizacja” 1(10)/2005 • Tarnawski, Struktura informacyjna systemu automatyki, Wodociągi i Kanalizacja” 3(12)/2005