ZHRANÍ. 1. Úvod 2.!! "#$"%&'(")("*+,%-.,/#$"0. Petr NEUMAN - Bohumil ŠULC - Javed ALAM JAN - Michal TAUCHMAN. Praze Pantek(CS) s.r.o.

Transkript

1 ZHRANÍ Petr NEUMAN Bohumil ŠULC Javed ALAM JAN Michal TAUCHMAN Praze Pantek(CS) s.r.o. Hradec Králové Abstrakt: [13]! "# $%$ $ &'( )()" (($#!"# "!!$"(*,$& #'"( %$$##$(!"#" ("# ((e ' # &./" "( " *"&! # ") &%" InTouch " ( %$$& 0 uvedené ukázce panelu instruktora naprogramované pomocí pro # *$!"!$! (* 1 2"&$i ""##" ")$1$3 " "$!$)*1 (" "&2(*4. The paper is a continuation of the presentation at MATLAB conference last year. Now, the presented model of a coal fired steam boiler is enlarged by a nonlinear steady state in consequence of which the model it has become a suitable instrument in creating training simulators. This task requires preparation of a operator interface corresponding to real condition in the operator room. It is shown that by means of MATLAB Simulink it is possible to fulfill this task and that a communication with an industrial information and control system InTouch is possible. In this way interface also could be created with using of MATLAM package including the realization of important functions for operators training, e.g. backtracking, fast/slow speed of simulation, freeze, definition of simulation conditions (e.g. size and time of disturbance changes, possibility of continuous changes controller parameters change, etc.). 1. Úvod 5! ( " (( # #1 " )( *!",)*" %"&%"*/!")")# &! %)(r $"# $!$ %!!#! %$"1 í!$"#*61& &$("#$ 1& (7 ""#"## # &#%$#&"*"#1#*1 %"&*" )"%"#%$ #!"'$ )$1#! %"#& %!!$1ý!$"($8$ #&''#* $#$( 7 )íselnou shodu s(!"$#")"! %"#& "##''$ 7"$"#*3%7"&%"*#" #" enými "&4'1"*")$"# (#"3 e!$4 %$ (%$9*# ""$"' ") (())o %!$"#*# ($!$")$"#* detailním modelováním '$#!$*9*#" $%$"# # $(2"7i "($#$(&!$ vysokou invest)()!" ( & 1)!$ # 7%" "# %*! (*#!$ ( 2.!! "#$"%&'(")("*,%.,/#$"0 1!$!!$ "#* (!$1 *"('!" (& ",)!" (" #& )%$! %$ ") 2"& 1% 267

2 v programovém balíku MATLAB zejména Simulink. V##($"## " %$ # "#* #!$ $2!$ )( 3$( " s! "$( (#4#(##*$(2)$1#*$ %"( %#1! &$# 0& 2"! "!$!!$$'1(""%&!$ ' ($"("$###1 (" %&$ "alizována v#2"' & #(!#2!##(e (!"1 (" %$#$&%"$)$(*&# '3í #1##"(4& (*2"/" " # 1 "#o )% %,)&7&1&%$ %$(#(!i %1& )%") 1 2"""):(!)3;<4 "!11!$)"**1$"# Nejvíce v7("(* ( ("(!< #$&%"#%$#)!$#$"(* %( % $((""("$#!"" &1 ($ (j!$1$3 ("&'$2 (#4 1 '$!$"*&* "(* %*#"#$( # charakteristiky. Z$# & %!/")%*(1'$" *23"$4!,"!/&* (podle norem v zemích Evrop %!!":")4!& (7&%" #1!#&%"9=/"(#&%"&('(0!$o #$&%# '' %$(%1 & (# (>7' %#*#&1$& %? hlediska výcvikového # %'&$"#*(2 (3 1r 2 %1 &4"%## %( &$ 1%"$(2 %$(%") &$%"")" " #(!$$!$*"* $o #" ") '" (!)"!$#(?$$#!$#'.,/*5($" *23", %"2"!"# &## %"#(!" & "( 2! # &%"& 3"&4 " (# &%" 3'(4@ %#' &1&& "í& práci [16] A")#!$*"&!$")$"$&%"* #$)!o )% &%"5$#(!!"'" oblasti energetiky, které mj. ovlivnilo " )% ( #$ &%"* # "&? 1" /&%"&?!$# &%" 5n $!&$"% *%(" "#(#'*1 % &(% "#& * # * # # '!" " " Inenýrské simulátory s generickými modely Tréninkové simulátory Obr. 1?(( #*&"( s plnorozsahovými modely '("#)"%á)!; ' [%] komunikace s#" e! ") "#!# " ývoje modelu bloku Elektrárny Opatovice, která &%"&? 5$ ( let. Výhodou prezentované realizace výcvikového "( " B'C "( # # *( $ é ho hlediska, ale i z obchodního hlediska. Zákazníkovi lze nabídnout simulátor s plnou licencí MATLABSIMULINK, který bude ",& ' "# v souladu s rekonstrukcemi technologického " " ( 1# ) ()' 9$ " ností je nabídka simulátoru s"#" o!" MATLABSIMULINK do programu =DD 1 " #'$, 3. "0.4%/1#" */)* %.,/#$"0*$" *23"0 268

3 /"(&! % %&2!$#*1 (#( d$ )$ *E '( $ $ )("(34(#(3í 42 %$(' $%(*'("* 1!a ((!"$#<!"<!"# & %$&%"3& :i ") %41"(1"))2"!"# &## % 1( ")#!$1 &&!$#%,)&3") %4 #$systému! 1F (! &%" 3") %4 1 ") #$ &%"#$"*$!$2"*3") %4 #&" %$"# 2 %$! #& "( "* " 1F % "##%$2 %$11!"#)%$& %"# pak získat nastavením a parametrizováním tohoto obecného modelu (plnorozsahový model nebo model ji %$&2!)()!) Z#%$"% $# 1 " ") % " # " # (! k&%"*"!"#" (%$ #&"! "# %$ 2 %$Velkou nevýhodou je však to, "(& #1,% #( &##%$ & pouze v#1 $% #( & (% ) e (%#( &#1d %(##( 23 &!!$ * % "" topnou sezónu). Tato doba je nejen krátká, ale také "&$!!$ *3 letních odstávek jde o dobu dovolených). 9'!$# % " v # ( &$ hlediska dis )$"$d " ($!#22! )r 61H/$%"(()( ($2)$'! dl V# %%"! %"# ''G "7o ("% &1#'$( *($ % adavky. 4. Realizace modelu energetického bloku v programu Simulink # 1 %$ $%" ( #&" % )( > (& 6atovice (uhelný mlýn a spalovací komo &4 ((#)(obr. 2, kte! # $%" propojením lineární dynamické a nelineár %)( [2]. Propojení lineární a nelineární )( "#* # podle modifikovaného principu Hammersteinova modelu [5]. Takto vytvo! model byl realizován ve standard "")"2mu SIMULINK. Jedná se o zjednodušený model kotle 1(&3() 41 elektrického generátoru. S ohledem na " "#& *1& regulace výkonu parního energetického parního kotle je zde modelován pouze ; $ [7], spalování a #!$ 1!r 61I$#%$ &$#1(& 269

4 níku [8]! " (&[9]" imárního a sekundárního vzduchu na vývin páry [10]. ádaná hodnota pom vzduch/palivo 0 Porucha v dodávce paliva dmf = 1 [kg/s] v 0. s Model regulace pom vzduch/palivo Model p spalovací komory a výparníku Zmny tepelného toku dq (za výparníkem) 1 20s Zmny prpáry z výparníku Steam flow feedback 1 35s1 PID antiwindup Excess Pvzduchu PID Mux Model závislosti emisí NO x a CO na p vzduchu Výpoet (odchylek) p vzduchu 0,5 Model systému dodávky vzduchu PID Regulátor tlaku páry Air 0 ídicí veli obvodu regulace tlaku Press Zmny tlaku páry dps [MPa] 1, s Zmny tlaku páry dps Dynamika ventilu Mux Zmny prvzduchu dqa Stmflw 1 35s1 Zmna odbpáry dms = 1 [kg/s] v s Zmny prpáry dms [kg/s] Nominální zatí 100 Nominální hodnota pvzduchu Pet zatí na prpáry [kg/s] Prpáry za výparníkem [kg/s] Prvzduchu za oh [m3/s] Tlak páry za výparníkem [MPa] Mux Ms Prpáry [kg/s] Qa Prvzduchu [m3/s] Ps Tlak páry [MPa] stat Dodávka paliva_[kg/s] Mf Mnopaliva [kg/s] 61J %$%"! %$"# grafice Simulink?)"#$( #komplexního modelu kotle a turbíny je ukázáno na obr. 5, )" #1' popis komplexního modelu energetického bloku je uveden v práci [12], Z) "#$( provedeno$#!""$!$)#!$#)$submo#* Komplexní model kotle vznikne tedy "#)$sub"#*$( "&! dalšími submodely napájení kotle a bubnu,$( (&# "1soustrojí turbínagenerátor, kte%(& [14].!""!$"#* 1&1"#*#!$)($2 %$ y $( z dostupné literatury [1], [3], [4]. Z#1' #!$ &* "(* %*#% práci [8]&!(" & (&!$"#*! %ikace, #($")###$2)$"&) Jedním z'!$1%"*1& 270

5 extremální regulace spalování v " práškového uhelného kotle s cílem minimalizace škodlivých emisí [7] [10], [17], dalšími'!"i problémy byla detekce poruch [15], [21], )&[6], [11]. /##"( #"" % 1& "# % "( 2 " # (&$( "1112" 3"($4#$#* (&#o 1)($2)$"&) 2(*1&& &&% "%$ [19], [20]. Pro ilustraci jsou na obr. 3 ((& %")#& $& dodávce paliva a v#1(&#1)#1íny. Obr. 5 $#%$%" % 5. */)*!"*16$7! "#$"**%$",&$"*1!"%$8 9 #" " 1& %$ 1 # ( %$ # 2" 1&&!1K( *1& & #!$#* "(* %*"E # $#1 ##$1& %"##1 *"&!$#$&é "* " ($* ' # ) ( & " (#$ 1&!$ d ##$ ) " Start B.T. Clear Speed Pause Stop Quit '")2" (# 2" & #((#%$1$ opakování 1%$)%$ " "%"!"""* vzájemným (gra!"4("!# * (#("!$!1$ "(#&%(&$"L")3/""4 )! )3ual Time) jsou zobrazovány v%)(panelu " $#%" )")1$ )í zobrazování panelu 9'"(#" &3' (7(1# 4&11%)&3 (&./e "".MM<#4$ $#&(#& )% 2 %#1 v*!$($" "%$#(($#"*2(*i $'#)(" 1" &3N#4 271

6 # ( %"1("! 1#1( Obr. 6 Ukázka vzhledu obrazovky instruktorského panelu naprogramovaného v programu MATLAB 6. Procesní vizualizace Wonderware InTouch Wonderware InTouch <&( "7$ 2/=9:O53/& =#9P:O".$541#!$ o $2!$ * = (! & '$ *"&!$ 1$ 8" &2 %1!$!1$*(#$a poskytovat dynamické animace, které 1 (&!$&%"* 61 &1"$"" 1"#("($ $# ($#!$,#*$ $ ) 1%#)"$ "#%,#"##%)(!1$ Automation Research Corporation, USA,#(( InTouch je nejvíce nasazovaný software ve své kategorii QHRRRR3 HKRRR# *4/&%""11!( v S %a Slovenské republice 1&# QI QJRRicencí. K"1$#",$&#$ % %$ uálního následování vývoje v1<!$$2$2 #'u #*#hardwarovou "#$&%"* 272

7 " #"&%"& dispozici rozsáhlá nabídka I/O *&!$""Tnderware nebo dalšími nezávislými softwarovými firmami. Podporovány jsou všechny '' # systémy ;.#&/"#?#' " ostatními softwarovými systémy se & ( ## " ) ##& % jsou dopl& novými progresivními technologiemi "&1&!( " #" (''!%o #5$#'$&'$2)OU6=36>=n 4T#</ ###)%99>:@99> T#< 5$ ( <! &%" )! &(!$ $ *"&%$"' #"%#* %1&#" 11%"!$#$29% 2#(! (*!$acovištích mohou pracovat se známými obrazovkami %$( %$', ale v#1 "u )&%""" )'#!$1& )$# Na obr. 7 je ukázán vzhled operátorských panel*3%)( schema zapojení technologie, v%)(b2(* ) z konkrétní aplikace InTou$> (6atovice. Obr. 7 Ukázka vzhledu obrazovek operátorského panelu naprogramovaného v programu InTouch 7. "!:!";"*.0,(*!"%$8 9$1.protokolu DDE 99>39&"9>7$24#" *1*("% " #%)" systémem Windows. ## $!$#!"&#)( #$( A ( & (# ( & Kdykoliv klientská aplikace zahájí DDE komunikaci, musí identifikovat dva parametry definované serverem. Prvním parametrem je Jméno aplikace, s kterou má být komunikováno, nazývané Service name, pro Intouch je to View a pro Matlab je to Matlab. Druhým parametrem je subjekt komunikace nazývaný topic name, pro Intouch je to tag name a pro Matlab je to System. A#& ( 1# (# "unikaci$('!# (# 99> komunikaci. Kombinace"* service a topic #)# ". Parametry service a topic"$1!"& *1$ " ) service"* # # " 0*1$ " ( t ( &"#"'!" "3items). Item 273

8 je odkaz na data, která! " "1" aplikacemi.a( "* " *1$ " 92"(#$% #"specifické funkce /" Pressure je jméno & 3" "4 v programu InTouch, které odpovídá v programu MAT"(/ Pro realizaci popisovaného problému tvorby operátorského rozhraní jsou ze systému2"*5$#* % dv hlavní )(Window Maker a Window Viewer. Window Maker!%# #e (a objektov(2 &("!$(!$" * Windows Viewer je run time pro # % 1(" *&!$2""Window Maker. 8. #17" / zemích s& " G%2!$#*S %1 %$1!'# #1,(*2!$1 *)*í *1 *#$"#",)'$*1* $#($!!$i "(* %* #%)( "7$!!$#' $ *31#etraining courses). K%$$ # (##1*12!$#*!$!$ (!"!1!1 #( 2 )" 1$# 2 ( "" #1)" )" 3 V>/&4 ) v$%$"%$!!*1 #7%" # &h $ %$"% & #1&$,1$&()* * %","%$1"7"($! 2 %$#1&(& (,"($!"))!"#1!"#"&%"& #u $('!$#" ()"#$#1# )!"(r!")" ##%$!! 0 %"#(1% návyky a v#(!&'##1(v %$($(##2 %$#1# & %$)$2 %$e 1$)("1)!1( #*1!#'! "i ")$ % VS %11$"!$$!1!$##( &")$ %*r )!$2!$1 *( %'1&!1(1rušena pro nedo )$ # * # * $)$ ##*?$ #*#* " vs % 1 $% %& 1 * #!$ ( # $ v rámci školení a výcviku (*"& #("!"( "'!"(#"yhláškami. )"!##( )!$( a # *"*&$$")$ %*2!$1 *! (*zního personálu.?(#) (!"!!"# "1&á #& ( #*1 %#' &"$&1!% "' 2 % # menším )"(* Prezentovaný ek se opírá o profesní aktivity jednotlivých spo*, které v!$ )($ byly #&"# výzkumného("u Ministerstva školství"(#!$&s %1 & ) J04/98: B?&'(,)2!$* ( 2!$##*. V " (CS), s.r.o.o#a(% "spolu %$poskytla velmi ochotnou a významnou )<#$)"doktorandovi panu Javedu Alamu Janovi v jeho studijním programu realizovaném na SVUT v Praze a 1$"1&v Cernu. V### *$ *"> (&6 (" %$$ ")$ %$ &$ 5$o #"&%"? 274

9 9. Literatura [1] S"(. 0.?( 9&" 2!$. ACADEMIA, Praha [2] 9$!E0& "# %$$( *,)&$2/1 #(' #ovodného programu veletrhu PRAGOREGULA 99. Masarykova akademie práce, Praha Str , ISBN [3] O'EV2)$ &!" [4] A( ;1;X6E9&" 2$ *SNTL, Praha [5] Keviczky, L. Vajk, I. Hetthéssy, J.: A selftuning extremal controller for the generalized Hammerstein model. Proceedings 5 th IFAC Symposium on Identification and System Parameter Estimation, Darmstadt [6] Neuman, P.: Predictive integral and selftuning regulator for loadfrequency control simulation of interconnected power systems. Proceedings 9 th IFAC World Congress, Budapest 1984, pp [7] Neuman, P. Štosek, V.: Advanced NO x measures and control systems in the Czech Republic. Proceedings 11 th Annual International Pittsburgh Coal Conference. Pittsburgh 1994, pp [8] Neuman, P. (1997). Engineering simulator for fossil power plant. Preprints IFAC/CIGRE Symposium on Control of Power Systems and Power Plants. Beijing, pp , ISBN /TM.5. E5!!"(2$!" doprovodného programu veletrhu PRAGOREGULA 99. Masarykova akademie práce, Praha Str. 7 14, ISBN [10] Neuman, P. Šulc, B. Jarolímek, A.: Engineering simulator of a coal fired steam boiler applied to optimum combustion control. Proceedings 14 th World IFAC Congress, Beijing 1999, pp , ISBN [11] Neuman, P. Máslo, K. Šulc, B. Jarolímek, A.: Power system and power plant dynamic simulation. Proceedings 14 th World IFAC Congress, Beijing 1999, pp , ISBN [12] Neuman, P. Šulc, B. Dlouhý, T.: Nonlinear model of coal fired heating boiler for emission reduction control. Proceedings of the workshop DISTRICT HEATING CONTROL 99, Zlín 1999, pp , ISBN [13] Neuman, P., B. Šulc and A. Jarolímek (1999e). Engineering models and control simulators of a coal fired steam boiler (in Czech). Sborník 7. konference MATLAB 99 Praha, str , ISBN [14] Neuman, P., B. Šulc and T. Dlouhý (2000a). Nonlinear model of a coal fired boiler applied to an engineering simulator. accepted to IFAC Symposium on Power Plants and Power Systems Control 2000, Brussels, pp [15] Neuman, P., B. Šulc, P. Zítek and T. Dlouhý (2000b). Nonlinear engineering simulator of coal fired steam boiler applied to fault detection of optimum combustion control. Preprints 4 th Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes SAFEPROCESS 2000, Budapest, pp [16] Neuman, P., B. Šulc (2000c45!!"#$ $! '! konference doprovodného programu veletrhu PRAGOREGULA2000. Masarykova akademie práce, Praha, str. 5966, ISBN [17] Šulc, B., Neuman, P., a Dlouhý, T (2000): Engineering Simulator of Coal Fired Steam Boiler Used for Optimum Combustion Control Design. Seznam posterových prezentací T $HRRRS08$HRRR, str. 27. [18] Šulc, B. (1994). Integral action and anti windup. Proceedings of 3 rd IFAC Symposium Advances in Control Education ACE 94, Tokyo [19] Šulc, B.: Integral windup in control and system simulation. In: Control Engineering Solutions a practical approach (Albertos, P., R. Strietzel and N. Mort (Editors)), pp IEE, London ISBN [20] Šulc, B. and P. Neuman (1999). Modelling of a coal fired steam boiler applied to improve emission parameters (in Czech). International Symposium FLAME 99, Prague, pp. 3745, ISBN X. [21] Zítek, P., T. Vyhlídal, and J. Hlava (1999): Fault detection of slowly operating process by means of steady state observer. IQ 2 FD Copernicus Final Workshop Proceedings. ClujNapoca, pp Adresní údaje o autorech Plné jméno s tituly: Ing. Petr NEUMAN, CSc. Doc. Ing. Bohumil ŠULC, CSc. #$%&'$ 0! %# 2 &0/> S %& %)$ % instituce / firmy: Tušimice, a.s. Y%#$iky Adresa pro korespondenci: Tušimice Technická 4, Praha 6 neumanp@volny.cz sulc@fsid.cvut.cz Fax: 0398 / / Telefon: 02 / / Plné jméno s tituly: Ing. Michal TAUCHMAN Ing. Javed ALAM JAN. #$%&'$ instituce / firmy: Pantek (CS), s.r.o. S %& %)$ % Y%#$iky Adresa pro korespondenci: Škroupova 957, Hradec Králové Technická 4, Praha 6 mtauchman@pantek.cz javedalamjan@hotmail.com Fax: 049 / / Telefon: 049 /