ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ

Гурьев С.В.

ORCID: 0000-0002-8332-2915, аспирант, Нижневартовский государственный университет в г. Нижневартовске

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ

Аннотация

Насосы используются повсеместно и алгоритмы их управления у всех примерно одинаковы. В данной статье освещаются общие принципы, которые были выделены из практического опыта. В целом трудность в разработке сводится к тому, что хочет получить конечный заказчик. Часто заказчик только примерно представляет, как  должен работать насос из-за этого проектный институт формирует алгоритм работы насоса не в полной мере. В результате проект сдается как есть с некоторыми белыми пятнами, но в целом выглядит как вполне рабочий. В результате от таких белых пятен страдает программист и эксплуатация, что в конечном итоге приводит к срыву сроков сдачи или сбоя в работе оборудования. Целью статьи является предоставление основ по тому, как должен работать алгоритм работы насоса, что бы в дальнейшем белых пятен было меньше.

Ключевые слова: насосы, алгоритмы управления, автоматизированные системы управления.

Guriev S.V.

ORCID: 0000-0002-8332-2915, Postgraduate student, Nizhnevartovsk State University in Nizhnevartovsk

PRINCIPLES OF CONSTRUCTING A PUMP CONTROL ALGORITHM

Abstract

Pumps are used universally and their control algorithms are almost the same for all. This article highlights general principles that have been singled out from practical experience. In general, the difficulty in developing is reduced to what the final customer wants to receive. Often the customer only approximately represents how the pump should work, as a result of this the design institute forms the algorithm of the pump operation not fully. As a result, the project surrenders as it is with some white spots, but on the whole it looks like a fully working one. As a result, from such white spots the programmer and the operation suffers, which ultimately leads to a breakdown of the deadlines for the delivery or malfunction of the equipment. The aim of the article is to provide the basics on how the pump algorithm should work that there will be less white spots later.

Keywords: pumps, control algorithms, automated control systems.

Любая разработка начинается с проекта. Под техническим проектом [1] подразумевается совокупность проектных документов, в которых отражается их общее: назначение, принцип работы, габариты и основные параметры. При организации схемы работы проекта [2] (Рис.1) возможны совмещения функций заказчика, проектировщика, поставщика и разработчика.

Рис. 1 – Схема организации проекта

Основные стадии создания проекта по управлению насосом [3]:

1. Проектирование [4, C. 5] – этап, на котором проектный институт формирует проектное решение на основе требований заказчика. Формируются основные документы, с указаниями того, что и как использовать. Формируется программа и методика испытаний [5]. Задаются примерно такие вопросы:
   1. Какие показания насоса необходимо видеть постоянно?
   2. Способ управления насосом удаленно или по месту? Запуск с АРМ (Автоматизированное рабочее место) оператора или кнопкой по месту или с удаленного терминала телемеханики?
   3. Что делать если температура подшипника выше 100 градусов Цельсия? Что делать если большой осевой сдвиг?
2. Разработка – этап, на котором начинается работа программиста. По проектной документации пишется программа управления. На этом этапе решаются некоторые проблемы проектирования.
3. ПНР (пусконаладочные работы) – этап, на котором выполняется подключение физических цепей управления, и совместно с заказчиком идёт проверка алгоритмов управления. На этом этапе заказчик понимает, что нужно переделать и как. Так как до этого момента не было полной картины понимания того как оно может быть устроено и работать. Так же узнается, что было закуплено не то оборудование, которое необходимо и его никто не будет менять. Процесс зачастую длительный и утомительный.
4. Внедрение – этап, на котором готовый и обкатанный проект передается в эксплуатирующую организацию. Этап, на котором идёт огромная бумажная работа.

Стадия разработки начинается с того, что получается проектная документация, самыми важными для программиста являются документы, где описываются:

• Входные и выходные сигналы. Представляет собой список с указанием вида сигнала, описания, позиционного обозначения, типа датчика, предела измерения и описания сработки аварий и защит.
• Алгоритмы и способы их разработки. Представляет собой описание с использованием блок-схем, UML, диаграмм переходов, текстовое или иное другое описание.
• Используемые программные и аппаратные средства. Описывается используемый ПЛК, SCADA система, какое дополнительное ПО и т.д. и т.п.
• Технологическая схема если планируется разработка HMI.

ПЛК [6] – программируемая твердотельная система управления, выполняющая функции подобные релейно-контактной логической схеме.

SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition) [7] – автоматизированная система, предназначенная для разработки или работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте управления.

HMI (HMI/MMI - Humain/Man Machine Interface [7] – графический интерфейс взаимодействия с пользователем.

Усредненный алгоритм управления насосом полученный опытным путем [8], [9], [10]

Необходимо ввести некоторые определения (Таблица 1).

Таблица 1 – Определение необходимых типов структур

Группа	Тип	Элемент	Описание
Команды (cmd)	Bool*	Reset	Сброс
	Bool	StartOper	Включить оператором
	Bool	StopOper	Выключить оператором
	Bool	StartAuto	Включить Авто
	Bool	StopAuto	Выключить Авто
	Bool	Auto	Автоматическое управление
	Bool	Rem	Дистанционное управление
	Bool	Local	Местное управление
Состояния (sw)	Bool	On	Состояние вкл/выкл
	Bool	Ready	К пуску готов
	Bool	Alarm	Неисправность насоса
	Bool	StopAlm	Аварийный останов
	Bool	AlmStart	Отказ пуска
	Bool	AlmStop	Отказ останова
	Bool	Oper	Вмешательство оператора
	Bool	Auto	Управление автоматическое
	Bool	Rem	Управление дистанционное
	Bool	Local	Управление местное
Аварии (alm)		AI[0]***	Какой-либо аналоговый датчик
	Bool	AI[0].alm_sen	Отказ датчика
	Bool	AI[0].alm_HH	Аварийно верхний уровень
	Bool	AI[0].alm_LL	Аварийно нижний уровень
		AI …
	Bool	DI[0]	Какой-либо дискретный датчик
	Bool	DI[0].state	Значение на входе
	Bool	DI[0].alm_sen	Отказ датчика
		DI …
Выходы (do)	Bool	Start	Пуск
	Bool	Stop	Стоп
Состояние алгоритма	Int**	State	Переменная
		0	Инициализация
		20	Авария
		30	Включен
		40	Выключен
		130	Включается
		140	Выключается

Примечание к таблице 1: * – переменная, которая может принимать значения 0 или 1; ** – переменная, которая может принимать значения -32767 или 32768.*** – значение аналогово датчика в физических величинах.

Пример аналогово датчика:  диапазон измерения электрической величины (эл.в) датчика 4-20ma, физическая величина (ф.в.) 0-100, то при эл.в. = 4, ф.в. = 0, при эл.в. = 6 ф.в. = 12.5 и т.д. и т.п. Часто используется формула линейной интерполяции.

Подробнее о режимах управления:

• Местное управление – пуск и останов насоса возможен только по месту установки оборудования, команды управления с интерфейса оператора блокируются, контроллер насосом не управляет.
• Дистанционное управление – насос управляется командами оператора с ПК, либо по сигналам аварийных защит.
• Автоматическое управление – насос управляется в соответствии с алгоритмом автоматического управления.

Подробнее о состоянии алгоритма:

• Инициализация – изначальное состояние алгоритма. Команд нет, состояние неопределенное, управление не осуществляется. Включается команда Reset для определения текущего состояния.
• Авария – состояние, которое говорит о том, что есть активная авария.
• Включен – состояние, которое означает, что насос находится в работе.
• Выключен – состояние, которое означает, что насос выключен.
• Включается – состояние, которое означает, что насос в данный момент пробует запуститься и перейти в стадию «Включен».
• Выключается – состояние, которое означает, что насос в данный момент производит останов и по завершению таймера на ожидание выключение он перейдет в состояние «Выключен» или если по завершению таймера он будет включен, то перейдет в состояние «Авария».

Подробнее о логике работы насоса:

• Включенный насос (sw.On = TRUE) может быть выключен по команде от оператора (cmd.StopOper) или автоматически (cmd.StopAuto)  по сработке аварии (sw.AlmStop). Не анализируется готовность к запуску (sw.Ready = FALSE).
• Выключенный насос (sw.On = FALSE)  может быть включен по команде от оператора (cmd.StartOper)  или автоматически (cmd.StartAuto) по определенным параметрам, но только в случае если он готов к запуску (sw.Ready = TRUE).
• В случае если насос находится в аварийном состоянии (sw.Alarm), то он не может включиться, пока не будет подана команда сброс (cmd.Reset). Состояние в аварии выставляется, в случае если алгоритм перешел в состояние 20-Авария.

Обработка алгоритма управления состоит из:

• 1) Инициализации используемых переменных.
• 2) Сбор и обработка аварий и готовностей (Рис. 2).
• 3) Обработка состояния насоса (Рис. 3).
• 4) Подача управляющих воздействий.

Рис. 2 – Алгоритм сбора аварий и готовности насоса

Рис. 3 – Алгоритм обработки состояний насоса

После того как были сформированы основные требования к алгоритмам управления начинается стадия разработки, которая полностью лежит на плечах программиста и от его решений зависит качество получаемого проекта. В общем можно выделить два основных подхода в разработке:

• Первый – каждый насос обрабатывается отдельно, т.е. для него выделяется отдельный кусок кода который обрабатывает его и только его.
• Второй – создается шаблон (структура, класс и т.д. и т.п.), который включал бы в себя атрибуты объектов, сгруппированные в этот шаблон. В результате можно использовать представление шаблона в виде массива, который удобно обрабатывать с помощью циклов.

Список литературы / References

1. ГОСТ 2.103–2013 Единая система конструкторской документации. Стадии разработки – Введ. 2015-07-01. – М. Стандартинформ, 2015. – 10 c.
2. Организационные модели структур проектной деятельности [Электронный ресурс] // Projectimo.ru Время успешных проектов URL: http://projectimo.ru/upravlenie-proektami/organizacionnaya-struktura-proekta.html (дата обращения: 12.10.2017).
3. ГОСТ 34.601–90 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания. – Введ. 1992-01-01. – М. Изд-во стандартов, 1991. – 6 c.
4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев, ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.: ил. ISBN 5-283-01505-X
5. Программа и методика испытаний АСУТП [Электронный ресурс] // automation-system.ru: В мире АСУТП URL: http://automation-system.ru/spravochnik-inzhenera/35-glava8.html (дата обращения: 13.10.2017).
6. ГОСТ Р 55563-2013 Возобновляемая энергетика. Гидроэлектростанции. Автоматизация гидроэлектростанций. Руководство по автоматизированному управлению. – Введ. 2015-07-01. – М. – М. Стандартинформ, 2014.– 59 c.
7. Все о SCADA [Электронный ресурс] // automation-system.ru: В мире АСУТП URL: http://automation-system.ru/main/69-about-scada.html (дата обращения: 13.10.2017).
8. Новый алгоритм управления насосной станцией зоны водоснабжения крупного города [Электронный ресурс] // indusoft.ru: ИНДАСОФТ Промышленная автоматизация URL: https://www.indusoft.ru/media/articles/92/ (дата обращения: 1.10.2017).
9. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции / П.В. Лобачев // Учебник для техникумов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М. Стройиздат. 1983. – 191 с., ил. – С. 168–174.
10. Управление насосом с помощью универсального контроллера уровня Контур-У [Электронный ресурс] // relsib.com Рэлсиб Научно-производственная компания URL: https://relsib.com/articles/upravlenie-nasosom-s-pomoschyu-universalnogo-kontrollera-urovnya-kontur-u (дата обращения: 5.10.2017).

Список литературы на английском языке / References in English

1. GOST 2.103–2013 Edinaja sistema konstruktorskoj dokumentacii. Stadii razrabotki [Unified system of design documentation. Stages of development] – Vved. 2015-07-01. – M. Standartinform, 2015. – 10 p. [in Russian]
2. Organizacionnye modeli struktur proektnoj dejatel'nosti [Organizational models of the structures of the project activity] [Electronic resource] // Projectimo.ru Vremja uspeshnyh proektov [Time of successful projects] URL: http://projectimo.ru/upravlenie-proektami/organizacionnaya-struktura-proekta.html (accessed: 12.10.2017). [in Russian]
3. GOST 34.601–90 Informacionnaja tehnologija. Kompleks standartov na avtomatizirovannye sistemy. Avtomatizirovannye sistemy. Stadii sozdanija [Information technology. Set of standards for automated systems. Automated systems. Stages of creation]. – Vved. 1992-01-01. – M. Izd-vo standartov, 1991. – 6 p. [in Russian]
4. Proektirovanie sistem avtomatizacii tehnologicheskih processov: Spravochnoe posobie [Designing of systems of automation of technological processes: A reference book] / A.S. Kljuev, B.V. Glazov, A.H. Dubrovskij, A.A. Kljuev, red. A.S. Kljueva. – 2^nd edition, reprocessed and supplemented. - M.: Jenergoatomizdat, 1990. – 464 p.: il. ISBN 5-283-01505-X [in Russian]
5. Programma i metodika ispytanij ASUTP [Program and test procedure of ASUTP] [Electronic resource] // automation-system.ru: V mire ASUTP [In the world of ASUTP] URL: http://automation-system.ru/spravochnik-inzhenera/35-glava8.html (accessed: 13.10.2017). [in Russian]
6. GOST R 55563-2013 Vozobnovljaemaja jenergetika. Gidrojelektrostancii. Avtomatizacija gidrojelektrostancij. Rukovodstvo po avtomatizirovannomu upravleniju [Renewable energy. Hydroelectric power stations. Automation of hydroelectric power stations. Manual for automated management]. – Vved. 2015-07-01. – M. – M. Standartinform, 2014. – 59 p. [in Russian]
7. Vse o SCADA [All about the SCADA] [Electronic resource] // automation-system.ru: V mire ASUTP [In the world of ASUTP] URL: http://automation-system.ru/main/69-about-scada.html (accessed: 13.10.2017). [in Russian]
8. Novyj algoritm upravlenija nasosnoj stanciej zony vodosnabzhenija krupnogo goroda [New algorithm for controlling the pumping station of the water supply zone of a large city] [Electronic resource] // indusoft.ru: INDASOFT Promyshlennaja avtomatizacija [INDUSOFT Industrial Automation] URL: https://www.indusoft.ru/media/articles/92/ (accessed: 1.10.2017). [in Russian]
9. Lobachev P.V. Nasosy i nasosnye stancii [Pumps and pump stations] / P.V. Lobachev // Uchebnik dlja tehnikumov [Textbook for technical schools]. – 2^nd edition, reprocessed and supplemented. – M. Strojizdat. 1983. – 191 p., il. – P. 168–174. [in Russian]
10. Upravlenie nasosom s pomoshh'ju universal'nogo kontrollera urovnja Kontur-U [Pump control with the help of the universal level controller Kontur-U] [Electronic resource] // relsib.com Rjelsib Nauchno-proizvodstvennaja kompanija [Ralsib Scientific-Production Company] URL: https://relsib.com/articles/upravlenie-nasosom-s-pomoschyu-universalnogo-kontrollera-urovnya-kontur-u (accessed: 5.10.2017). [in Russian]