Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ современных методов и средств энергосберегающего управления отопительными системами зданий 12
1.1 Анализ систем теплоснабжения 12
1.2 Анализ существующих методов и технических решений систем управления процессом подачи тепла на отопление здания 16
1.3 Сравнительная характеристика современных технических средств управления отопительными системами 28
1.4 Постановка цели и задач исследования 31 Выводы по главе 1 32
Глава 2 Теоретические исследования и синтез системы упреяедающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 34
2.1 Анализ теплового режима здания. Установление перспективного направления в области управления процессом подачи тепла на отопление здания 34
2.2 Математическая модель теплового режима здания 40
2.2.1 Математическая модель процесса теплопередачи через оболочку здания 42
2.2.2 Математическая модель теплового режима здания 44
2.3 Параметрическая идентификация математической модели теплового режима здания 48
2.4 Разработка структурной схемы упреждающей системыуправления процессом подачи тепла на отопление здания 56
2.4.1 Структурный синтез системы упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 56
2.4.2 Синтез динамического компенсатора системы управления 58
2.4.3 Параметрический синтез системы упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 63
2.5. Оценка эффективности работы упреждающей системы управления. Определение допустимой ошибки прогнозирования 66
Выводы по главе 2 70
Глава 3 Разработка алгоритма прогнозирования температуры наружного воздуха и алгоритма упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 72
3.1 Анализ существующих методов прогнозирования 72
3.1.1 Простейшие методы прогнозирования 75
3.1.2 Модели прогнозирования, основанные на сглаживании 78
3.1.3 Регрессионные методы прогнозирования 81
3.1.4 Вероятностные методы прогнозирования ' 82
3.1.5 Нейросетевые модели 83
3.2 Разработка адаптивного алгоритма сверхкраткосрочного прогнозирования температуры наружного воздуха 87
3.2.1 Разработка математической модели суточного хода температуры наружного воздуха 87
3.2.2 Адаптивный алгоритм сверхкраткосрочного прогнозирования температуры наружного воздуха 92
3.2.3 Апробация разработанного адаптивного алгоритма сверхкраткосрочного прогнозирования температуры наружного воздуха 96
3.3 Разработка алгоритма упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 98
Выводы по главе 3 101
Глава 4 Разработка упреждающей системы управления процессом подачи тепла на отопление здания 102
4.1 Описание объекта управления. Выбор комплекса технических средств 102
4.2 Программная реализация алгоритма упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания 106
4.3 Программные аспекты реализации алгоритмов упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания ' 108
4.3.1 Разработка программного обеспечения программно- логического контроллера 109
4.3.2 Разработка программного обеспечения станции
оператора 111
Выводы по главе 4 114
Заключение < 115
Расшифровка аббревиатур 117
Расшифровка переменных 117
- Анализ существующих методов и технических решений систем управления процессом подачи тепла на отопление здания
- Параметрическая идентификация математической модели теплового режима здания
- Простейшие методы прогнозирования
- Программные аспекты реализации алгоритмов упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания
Введение к работе
Актуальность темы. Проблема энергосбережения в сфере ЖКХ и на предприятиях в настоящее время стоит достаточно остро. Это обусловлено как рядом экономических причин (высокая стоимость энергоносителей, удорожание коммунальных услуг), так и повышенным интересом к разработкам в области оптимизации управления инженерным оборудованием зданий [1,2].
Одним из наиболее эффективных способов энергосбережения в России является экономия тепловой энергии [3, 4, 5], ввиду того, что тепловая энергия является одной из основных статей коммунальных расходов. В то же время большая часть тепловой энергии, потребляемая зданием, расходуется на его отопление.
Применение автоматики» в системах отопления позволяет снизить затраты на теплоснабжение здания и повысить комфортность помещений [6,7]. Эффективность работы системы автоматического управления процессом подачи тепла на отопление здания зависит от реализованного в ней алгоритма управления. В современных контроллерах отопления снижение энергозатрат и повышение комфортности достигается, в основном, за счет регулирования температуры прямого теплоносителя по температурному графику (в зависимости от текущей температуры на улице) и перехода системы от экономного ночного режима отопления к комфортному дневному. Основной недостаток таких систем заключается в том, что управление осуществляется без учета информации о динамических характеристиках системы по каналу возмущения и управления, что, в силу инерционности объекта, приводит к длительным переходным процессам и неизбежному запаздыванию выходного потока информации (управление) по отношению к изменению входного информационного потока (параметров наружного климата).
Таким образом, важной и актуальной задачей становится синтез системы упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания с целью повышения эффективности существующих способов управления.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью диссертационной работы является, снижение затрат на теплоснабжение здания с повышением комфортности помещений за счет синтеза системы упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление и создания нового, более эффективного алгоритма автоматического управления.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.
Проведение анализа теплового режима здания с целью выявления основных возмущающих воздействий.
Установление перспективного направления в области управления процессом подачи тепла на отопление здания.
Разработка математической модели теплового режима здания, а также реализация на ее* основе структурного и параметрического синтеза прогнозно-компенсационной схемы управления.
Проведение анализа известных методов прогнозирования с целью выявления возможности использования их для предсказания температуры наружного воздуха в упреждающей системе управления процессом подачи тепла на отопление здания. При необходимости - разработка математической модели суточного хода температуры наружного воздуха.
Разработка алгоритма упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания.
Научная новизна 1. На основе обработки статистических данных построена математическая модель суточного хода температуры наружного воздуха, обеспечивающая возможность прогнозирования температуры на заданный интервал прогнозирования.
Установлена зависимость интервала прогнозирования температуры наружного воздуха от параметров инерционности помещения, при котором динамическая ошибка регулирования не превышает 1С.
Разработан адаптивный алгоритм сверхкраткосрочного прогнозирования (до 12 часов) температуры наружного воздуха, обеспечивающий заданную погрешность прогнозирования.
Разработан алгоритм упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания, отличающийся использованием результатов прогнозирования по модели суточного хода температуры наружного воздуха на интервал времени, определяемый по параметрам динамики здания.
Практическая ценность работы. Синтезирована комбинированная
система упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление
здания, обеспечивающая снижение затрат на теплоснабжение здания с
повышением комфортности помещений в условиях значительной
инерционности объекта по каналу управления и влияния климатических факторов (патент на полезную модель №73509 «Система управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 20.05.2008.). Разработан алгоритм работы блока прогнозирования, позволяющий предсказывать основное возмущающее воздействие на заданный интервал прогнозирования с заданной точностью, с возможностью его интеграции в состав алгоритмов управления процессом подачи тепла на отопление здания. Разработано программное обеспечение микропроцессорного контроллера Simatic S7-300 фирмы Siemens, подтвержденное свидетельством об официальной регистрации программы №2008612159 «Программа управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 29.04.2008 г., проведено внедрение результатов диссертационной работы в учебный процесс в рамках дисциплины «Моделирование систем» на кафедре «Автоматизация и информационные системы» Дзержинского политехнического института НГТУ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из- введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 94 наименования и 4 приложения. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит бб^рисунков и 9 таблиц.
В первой главе проанализировано современное состояние систем* теплоснабжения. Отмечено, что регулирование процесса подачи- тепла на отопление4 здания необходимо вести с учетом климатических факторов и информации о динамических характеристиках системы теплоснабжения.
Рассмотрены- ступени регулирования и выявлены- их недостатки. Недостатком центральной ступени регулирования является тот факт, что управление может осуществляться только в зависимости от факторов, общих для всех зданий, расположенных в районе действия источника теплоснабжения»'(ТЭЦ, котельные). Такой же недостаток присущ групповой ступени регулирования, с той лишь разницей, что управление осуществляется в зависимости от факторов, общих для меньшей группы зданий. Технологические возможности на местной- ступени регулирования намного выше в связи с тем, что управление можно осуществлять с учетом факторов, воздействующих на отдельное здание.
Проведен анализ способов управления подачей теплоносителя' в отдельном здании на местной ступени регулирования, который показал, что для протяженных в плане зданий пофасадное управление является наиболее эффективным.
Проведен анализ методов и средств управления отопительными системами. Установлено перспективное направление управления процессом подачи тепла на отопление здания - упреждающее управление процессом подачи тепла на фасады здания с использованием комбинированного метода регулирования.
Вторая глава работы посвящена теоретическим исследованиям теплового режима здания и синтезу системы упреждающего управления
(СУУ) процессом подачи тепла на отопление здания. Проведен анализ систем
отопления здания как объекта управления. Выявлены внешние и внутренние
факторы, влияющие на температурный режим здания: В соответствии с
установленным перспективным направлением синтезирована
комбинированная система упреждающего- управления отоплением здания, обеспечивающая эффективность процесса подачи тепла на* отопление здания в условиях значительной инерционности объекта по каналу управления и влияния климатических факторов. Новизна предложенного решения подтверждена патентом на полезную модель №73509 «Система управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 20.05.2008 г.
Получено математическое описание динамического компенсатора, использованного как звено разомкнутого контура системы упреждающего управления.
Разработана математическая модель теплового режима здания, используемая, для имитации объекта управления, позволившая провести апробацию разработанной упреждающей системы управления и найти ее настроечные параметры. Проведены имитационные эксперименты, в результате которых:
установлена, зависимость интервала прогнозирования, от параметров инерционности помещения - трг= xtr+ k-Top (k = 1);
определена допустимая ошибка прогнозирования - Е = 0,5С;
- проведена оценка эффективности работы упреждающей системы
управления.
В третьей главе рассмотрены известные методы прогнозирования, выявлены их недостатки, проанализирована возможность использования их для предсказания температуры наружного воздуха. Анализировались методы, основанные на простейших моделях прогнозирования и методы, основанные на сглаживании. В результате установлено, что для прогнозирования температуры на необходимый интервал прогнозирования (1,5 часа) в системе управления не может использоваться ни один из рассмотренных методов.
Проведена статистическая обработка большого массива экспериментальных данных (16800 замеров) и по обобщенным (по месяцам) многолетним (10 лет) статистическим данным изменения температуры в течение суток в г. Дзержинске Нижегородской области построена математическая модель суточного хода температуры наружного воздуха, а также определены ее параметры. На основе предложенной модели суточного хода температуры разработан адаптивный алгоритм сверхкраткосрочного (до 12 часов) прогнозирования температуры. Проведена апробация адаптивного алгоритма сверхкраткосрочного прогнозирования температуры наружного воздуха с помощью разработанного на языке Matlab программного обеспечения с графическим интерфейсом пользователя, подтверждающая^ возможность использования алгоритма в системе упреждающего управления (точность прогноза в солнечный день составляет не ниже 90,5%, в пасмурный - 95,2%).
На основе прогнозно-компенсационной схемы управления- подачей тепла на отопление здания разработан алгоритм упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания, с учетом разного влияния наружного климата на фасады здания.
В четвертой главе выбраны технические средства упреждающей системы управления процессом подачи тепла на отопление здания. Разработано программное обеспечение станции оператора и программное обеспечение программно-логического контроллера Simatic S7-300 фирмы Siemens (свидетельство об официальной регистрации программы №2008612159 «Программа управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 29.04.2008 г.), реализующее алгоритм упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались: на IV Всесоюзной, V, VI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2005 г., 2006 г., 2007 г.), на региональной молодежной научно-технической конференции
«XI, XII, XIII Нижегородская сессия молодых ученых» (г. Нижний Новгород, 200 бг., 2007 г., 2008 г.), на XIX, XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Воронеж, 2006 г., г. Ярославль, 2007 г.), на VI Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г. Москва, 2007 г).
Публикации. По результатам* выполненной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 научные статьи и 10 тезисов докладов, получен патент на полезную модель № 73509 «Система управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 20.05.2008 г. и свидетельство об официальной регистрации программы № 2008612159 «Программа управления процессом подачи тепла на отопление здания» от 29.04.2008 г.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- структура и параметры автоматизированной системы упреждающего
управления процессом подачи тепла на отопление здания;
математическая модель суточного хода температуры наружного воздуха, а также разработанный на ее основе адаптивный алгоритм сверхкраткосрочного прогнозирования температуры наружного воздуха;
алгоритм упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания;
- программная реализация предложенных алгоритмов.
Анализ существующих методов и технических решений систем управления процессом подачи тепла на отопление здания
В! настоящее время в системах теплоснабжения используют два основных метода управления: управление по возмущению (погодозависимое управление, управление по температурному графику) и управление по отклонению (регулирование по температуре отапливаемого помещения), а также сочетание этих двух методов (комбинированная система управления) [17] (рисунок 1.4).
Рисунок — 1.4 Методы регулирования отопления в отдельном здании В первом случае осуществляется поддержание заданного графика изменения температуры теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха. Преимущество данного метода состоит в том, что управление осуществляется по основному фактору, определяющему тепловой режим здания. К недостаткам можно отнести:
- влияние на качество регулирования инерционности здания по каналу возмущения;
- отсутствие учета фактической температуры в здании.
Во втором случае поддерживается заданная температура в контрольном помещении. Преимущества данного метода заключается в учете всей совокупности возмущений и выполнении задачи независимо от причин, вызвавших отклонение регулируемой величины. Недостатками являются:
- разброс значений температур по помещениям;
- неблагоприятные динамические характеристики, так как в контур управления входят помещения здания, обладающие большой инерционностью;
- сложность выбора контрольного помещения [18].
В третьем случае осуществляется поддержание заданного графика изменения температуры теплоносителя в системе отопления с коррекцией графика по температуре в контрольном помещении.
Современные системы управления отоплением чаще всего строятся на базе комбинированного метода регулирования.
Известна система автоматического регулирования (САР) отопления зданий с термостатами на отопительных приборах и с авторегулированием температуры теплоносителя в ИТП [19]. Особенность такого технического решения заключается в том, что с помощью центрального авторегулирования расхода теплоносителя в ИТП стабилизируют температуру в системе отопления здания в зависимости от температуры наружного воздуха, а комфортную температуру в помещениях получают с помощью термостатов, расположенных на отопительных приборах.
Недостатком данного технического решения для протяженных в плане зданий является относительно высокая стоимость СУ при реконструкции систем отопления зданий с учетом установки термостатов на отопительных приборах и с использованием центрального авторегулирования температуры теплоносителя в ИТП. Кроме того, при использовании термостатов на отопительных приборах с вертикальной однотрубной системой отопления (основная система отопления зданий, существующая в России)- необходимо проводить дополнительные затратные мероприятия, связанные с установкой перемычек на отопительных приборах, чтобы при закрытии термостатов теплоноситель поступал к следующему отопительному прибору. Кроме того, увеличивается необходимая поверхность нагрева приборов до 15% и имеет место существенная остаточная теплоотдача приборов в закрытом положении термостата, что снижает эффективность авторегулирования [20,21].
Альтернативой таких схем являются системы пофасадного автоматического регулирования отопления для протяженных зданий [20, 22, 23].
Существует техническое решение, направленное на увеличение-эффективности СУ отопления здания с учетом климатических- факторов путем обеспечения возможности авторегулирования по ветвям системы отопления всех фасадов здания и на расширение функциональных возможностей пофасадного авторегулирования температур [20, 22]. САР отопления здания с учетом климатических факторов (рисунок 1.5) состоит из локального- и дополнительного контроллера, основного и дополнительных регулирующих клапанов, циркуляционного насоса и датчиков. При этом САР содержит два вида контуров - разомкнутый и замкнутые. Регулирование в разомкнутом контуре ведется по текущей температуре наиболее холодного фасада, замкнутые контуры служат для корректировки управляющих воздействий, подаваемых на фасады в случае поступления дополнительного тепла от солнечного излучения. Рисунок 1.5 — Схема системы автоматическогорегулирования отопления здания с учетом климатических факторов. На схеме введены.следующие обозначения 1 и 2- подающий и обратный трубопроводы, связанные с наружными тепловыми сетями, 3 -теплосчетчик, 4 - регулятор давления с клапаном 5 на обратном трубопроводе, 6 -регулирующий клапан, 7 - исполнительный механизм, 8 - обратный клапан, 9 - погружной датчик температуры теплоносителя, 10 - циркуляционный насос, 11 -электропривод, 12 -локальный контроллер. KL входам локального контроллера 12 подключены: 9 - погружной датчик температуры теплоносителя (Bxl), 13 - датчик температуры наружного воздуха (Вх2), расположенный, например, на северном фасаде здания, 14 - датчик внутреннего воздуха (ВхЗ), расположенный в помещении этого фасада. К выходам локального контроллера 12 подключены: 7 — исполнительный механизм (Вд1) и 11 — электропривод (Вд2), 15 и 16 - гидравлические распределители с ветвями системы отопления (для О-образного в плане здания с 17 до 24 - это подающие ветви и с 25 до 32 - это обратные ветви), 34 - дополнительные регулирующие клапаны с исполнительными механизмами 35,36-41— дополнительные датчики температуры внутреннего воздуха с 36 по 41 и датчики наружного воздуха, 42 - 44 дополнительные датчики, установленные на наружных фасадах здания, 45 - дополнительный контроллер.
Параметрическая идентификация математической модели теплового режима здания
Параметрическая идентификация математической модели осуществлялась экспериментальным путем [64, 65]. Методика экспериментального определения динамических характеристик помещения основана на получении значений температуры воздуха в помещении и температуры прямого и обратного теплоносителя при ступенчатом изменении расхода теплоносителя [66].
Краткая характеристика объекта.
Эксперимент проводился в корпусе №1 ДЛИ НГТУ, общий объем здания составляет 39030 м , стены кирпичные. Для получения динамических характеристик было выбрано два помещения:
- первое помещение расположено на первом этаже правого крыла здания и имеет одно наружное ограждение (центральное);
- второе помещение расположено на втором этаже левого крыла здания и имеет два наружных ограждения (угловое);
Система теплоснабжения - закрытая, двухтрубная, зависимая. Условия проведения эксперимента:
- эксперимент проводился в ноябре месяце в выходные дни, так как именно в это время в течение нескольких дней резких, изменений температур на улице (5-10 С за 2-3 часа) почти не наблюдается, и в помещениях отсутствуют люди.
Продолжительность эксперимента определялась допустимым снижением температуры (не ниже 12С) в помещениях и отсутствием заметных изменений температуры наружного воздуха, а также ветра и солнечной радиации и составила приблизительно 6 часов. Температура на улице при этом изменялась в пределах -2,9 + 3,8С.
Экспериментальные данные в табличном виде приведены в приложении А. Для проведения эксперимента в здании были установлены датчики температуры наружного воздуха, внутреннего воздуха в контрольном помещении, датчики температуры прямого и обратного теплоносителя (рисунок 2.8).
Для анализа полученной экспериментальной кривой и подбора аппроксимирующей функции построим график в полулогарифмическом масштабе [67] (рисунок 2.11).
После выключения системы отопления температура воздуха стремится выровняться с температурой внутренней поверхности стен, то есть имеет место нерегулярный режим изменения температуры воздуха в помещении, который определяется в первую очередь постоянной времени воздушного объема [56] (рисунок 2.11). Затем скорость изменения температуры внутреннего воздуха выравнивается со скоростью изменения температуры внутренних стен, то есть наступает регулярный режим [56]. В регулярном режиме темп изменения температуры внутреннего воздуха определяется постоянной времени ограждений (рисунок 2.11).
После включения отопления вновь наступает нерегулярный режим. Воздух аккумулирует тепло от системы отопления и его температура стремится превысить температуру внутренних поверхностей стен со своей постоянной времени до тех пор, пока не проявится теплоаккумулирующая способность ограждений. Как только ограждения со своей постоянной времени начинают оказывать влияние на темп изменения температуры воздуха в помещении (препятствовать быстрому ее росту), наступает установившейся режим.
Простейшие методы прогнозирования
В простейших методах прогнозирования модель прогнозирования, как правило, является очень простой рекуррентной функцией от значений прогнозируемой переменной в недалеком прошлом.
Самой1 простой моделью является прогнозирование по последнему значению температуры [78]: ti+i=t„ (3.2) где tj - температура на і-ом шаге; tj+i - температура в на (і+1)-ом шаге.
Этой модели соответствует принцип «через час будет такая же температура, как и сейчас».
На рисунке 3.3 приведен среднесуточный ход температуры пасмурного дня: 1- реальный ход температуры, 2 - ход температуры, спрогнозированный по методу 1, для разных интервалов прогнозирования и с заданной погрешностью прогнозирования (Е = 0,5 С/ч). Время, ч ТП = 28,6%
Из рисунка следует, что при небольшой скорости изменения суточной температуры (не более 0,5 С/ч) рассматриваемая модель дает неплохие результаты только на небольшом интервале прогнозирования (до 1,5 часов) -ТП = 76,2%. Точность прогноза на более длительный интервал прогнозирования (3 часа) снижает точность прогнозирования до 28,6%, что говорит о неудовлетворительном прогнозе. На рисунке 3.4 приведен среднесуточный ход температуры солнечного дня: 1- реальный ход температуры, 2 — ход температуры, спрогнозированный по методу 1, для разных интервалов прогнозирования и с заданной погрешностью прогнозирования.
1- реальный ход температуры, 2 - ход температуры, спрогнозированный по методу 1. Рисунок 3.4 - Среднесуточный ход температуры солнечного дня
Из рисунка следует, что при большой скорости изменения суточной температуры (1,6 С/ч) рассматриваемая модель не дает удовлетворительных результатов.
Возможно построение простейших моделей несколько по-другому, с учетом предыдущего значения [78]: ti+i=ti + (tii.i) (3.3) tw = tj ft / ti-i), (3.4) где tj.i - температура в на (і-І)-ом шаге
На рисунке 3.5 приведен среднесуточный ход температуры, полученный при прогнозировании температуры в пасмурный день по 2 методу и реальный ход температуры на разных интервалах прогнозирования, с заданной погрешностью прогнозирования.
1- реальный ход температуры, 2 - ход температуры, спрогнозированный по методу 2. Рисунок 3.5 — Среднесуточный ход температуры пасмурного дня Из рисунка следует, что рассматриваемая модель, дает хорошие результаты (ТП = 95,2) на небольшом интервале прогнозирования (до 1,5 часов), но точность прогноза на более длительный интервал прогнозирования (3 часа) снижается до 47,6%.
На рисунке 3.6 приведен среднесуточный ход температуры, полученный при прогнозировании температуры в солнечный день по 2 методу и реальный ход температуры на разных интервалах прогнозирования, с заданной погрешностью прогнозирования.
1- реальный ход температуры, 2 - ход температуры, спрогнозированный по методу 2. Рисунок 3.6 - Среднесуточный ход температуры солнечного дня
Из рисунка следует, что при большой скорости изменения суточной температуры рассматриваемая модель не дает удовлетворительных результатов. 311.2 Модели прогнозирования, основанные на сглаживании Простое усреднение Модель, основанная на простом усреднении имеет вид: ti+i = (ti + tM+...+ tO/n, (3.5) где п - общее число наблюдений.
В этом случае ряд усредняется по достаточно длительному, интервалу времени и в отличие от самой простейшей модели, которой соответствовал принцип «через час будет такая же температура, как и сейчас», этой модели соответствует принцип «через час будет такая же температура, как была1 в среднем за последнее время». Такая модель более устойчива к флуктуациям, поскольку в ней сглаживаются случайные выбросы относительно среднего. Несмотря на это, данный метод идеологически настолько же примитивен, как и простейшие модели и ему свойственны почти те же самые недостатки. Скользящее усреднение
Программные аспекты реализации алгоритмов упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания
Программная составляющая СУУ процессом подачи тепла включает два уровня, рисунок. 4.5:
- нижний уровень - программа микропроцессорного контроллера;
- верхний уровень - исполняемый модуль среды визуализации.
- Структура программного обеспечения Каждый уровень программного обеспечения включает среду разработки и исполняемук часть. Исполняемые части уровней контроллера и станции оператора обмениваются между собой данными.
Программное обеспечение контроллера Simatic S7-300, разрабатывается в среде программирования Step 7 [91, 92].
Step 7 — среда программирования контроллеров S7-300/400, которая позволяет пройти последовательно все стадии, начиная от проектирования аппаратной конфигурации контроллера и написания пользовательского программного обеспечения, и заканчивая программным тестом и архивацией проекта.
Данный язык полностью соответствует международному стандарту IEC-1131-3. Согласно данному стандарту, существует несколько модификаций Step 7.
S7-LAD - язык программирования низкого уровня, представляющий собой аналог языка релейно-контактных схем, служит для описания технологических задач различной сложности при высоком быстродействии. Удобен при замене систем управления, базирующихся на релейной технике.
S7-STL — язык программирования низкого уровня, представляющий собой ассемблерные команды процессоров S7. Позволяет получить полный контроль над процессором контроллера, что бывает необходимо при написании сложных задач.
S7-FBD — язык программирования низкого уровня, представляющий команды виде функциональных блоков.
Программа контроллера, написанная на Step 7, представляет собой реализацию алгоритмов упреждающего управления процессом подачи тепла на отопление здания [93] (свидетельство об официальной регистрации программы № 2008612159 «Программа управления .процессом подачи тепла на отопление здания» от 29.04.2008 г.). Цикл работы программы контроллера, в состав которой входит функция, упреждающего управления отоплением, показана на рисунке 4.6.
Программа контроллера состоит из основной программы. ОВ1, 11 подпрограмм-функций FC, вызываемых из основной программы и блоков данных. В функции FC2 содержится программный код, реализующий алгоритм упреждающего управления отоплением. Программа представляет последовательность строк NW (рисунок 4.6), каждая из которых реализует свой участок алгоритма. Данный блок вызывается на исполнение операционной системой контроллера каждые ЮОмс.
Цикл работы программы начинается с опроса дискретных входов контроллера, состояние которых записывается в специальную область памяти, откуда потом вызывается программой. Опрос аналоговых входов осуществляется в программе по мере необходимости из АЦП конкретного канала измерения. За опросом дискретных входов следует самодиагностика аппаратной и программной части контроллера. В случае, если не обнаружены критичные ошибки в функционировании контроллера запускается на выполнение основной блок программы ОВ1. из которого циклически -каждые ЮОмс - вызывается блок FC2. После логического завершения выполнения всех инструкций блока ОВ1 происходит запись на дискретные выходы контроллера. Запись в ЦАП аналоговых модулей осуществляется по ходу работы программы.
В качестве программы визуализации используется система визуализации WinCC фирмы Siemens, которая является 32-битным приложением и работает в операционной системе Windows ХР.
Открытая система автоматизации SCADA WinCC состоит из среды разработки и среды исполнения проекта, функционирующей в режиме реального времени.
Ядро среды разработки WinCC образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания.
Среда разработки включает в себя следующие программные компоненты:
Control Center - для быстрого обзора всех данных проекта и глобальных установок;
Graphics Designer - для создания мнемосхем и динамических графических объектов изображений процесса;
Alarm Login - для сбора и архивации событий в системе;
TagLogging - для архивирования измеряемых величин. Данные из архива могут визуализироваться в виде трендов и таблиц;
Report Designer - для генерации отчетов по времени в свободно программируемом формате;
Global Scripts - для программирования действий, производимых с объектами;
User Administration - для управления правами доступа пользователей.
Среда исполнения проекта предназначена для исполнения проекта созданного в среде разработки WinCC. После запуска рабочего проекта системы визуализации на экране появляется базовый видеокадр, на котором располагается область для отображения различных видеокадров процесса (основная часть экрана), область сообщений и область кнопок вызова видеокадров процесса и вспомогательных видеокадров. Базовый видеокадр находится на экране всегда. Также на базовый видеокадр выведено окно аварийных и технологических сообщений. Из базового видеокадра оператор может переключиться в следующие видеокадры: обзорный видеокадр, видеокадр прогнозирования, видеокадр сообщений, трендов и видеокадр диагностики. Также из базового видеокадра оператор может переключать режимы работы СУ: дневной режим, ночной режим.
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
