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 non-linear 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 # ! % "#& % ! !$ 1 ý !$ "($+ 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
v programovém balíku MATLAB zejména Simulink. V # #( $ " # # " %$ # "#* #!$ $2 !$ )( 3 $( " s ! " $( ( #+4 #( # #* $( 2 )$ 1#*
$ %" ( % #1 ! & $# + 0& 2 " ! "!$ !!$ $ '1
("
"% & !$ ' ($ "( "$ #+ # #1
(" %& $
" alizována v #
2 " + - ' & #( ! # 2 ! ##( e( !" 1 (" %$ #$ &%" $ )$ (*+ & # ' 3 í # 1# #"(4 & (* 2 " /" " # 1 " #o )% % ,)& 7+ & 1&%$ %$ (#( !i % 1& )% " ) 1 2
" " " ):(! ) 3 ; <4
" !1
1 !$ ) "* *1$ " #+ Nejvíce v 7 ( "(* ( ( "( ! < #$ &%" # %$ + -# ) !$# $ "(* % ( % $ + ( ( " "(" $#!" " & 1 ($ ( 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 1 r2 % 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 % &(% "#& * # * # # ' !" " " komunikace s #" &%"&+ @ e
! " ) "# !# " ýTré n in ko vé s im u lá to ry voje modelu bloku Elektrárny Opatovice, která
&%"& ? 5$ ( let.
In enýrské sim ulá tory s generickým i m odely
s plnorozsahovým i m odely
[% ]
Obr. 1 ?( ( #* & "( '( "# ) "% á)! ;
' +
3. "0.4%/1#" */-)* %-.,/#$"0*$" *23"0 268
Výhodou prezentované realizace výcvikového "( " B'C "( # # *
(
$ ého hlediska, ale i z obchodního hlediska. Zákazníkovi lze nabídnout simulátor s plnou licencí MATLAB-SIMULINK, který bude " , & ' "# v souladu s rekonstrukcemi technologického
" " ( 1# ) ()'+ 9$ " ností je nabídka simulátoru s "#" o!" MATLAB-SIMULINK do programu =DD + 1 " #'$ ,
/"(& ! % %& 2 !$
#* 1 (#
( d$ )$ *E • ' ( $ $ ) ( "( 3 4 (#( 3í 4 2 %$ ( ' $ %(*+ ' ( "* 1! a ( (!" $ #< !" < !" # & %$ &%" 3& : i" ) %4 1 "( 1" ) ) 2 "!" # & ## % 1( ") #!$ 1 & &!$ # % ,)& 3" ) %4 • #$ systému ! 1F (! &%" 3" ) %4 1 " ) #$ &%" + #$ " * $ !$ 2"* 3" ) %4 • #& " %$ "# 2 %$ ! #& "( "* " 1F % "# # %$ 2 %$
1 1! "# )%$ &
% "# 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 $% #( & ( % ) e( % #( &
#1 d % ( ##( 2 3 & ! !$ * % "" topnou sezónu). Tato doba je nejen krátká, ale také " &$ ! !$ * 3 letních odstávek jde o dobu dovolených). 9 ' !$# % " v # ( &$ hlediska dis )$ " $ d" ($
! # 22 ! ) r($ 2 )$
' ! +
61+ H /$%" ( ( )( d l V # % %" ! %" # '
'G "7 o( " % & 1 # '$ ( * ( $ % 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" " )" 2 mu SIMULINK. Jedná se o zjednodušený model kotle 1 ( & 3 () 4 1 elektrického generátoru. S ohledem na " "#& *1& regulace výkonu parního energetického parního kotle je zde modelován pouze ; $ [7], spalování a # !$ 1 ! r-
61+ I $#% $ & $ #1 (& 269
níku [8] ! " (& [9] " imárního a sekundárního vzduchu na vývin páry [10]. ? ) "# $( # komplexního modelu kotle a turbíny je ukázáno na obr. 5, )" #1' popis komplexního modelu energetického bloku je uveden v práci [12], Z ) "# $( provePorucha v dodávce paliva dMf = +1 [kg/s] v 0. s
ádaná hodnota pom vzduch/palivo
Model regulace pom vzduch/palivo
0
Steam flow feedback
Zm ny tepelného toku (za výparníkem) dQ
+
1
+
Model p spalovací komory a výparníku
+
20s
+
+
1
-
35s+1
Zm ny pr páry z výparníku Excess
PID antiwindup
Pvzduchu
Mux
PID Model závislosti emisí NOx a CO na p vzduchu
Výpoet (odchylek) p vzduchu
0,5
Model systému dodávky vzduchu PID
Zm ny tlaku páry dPs [MPa] 0
+ Regulátor tlaku páry
Press
ídicí veli obvodu regulace tlaku 1
+
35s
-
1,05
+
Air
Zm ny tlaku páry dPs
Dynamika ventilu 1
Mux
35s+1 Stmflw
Zm ny pr vzduchu dQa
Zm na odb páry dMs = +1 [kg/s] v 3000. s
Zm ny pr páry dMs [kg/s] Mux
stat
+ +
Nominální zatí
Nominální hodnota pvzduchu
Ms
Pr páry za výparníkem [kg/s]
Pr páry [kg/s] + +
Qa
Pr vzduchu za oh [m3/s]
100
Pr vzduchu [m3/s] +
P et zatí na pr páry [kg/s]
+
Ps
Tlak páry za výparníkem [MPa]
Tlak páry [MPa]
+ Dodávka paliva_[kg/s]
+
Mf Mnopaliva [kg/s]
61+ J % $%" ! %$ "# grafice Simulink deno $#!" " $ !$ ) #!$ #)$ submo#*+ Komplexní model kotle vznikne tedy " #)$ sub"#*
$( "& ! dalšími submodely napájení kotle a bubnu, $( (& # " 1soustrojí turbína-generátor, kte% (& + [14]. ! " " !$ "#* 1& 1"#* #!$ )( $2 %$ y$( z dostupné literatury [1], [3], [4]. Z #1' #!$ &* "(* %* #% práci [8] &!( " & ( &!$ "#* ! % ikace, # ($ " ) # # #$ 2 )$ "&) + Jedním z '!$ 1%"* 1& 270
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 " # (&
$( " 1 11 2 " 3"($4 #$ # * (& # o1)+ ($ 2 )$ "&) 2(* 1&& & & % " %$ [19], [20]. Pro ilustraci jsou na obr. 3 ( (& % " ) # & $& dodávce paliva a v #1 (& # 1) + # 1íny.
Obr. 5 $#% $%" %
5. */-)* !"*1-6$7! "#$"**-%$",&$"*1!"%$8 9+ #" " 1& %$ 1 # ( %$ # 2 " 1& & ! 1+ K
( * 1& & # !$ # * "(* %*+ - "E • # $# 1 ## $ 1& %" # # 1 *"&!$ #$ &é"* • " ( $* ' # ) ( & " (#$ 1& !$ d # #$ + ) " Start - ' " ) 2 " B.T. (# 2 " & #
( (#%$ 1$ opakování 1%$ ) %$ "
" % " !" " "* vzájemným (gra !"4 (" !# * Clear - (# ( "!$ ! 1$ Speed - " (# &% ( &$ " L " ) 3/" "4 )! ) 3ual Time) jsou zobrazovány v % )( panelu Pause - " $#% " Stop – ) " ) 1$ Quit )í zobrazování panelu 9 '" (# " & 3 ' ( 7( 1# 4 &1
1 % )& 3 (& . /e " " . M M< #+4 $ $#& (#& )% 2 % #1 v * !$ ($+ - " "%$
#(( $# "* 2(* i $+ ' #)( "
1 " & 3N#4+
271
# ( %" 1(" ! 1#1 ( +
Obr. 6 Ukázka vzhledu obrazovky instruktorského panelu naprogramovaného v programu MATLAB
6. Procesní vizualizace – Wonderware InTouch Wonderware InTouch™ < &( "7$ 2 /=9:O5 3/& = # 9 P:O" . $ 5 4 1 # !$ 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 QHR RRR 3 HK RRR # *4+ /&%" " 11! ( - v S % a Slovenské republice 1& # QI Q JRR icencí. K " 1$#" ,$ & # $ % % $ uálního následování vývoje v 1 < !$ $2 $ 2 #
'u # * # hardwarovou " #$ &%"*+
272
" #" &%"& 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$ # '$& ' $2 ) O U 6= 36> =n4 T#< / # # #)% 99>:@99>+ T#< 5$ ( < ! &%" )! &( !$ $ *"&% + -$ " ' # "% #* % 1 & #" 1 1%"! $# $2+ 9 % 2 #( ! (* !$ acovištích mohou pracovat se známými obrazovkami %$ ( %$ ', ale v # 1 "u ) &%" " " ) ' # !$ 1& ) $ # + Na obr. 7 je ukázán vzhled operátorských panel* 3 % )( „schema zapojení technologie“, v % )( B 2(*“) 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
je odkaz na data, která ! " " 1" aplikacemi. A( "* " *1$ " + 9
2 "
( #$% #" specifické funkce oz )% Cddepoke”. @ + / " Pressure je jméno & 3" "4 v programu InTouch, které odpovídá v programu MAT "( /+ Pro realizaci popisovaného problému tvorby operátorského rozhraní jsou ze systému 2 "* 5$ #* % 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
*1 2 !$
#* !$ !$ (!" !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" )$ %+ V S % 1 1$ "!$ $ !1!$ ##( & " )$ %* r)!$ 2 !$ 1 * ( % ' 1& !1( 1
rušena pro nedo )$ # * # * $ )$ ## *+ ? $ #*#* " v S % 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 "(# !$& S % 1 & )+ J04/98: 212 2 00009 B?&'( ,) 2 !$ *
( 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. Literatura [1] [2]
[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
[10] [11] [12] [13] [14] [15]
[16]
[17] [18] [19] [20]
[21]
S"( -+ . 0+ . ?( -+ 9& " 2 !$ . ACADEMIA, Praha 1968. 9$! +E 0& "# %$ $( * ,)& $ 2 + /1 #(' #ovodného programu veletrhu PRAGOREGULA´99. Masarykova akademie práce, Praha 1999. Str. 47 – 50, ISBN 80902131-3-8. O ' +E V2 ) $ & !" * + @S/0 $ QKW+ A ( -+ ; - 1 + ; X 6+E 9& " 2 $ *+ SNTL, Praha 1981. Keviczky, L. – Vajk, I. – Hetthéssy, J.: A self-tuning extremal controller for the generalized Hammerstein model. Proceedings 5th IFAC Symposium on Identification and System Parameter Estimation, Darmstadt 1979. Neuman, P.: Predictive integral and self-tuning regulator for load-frequency control simulation of interconnected power systems. Proceedings 9th IFAC World Congress, Budapest 1984, pp. 164-169. Neuman, P. – Štosek, V.: Advanced NOx measures and control systems in the Czech Republic. Proceedings 11th Annual International Pittsburgh Coal Conference. Pittsburgh 1994, pp. 343-349. Neuman, P. (1997). Engineering simulator for fossil power plant. Preprints IFAC/CIGRE Symposium on Control of Power Systems and Power Plants. Beijing, pp. 375-383, ISBN 7-80003-395-3/TM.5. @" + . X + . - " +E 5 ! ! "( 2 $ + ! " doprovodného programu veletrhu PRAGOREGULA´99. Masarykova akademie práce, Praha 1999. Str. 7 – 14, ISBN 80-902131-3-8 Neuman, P. - Šulc, B. - Jarolímek, A.: Engineering simulator of a coal fired steam boiler applied to optimum combustion control. Proceedings 14th World IFAC Congress, Beijing 1999, pp. 167-172, ISBN 0-08-043248-4. Neuman, P. - Máslo, K. – Šulc, B. – Jarolímek, A.: Power system and power plant dynamic simulation. Proceedings 14th World IFAC Congress, Beijing 1999, pp. 179-184, ISBN 0-08-043248-4. Neuman, P. – Šulc, B. – Dlouhý, T.: Non-linear model of coal fired heating boiler for emission reduction control. Proceedings of the workshop DISTRICT HEATING CONTROL´99, Zlín 1999, pp. 120-129, ISBN 80-214-1461-8. 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. 117-122, ISBN 80-7080-354-1. Neuman, P., B. Šulc and T. Dlouhý (2000a). Non-linear 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. 53-61. Neuman, P., B. Šulc, P. Zítek and T. Dlouhý (2000b). Non-linear engineering simulator of coal fired steam boiler applied to fault detection of optimum combustion control. Preprints 4th Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety for Technical Processes SAFEPROCESS 2000, Budapest, pp. 927-932. Neuman, P., B. Šulc (2000c4+ 5 ! ! "# $ $ ! ' + ! konference doprovodného programu veletrhu PRAGOREGULA2000. Masarykova akademie práce, Praha, str. 59-66, ISBN 80-902131-4-6 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 $ HRRR+ S08 $ HRRR, str. 27. Šulc, B. (1994). Integral action and anti wind-up. Proceedings of 3rd IFAC Symposium Advances in Control Education ACE’94, Tokyo Šulc, B.: Integral wind-up in control and system simulation. In: Control Engineering Solutions a practical approach (Albertos , P., R. Strietzel and N. Mort (Editors)), pp. 61-76. IEE , London 1997. ISBN 0-85296-829-9. 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. 37-45, ISBN 80-01-01990-X. Zítek, P., T. Vyhlídal, and J. Hlava (1999): Fault detection of slowly operating process by means of steady state observer. IQ2FD Copernicus Final Workshop Proceedings. Cluj-Napoca, pp. 18- 24
Adresní údaje o autorech Plné jméno s tituly: #$% &' $ instituce / firmy: Adresa pro korespondenci: E-mail: Fax: Telefon: Plné jméno s tituly: #$% &' $ instituce / firmy: Adresa pro korespondenci: E-mail: Fax: Telefon:
Ing. Petr NEUMAN, CSc. 0! % # 2 & 0/> Tušimice, a.s. 432 01Tušimice
[email protected] 0398 / 32 37 74 02 / 8192 3547 Ing. Michal TAUCHMAN Pantek (CS), s.r.o.
Doc. Ing. Bohumil ŠULC, CSc. S % & % ) $ % Y % # $iky Technická 4, 166 07 Praha 6
[email protected] 02 / 2435 2531 02 / 2435 2531
Ing. Javed ALAM JAN. S % & % ) $ % Y % # $iky Škroupova 957, 500 02 Hradec Králové Technická 4, 166 07 Praha 6
[email protected] [email protected] 049 / 616 334 02 / 2435 2531 049 / 5635 072 0604701484
275