Contribuţii la automatizarea proceselor din industria de gaze teză de doctorat autor: Conducător ştiinţific

2.2 SISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE ŞI AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU STATIILE DE COMPRIMARE DOTATE CU MOTOCOMPRESOARE GKN

Gazomotocompresoarele (sau motocompresoare), sunt agregate de comprimare acţionate cu motoare cu ardere internă având gazul metan ca şi combustibil. O staţie de comprimare se compune din 4-6 motocompresoare.

In imaginea de jos se poate vedea o astfel de staţie de motocompresoare.

Automatizarea ierarhică a staţiei constă în monitorizarea şi comanda independentă a fiecărui compresor, monitorizarea şi comanda instalaţiilor comune precum şi centralizarea datelor şi comenzilor la un dispecerat local care comunică cu un dispecerat central.

In figura 21 este prezentată schema bloc de automatizare ierarhică a unei staţii de motocompresoare.

Fiecare compresor este asistat de către un controler de proces care realizează automatizarea şi monitorizarea locală precum şi legătura cu calculatorul central din dispecerat.

Calculatorul central trimite comenzi şi colectează date de la fiecare controler în parte.

Pe lângă monitorizarea tuturor compresoarelor calculatorul central colectează date comune tuturor agregatelor, date specifice întregii staţii de comprimare.

Unul din cei mai importanţi parametrii monitorizat la nivelul unei staţii de comprimare este debitul de gaz transferat de staţie în conductă magistrala.

2.2.1. CONTRIBUŢII ADUSE LA MĂSURAREA DEBITULUI DE GAZ

Calculul debitului de gaz şi măsurarea cantităţii de gaz livrate cu o precizie cit mai mare este una din problemele cele mai importante în sectorul de distribuţie a gazului metan. Utilizarea calculatoarelor şi a sistemelor digitale în acest domeniu este tot mai des întâlnită, sistemele analogice clasice neavând precizia necesara. Sistemele digitale de măsurare sunt tot mai des utilizate având în vedere precizia acestora şi posibilităţile de memorare şi transmisie a parametrilor măsuraţi.

Un sistem de calcul debite presupune existenta unor traductori care convertesc mărimile necesare calculului de debit în mărimi electrice şi un sistem de achiziţie care converteşte semnalele electrice în semnale digitale şi le trimite unui calculator[26].

Calculul debitului se realizează pe baza unor algoritmi bine definiţi şi prin integrare pot determină cantitatea de gaz livrata.

Calculul debitului de gaz este standardizat şi presupune algoritmi destul de complicaţi.

2.2.1.1. METODA DE CALCUL

Determinarea formulei de calcul a debitului instantaneu corectat la starea standard definită conform STAS 11050-87 [41].

Utilizând sistemul internaţional de măsură relaţia de calcul a debitului masic conform STAS 7343/2-90 este următoarea :
(1) unde :

Q_m [kg/s]

d [m]

P [Pa]

 [kg/m³]

Debitul volumic pentru starea reală a amestecului de gaze se calculează cu relaţia :

(2)

Dacă se înlocuieşte relaţia (2) în relaţia (1) se obţine relaţia de calcul a debitului pentru starea reală a amestecului de gaze :

(3) unde :

- Q_v [m³/s]

d [m]

P [Pa]

 [kg/m³]

Pentru corectarea la starea standard a relaţiei (3) se foloseşte relaţia de continuitate ceea ce duce la relaţia :

(4)

Din ecuaţia de stare a gazelor se determină densitatea reală în funcţie de densitatea standard :

(5)

Dacă se înlocuieşte relaţia (5) în relaţia (4) se obţine formula de calcul a debitului :

2.2.1.1.1.Determinarea coeficienţilor şi a densităţii standard
Determinarea raportului diametrelor  se face în funcţie de diametrele diafragmei D şi d cu formula:
unde :

D [mm]

D [mm]
Determinarea exponentului adiabatic k se calculează căldura specifică medie molară la presiune constantă a amestecului Mc_p
unde :

x_i este fracţia molară a elementului i din buletinul de analiză al gazului [adimensional]

c_pi este căldura specifică molară la presiune constantă a elementului i din buletinul de analiză al gazului [BTU / lb mol / ^oR]

Se calculează exponentul adiabatic al gazului

unde :

Mc_p [BTU / lb mol / ^oR]

Calculul coeficientului de detentă  conform STAS 7343/2-90 se calculează cu formula :
unde :

P [bar]

P [bar]

B [bar]
Determinarea coeficientului de compresibilitate z_i în starea reală pentru componentele amestecului de gaze se foloseşte formula lui Berthelot :

unde :

P [bar]

B [bar]

Pc_i [bar]

Tc_i [^oK]

T [^oK]

Determinarea coeficientului de compresibilitate z a amestecului de gaze în starea reală se face conform STAS 7343/2-90 :
unde :

x_i [adimensional]

z_i [adimensional]
Determinarea vâscozităţii dinamice a amestecului de gaze în starea reală se determină vâscozitatea dinamică în starea reală pentru fiecare componentă a amestecului de gaze utilizând formula lui Sutherland cunoscând vâscozitatea la 0 ^oC pe baza buletinului de analiză al amestecului de gaze şi C constanta lui Sutherland :
unde :

_oi [kgf * s / m²]

^

C_i [^oK]

Se determină vâscozitatea amestecului de gaze în starea reală cu formula :
unde :

_i [kgf * s / m²]

x_i [adimensional]

Notă :

Vâscozitatea dinamică a gazului nu depinde de presiunea gazului (Max Solomon – VÂSCOZITATEA) - concluzia este confirmată practic.
Calculul coeficientului de descărcare c_ pentru diafragmă cu camere inelare conform STAS 7343/2-90

se face cu relaţia :

unde :

 [adimensional]

R_ed
Calculul coeficientului de debit  pentru diafragma cu camere inelare se calculează coeficientul _ cu relaţia:
unde :

- [adimensional]

Se determină coeficientul de debit cu relaţia :
unde :

c_ []

E_ [adimensional]

Calculul cifrei Reynolds se calculează cu relaţia :

unde :

Q [Nm³/24 ore]

_N [kg/m³]

[kgf/m²]

D [mm]


2.2.1.1.2 REALIZAREA UNUI SISTEM DE ACHIZIŢII DE DATE PRIN INTERMEDIUL PORTULUI PARALEL AL CALCULATORULUI ÎN VEDEREA MĂSURĂRII DEBITELOR DE GAZE

Sistemele de achiziţie care comunică cu calculatorul prin intermediul portului serial vehiculează date în funcţie de viteza de comunicaţie a portului serial chiar dacă ele pot achiziţiona date la viteze mult mai mari. În cazul în care calculatorul central are nevoie de o cantitate mai mare de date sistemele de achiziţie seriale nu mai fac fata. O soluţie ar fi sistemele de achiziţie, ce utilizează portul paralel pentru comunicaţia de date.

Având în vedere că portul paralel furnizează o magistrala de date de 8 biţi şi o magistrala de comenzi de 9 biţi dintre care 5 de intrare şi 4 de ieşire, se poate un transfer de date mult mai rapid. Un astfel de sistem de achiziţie conectat la portul paralel este prezentat în continuare în figura 51.

Sistemul de achiziţie poate să lucreze independent deci să conţină sisteme inteligente microprogramate sau poate să fie o simplă interfaţă prin care calculatorul comandă achiziţia şi realizează transferul.

In cazul în care sistemul de achiziţie este o simplă interfaţă comandată de calculator, programele de achiziţie se află în totalitate pe calculator, sistemul de achiziţie este un element de execuţie. Are avantajul ca este foarte simplu, ieftin şi flexibil. Întregul pachet de programe se află pe calculator deci actualizările şi îmbunătăţirile de program se fac numai pe calculator. Principalul dezavantaj il constituie faptul că sistemul depinde în totalitate de calculator neputând funcţionă independent de calculator. Dacă sistemul este complex şi pe lângă motorizare de date face şi comanda, un astfel de sistem nu este prea indicat.

Pentru cazurile când principala funcţie a sistemului este monitorizarea de date eventual pe lângă monitorizare şi câteva comenzi , un sistem controlat în totalitate de calculator, este potrivit. Acest sistem de achiziţie se pretează foarte bine pentru realizarea unui sistem de măsurare debite gaze.

După cum se vede în figura 52, sistemul de achiziţie este comandat de calculator prin intermediul liniilor de control din portul paralel. Datele sunt citite prin cele patru linii de intrare. Ieşirile de date utilizează magistrala de date a portului paralel. Având în vedere că nu toate calculatoarele dispun de port paralel bidirecţional s-a preferat ca toate citirile de date să se facă pe cele patru linii de intrare.

Datele vehiculate au dimensiunea de 8 biţi (un octet). Pentru a putea fi citite, s-au folosit 4 multiplexoare 4:1 din care două pentru citirea datelor de la convertorul AD iar două pentru citirea datelor de la portul de intrare. S-a folosit o linie de intrare special pentru semnalul INT de la convertorul A/D care indică sfârşitul conversiei.

Startul conversiei este dat de o ieşire a portului paralel legată direct la intrarea RWR a convertorului ADC.

In imaginea de jos se poate vedea realizarea practică a acestui sistem:

In vederea conectării de multiplexoare suplimentare se mai furnizează patru linii de adresa direct din portul paralel cu specificaţia că sunt totuşi amplificate prin patru porţi logice 404.

Iesirile digitale sunt realizate prin buffer-area a 7 linii de date cu ajutorul circuitului 574 comandat de un semnal furnizat tot de portul paralel.
Pentru a creste numărul de intrări analogice se mai ataşează multiplexoare analogice 16:1 Ieşirile fiecărui multiplexor se conectează la cate o intrare analogică a sistemului ADC –figura 53. Adresarea canalului corespunzător se face prin activarea corespunzătoare a liniilor de adresa ADR1-ADR4. Teoretic se pot ataşa 16 multiplexoare, adică cate un multiplexor pentru fiecare intrare analogică a sistemului ADC deci se pot realiza 256 de intrări analogice.

Frecventa de achiziţie depinde de viteza de lucru a calculatorului precum şi de numărul de canale analogice conectate.

Sistemul se pretează pentru achiziţii de date, în care se cere o viteză de achiziţie mai ridicată decât la sistemele cu comunicaţie seriala.

Cu toate ca viteza este mai ridicata, nu se poate totuşi compară cu viteza de achiziţie a sistemelor de achiziţie conectate direct pe magistrala interna a calculatorului.

Pentru sistemele industriale viteza oferita este acceptabila. Combinata cu preţul accesibil, fiabilitatea ridicata, şi conectare extrem de simplă la calculator acest sistem este recomandabil pentru a conduce şi monitoriza o gamă diversă de procese industriale.

Sistemul de achiziţie de date prin intermediul portului paralel este potrivit pentru un sistem de calcul debite având în vedere faptul că este suficient de rapid pentru a furniza date la intervale scurte de timp astfel încât să se realizeze o integrare cit mai precisă a debitului şi deci măsurarea cit mai exactă a cantităţii de gaz.

Calculele pentru determinarea debitului de gaz fiind destul de complicate i este nevoie de un calculator care să le execute. Sistemele specializate care să includă atât achiziţia cat şi partea de calcul sunt scumpe şi complicate , combinaţia sistem de achiziţie – calculator este mult mai avantajoasa.

2.2.1.1.3 PROGRAME REALIZATE PENTRU MĂSURAREA DEBITULUI DE GAZE UTILIZÂND SISTEMUL DE ACHIZIŢIE PE PORTUL PARALEL
Având în vedere necesitatea utilizării unui calculator, sistemul de achiziţie pe portul paralel este potrivit având în vedere simplitatea să şi faptul că acesta lucrează numai comandat de un calculator.

In figura de mai jos este prezentat ecranul unui program de calcul debite şi cantitate de gaz care achiziţionează date prin intermediul unui sistem de achiziţie conectat la portul paralel.

Programul este realizat în limbajul Turbo-pascal sub sistemul de operare DOS,

si din acest motiv poate rula pe calculatoare cu resurse extrem de modeste (calculatoare 286 PC) . Rulând sub sistemul de operare DOS sistemul este extrem de stabil şi poate fi considerat un sistem dedicat aplicaţiei calcul debit. Interfaţa aplicatei se poate vedea în imaginea de jos:

In imaginea de mai jos este prezentată interfaţa unui program pentru calcul debite similar cu cel de mai sus dar realizat cu LAB VIEW . Pentru a putea rula acest program are nevoie de resurse mult mai serioase şi de sistemul de operare Windows.

2.2.2 SUBSISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE ŞI AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU MOTOCOMPRESOARELE CM 10 GKN

Compresoarele de gaz sunt agregate complexe pentru comprimarea gazului metan în vederea transportului la distante mari , înglobând un motor de putere şi un compresor. În cazul motocompresoarelor, acţionarea se realizează cu motoare cu ardere internă care folosesc gazul metan ca şi combustibil.

Pentru funcţionarea corespunzătoare a motocompresoarelor se impune urmărirea continuă a numeroşi parametri tehnologici precum şi controlul secvenţelor de pornire, punere în sarcina, oprire, oprire de avarie .

In timpul funcţionarii se impune monitorizarea tuturor parametrilor, realizarea protecţiilor şi controlul turaţiei.

Având în vedere numărul mare de parametri de monitorizat precum şi complexitatea fazelor de pornire, punere în sarcina, controlul turaţiei, oprire, protecţii, şi oprire de avarie, numai un sistem programat este capabil să realizeze cerinţele de automatizare şi monitorizare.

Schema bloc de automatizare a unui motocompresor este prezentată în fig.22

Controlerul de proces este realizat pe baza controlerului de proces DASYS prezentat anterior.

Controlerul realizează controlul agregatului şi achiziţia date. Acesta citeşte intrările analogice şi digitale , comandă ieşirile digitale pentru a acţiona elementele de execuţie, realizează reglarea automată a turaţiei.

2.2.2.1 METODA DE CALCUL

Sistemul de reglare automată a turaţiei este un sistem numeric de reglare incorporat în controlerul de proces, având rolul de a menţine turaţia constantă în timpul funcţionarii independent de fluctuaţiile sarcinii.

Controlerul citeşte turaţia prin intermediul senzorilor. Pe baza unui algoritm de reglare automată sunt furnizate comenzi de acţionare a vanei de gaz combustibil în vederea menţinerii constante a turaţiei indiferent de sarcina compresorului.

Algoritmul de reglare a turaţiei s-a stabilit în urma proiectării regulatorului de turaţie prezentat în cele ce urmează.

Proiectarea sistemului de reglare automată a turaţiei motocompresoarelor
Schema generală de reglare automată a turaţiei motocompresorului [5] poate fi prezentată schematic sub forma figurii 22.1, în care H_f(s) reprezintă partea fixată compusă din gazocompresor GKN împreună cu senzorul de turaţie şi vana de reglare a gazului combustibil, H_R(s) regulatorul inclus în controlerul de proces, U(s) şi Y(s) fiind mărimile de intrare şi de ieşire.

Fig.22.1 Schema bloc proces - regulator
Figura 22.1 poate fi detaliată ţinând cont că partea fixată are în componenţă procesul (motocompresorul), elementul de execuţie şi traductorul (senzorul de turaţie).

Fig. 2.2 Schema de reglare detaliată
Funcţionarea motocompresorului poate fi modelată matematic prin ecuaţia:
.

în care: – factorul de amplificare;

– constantă de întârziere.

Motocompresorul are în componenta un motor cu ardere internă cu inerţie destul de mare, constantă semnificativă a procesului este de 5…6 secunde, se poate aproxima = 5...6 s iar =1

(1.1)

Este destul de dificil de operat cu această ecuaţie diferenţială de aceea s-a încercat utilizarea unei metode care să permită simplificarea modelului matematic.

Pornind de la faptul că o funcţie reală f(t) de o variabilă t>0 admite transformata Laplace definită de expresia:L(t)=F(s)=edt , unde s este o variabilă complexă definită prin s=+j,  şi  fiind variabile reale iar j=

Prin aplicarea transformatei Laplace ecuaţiei (1.1), se obţine funcţia de transfer a procesului, astfel:

(1.2)
, (1.3)

în care: – factorul de amplificare;

– constanta de întârziere.

Traductorul de măsură este de tip proporţional, cu funcţia de transfer de forma:

(1.4)
Elementul de execuţie este un ventil cu membrană, resort şi poziţioner, aproximat printr-un element de întârziere cu funcţia de transfer de forma:
(1.5)

Pentru sistemul dat se cunoaşte funcţia de transfer a părţii fixate, rezultată prin conectarea în serie a traductorului de măsură, a elementului de execuţie şi a procesului reglat, descris prin relaţia:

(1.6)
Pentru regulator se alege un algoritm de reglare PI de forma:[3]

care asigură, prin componenta P, rapiditate în elaborarea comenzii, iar prin componenta I, performanţe superioare de regim staţionar.

În acest caz, funcţia de transfer a sistemului în circuit deschis este:

. (1.7)
Acordarea regulatorului se face prin metoda poli – zerouri, alegând constantă de timp de integrare egală cu constantă semnificativă a părţii fixate, T_i = T_p;

Funcţia de transfer a sistemului în circuit deschis este:

(1.8)
Impunem întregului sistem să se comporte ca cu sistem închis de ordinul II în care eroarea staţionară pentru intrare treaptă _st = 0, suprareglajul să fie  = 4,3% şi factorul de amortizare să fie

Funcţia de transfer a unui sistem închis de ordinul II are forma standard:

; (1.9)
[4]

fiind funcţia de transfer în circuit deschis

Înlocuind în ecuaţia (1.9)

(1.10)
Prin identificare termen cu termen, din relaţiile (1.10) şi (1.8) se obţine sistemul de ecuaţii (1.11) din care se calculează k_R în funcţie de performanţele impuse (_st, , t_t):
(1.11)
Pentru sistemul de comprimare în ansamblu (motocompresor cu reglare automata) s-au stabilit că trebuie să se comporte ca un sistem de ordinul II cu următoarele performanţele:

- eroarea staţionară pentru intrare treaptă _st = 0;

- suprareglajul  = 4,3%;

- timpul tranzitoriu t_t <3T_p.

Pentru motocompresor s-a identificat funcţia de transfer (1.3) în care:

T_p = 5…6 secunde (constanta semnificativă a procesului), k_p = 1, rezultând:
(1.12)
Pentru măsurarea turaţiei se utilizează un traductor de semnal unificat a cărui iesire este citită de controlerul de proces. Rutina care tratează semnalul de la acest traductor face conversia mA- r/min astfel ca putem considera că factorul de transfer este de forma k_T = 1.

Elementul de execuţie de tip ventil cu poziţioner are funcţia de transfer:

(1.13)
Cu valorile prezentate, funcţia de transfer a părţii fixate este:
(1.14)
Legea de reglare PI introduce un pol în origine, astfel că, pentru o variaţie treaptă a mărimii de intrare, se obţine o eroare staţionară nulă.

Constanta de timp de integrare se alege egală cu constanta semnificativă a părţii fixate, T_i = 6 s; în acest caz, funcţia de transfer a sistemului în circuit deschis este:

(1.15)
Prin identificare cu relaţiile (1.11), se obţine sistemul de ecuaţii:
; (1.16)
Factorul de amplificare se determină din performanţele impuse. Astfel, pentru  = 4,3%, factorul de amortizare este , obţinându-se:
pentru care, .

Răspunsul sistemului închis, cu regulatorul determinat, la intrare treaptă unitară, este prezentat în figura 22.3, observându-se încadrarea în limitele de performanţă impuse.

Fig.22.3. Răspunsul sistemului cu regulatorul determinat, pentru două valori k_R

2.2.3.2 Analiza stabilităţii
Analiza stabilităţii pe baza criteriului Bode, pune în evidenţă următoarele diagrame (Fig.22.4):

Fig.22.4 Diagramele de frecvenţă

2.2.3.3. Implementarea sistemului numeric de conducere
Pentru procesul cu funcţia de transfer se trece la modelul discret prin utilizarea transformatei în z (z este un operator de forma ), fie utilizând una din funcţiile disponibile în mediul Matlab (c2dm, c2d).

Astfel, pentru un timp de eşantionare de 0,1 sec., cu metoda “ZOH” (zero order hold) se obţine:

(1.17)
(1.18)
(1.19)
Relaţia (1.19) se interpretează astfel: ieşirea y la momentul discret k (sau t_k) depinde de ieşirea la momentul anterior (k-1) şi de valoarea intrării u la momentul (k-1), adică:

(1.20)
Pentru regulator cu funcţia de transfer : se trece la modelul discret , utilizând una din funcţiile disponibile în mediul Matlab (c2dm, c2d) sau i se asociază prin discretizare un algoritm PI incremental [4] dat de relaţia unde iar ; T fiind perioada de discretizare T=0.1 secunde.

iar

Atât funcţia de regulator cat şi funcţia de sumator sunt realizate de controler.

E(s) este procesata de o rutina care calculează diferenţa dintre valoarea turaţiei

impusă în diferite faze de funcţionare şi valoarea turaţiei măsurată de traductor.

E(s)=U(s)-Y(s)=U(s)-Y(s)

R(s) este răspunsul regulatorului care se realizează pe baza caracteristicii de transfer a regulatorului .

(1.21)
Relaţia (1.21) se interpretează astfel: ieşirea r la momentul discret k (sau t_k) depinde de ieşirea regulatorului la momentul anterior (k-1) şi de valoarea intrării e la momentul (k-1) şi momentul k, adică:
sau

(1.22)

Relaţia (1.22) reprezintă algoritmul numeric de reglare automată a turaţiei, pe baza căruia s-au realizat rutinele specifice din controler pentru reglarea turaţiei.

Cu alte cuvinte răspunsul regulatorului depinde de valoarea prescrisă a turaţiei, de valoarea turaţiei din momentul k, de vechea valoare a turaţiei (turaţia din momentul k-1) şi de vechea valoare a ieşirii regulatorului ( r din momentul k-1).

Pe lângă rutinele de reglare a turaţiei în controler s-au adăugat rutinele de asistare a pornirii şi a fazelor de funcţionare, rutinele de afişare locală parametri, transmisie date spre dispecer, afişare semnalizări pe consola locala, protecţii şi asistare agregat în diferite faze.

Implementarea soluţiei se poate vedea în imaginea de jos.

Pe consola operator se afişează parametrii achiziţionaţi precum şi diferite semnalizări optice pe leduri .

Pe lângă monitorizarea şi afişarea locală a parametrilor din tabelele de mai jos controlerul de proces trebuie să asiste compresorul în toate fazele sale de funcţionare cum ar fi: pornirea, punerea în sarcină oprirea, oprirea de avarie, transmisia parametrilor la calculatorul central, execuţia comenzilor locale, execuţia comenzilor de la distantă date de calculatorul din dispecerat, afişări locale, semnalizări optice.

2.2.2.2 INTRĂRI IEŞIRI

Intrările analogice, digitale, ieşirile digitale necesare pentru monitorizarea şi controlul electrocompresorului sunt grupate în tabelele de mai jos:

INTRĂRILE DIGITALE ALE CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

Nr.	Adresa hexa	Denumire	Obs
B1.	2Eh.0	Pregătire pentru pornire	Buton activ pe 0
B2.	2Eh.1	Oprire de urgenta	Buton activ pe 0
B3.	2Eh.2	Anulare alarma acustica şi optica	Buton activ pe 0
B4.	2Eh.3	Control automat al turaţiei	Buton activ pe 0
B5.	2Eh.4	Up down afişaj	Comutator 01-up, 11-dwn, 10 stp
B6.	2Eh.5	Up down afişaj	Comutator
B7.	2Eh.6	Pompa auxiliara pornita	Contact 0-p pornita ,1p-oprita
B8.	2Eh.7	Liber

INTRĂRILE ANALOGICE ALE CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

Nr.	Adr. hexa	Denumire	Domeniu
I 1.	30h	Turaţie maşina	0-600 rpm
I 2.	31h	Presiune aspiraţie	0-40 bar
I 3.	32h	Presiune refulare	0-40 bar
I 4.	33h	Presiune gaz combustibil înainte de vana	0-10 bar
I 5.	34h	Presiune gaz combustibil după vana	0-10 bar
I 6.	35h	Presiune aer combustibil	0-2.5 bar
I 7.	36h	Temperatura gaze evacuare cilindrul 1	0-600 gr.C
I 8.	37h	Temperatura gaze evacuare cilindrul 2	0-600 gr.C
I 9.	38h	Temperatura gaze evacuare cilindrul 3	0-600 gr.C
I 10.	39h	Temperatura gaze evacuare cilindrul 4	0-600 gr.C
I 11.	3Ah	Temperatura gaze evacuare cilindrul 5	0-600 gr.C
I 12.	3Bh	Temperatura gaze evacuare cilindrul 6	0-600 gr.C
I 13.	3Ch	Temperatura gaze evacuare cilindrul 7	0-600 gr.C
I 14.	3Dh	Temperatura gaze evacuare cilindrul 8	0-600 gr.C
I 15.	3Eh	Temperatura gaze evacuare cilindrul 9	0-600 gr.C
I 16.	3Fh	Temperatura gaze evacuare cilindrul 10	0-600 gr.C
I 17.	40h	Presiune ulei în rampa	0-25 bar
I 18.	41h	Presiune aer demaraj	0-40 bar
I 19.	42h	Temperatura ulei intrare motor	0-100 gr.C
I 20.	43h	Temperatura ulei ieşire motor	0-100 gr C
I 21	44h	Temperatura ulei carter	0-100 gr C
I 22.	45h	Temperatura apa intrare motor	0-100 gr C
I 23.	46h	Temperatura apa ieşire motor	0-100 gr C
I 24.	47h	Temperatura gaz refulare cilindrul 1	0-150 gr C
I 25.	48h	Temperatura gaz refulare cilindrul 2	0-150 gr C
I 26.	49h	Temperatura gaz refulare cilindrul 3	0-150 gr C
I 27.	4Ah	Temperatura gaz refulare cilindrul 4	0-150 gr C
I 28.	4Bh	Temperatura gaz refulare cilindrul 5	0-150 gr C
I 29.	4Ch	Temperatura apa intrare compresor	0-100 gr C
I 30.	4Dh	Temperatura apa ieşire compresor	0-100 gr C
I 31.	4Eh	Temperatura apa intrare răcitorul de ulei	0-100 gr C
I 32.	4Fh	Temperatura apa ieşire răcitorul de ulei	0-100 gr C
I 33.	50h	Presiune apa motor	0-25 bar
I 34.	51h	Presiune apa compresor	0-25 bar
I 35.	52h	Nivel vibraţii orizontal	0-10 g
I 36.	53h	Nivel vibraţii vertical	0-10 g
I 37.	54h	Nivel vibraţii axial	0-10 g
I 38.	55h	Presiune ulei înainte de filtrul 1	0-25 bar
I 39.	56h	Presiune ulei înainte de filtrul 2	0-25 bar
I 40.	57h	S-unificat 4-20mA	4-20 mA
I 40.	57h	Presiune diferenţiala pe filtrul 1	0-25 bar
I 41.	58h	Presiune aer combustibil turbosuflanta stingă	0-2.5 bar
I 42.	59h	Presiune aer combustibil turbosuflanta dreapta	0-6 bar
I 1	30h	Turaţie maina măsurata traductor pe 300 ohm	10-378 rpm

Toţi parametrii analogici din tabelul de sus sunt achiziţionaţi de controler, pentru a putea asista motocompresorul în toate fazele de funcţionare, pentru a acţiona protecţiile în cazul depăşirii anumitor praguri şi pentru a putea transmite datele spre calculatorul central din dispecerat. Datele transmise sunt afişate în dispecerat şi totodată memorate în vederea realizării istoricelor de funcţionare ale compresoarelor.

Datele astfel memorate pot fi ulterior analizate, putându-se realiza graficele parametrilor doriţi dintr-un interval dorit. Astfel, în graficele de jos este prezentată evoluta turaţiei intr-un anumit interval la un anumit compresor.







IEŞIRILE DIGITALE ALE CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

Nr.	Adr cda	Adr atrib	Denumire	Obs
C1.	21h.0	20h.0	Validare sistem de aprindere	Treapta activa pe 0
C2.	21h.1	20h.1	Pornire pompa auxiliara	Impuls activ pe 0 1s
C3.	21h.2	20h.2	Oprire pompa auxiliara	Impuls activ pe 0
C4.	21h.3	20h.3	Pornire pompa auxiliara	Treapta activa pe 0
C5.	21h.4	20h.4	Activare lampa de avertizare avarie	Treapta activa pe 0
C6.	21h.5	20h.5	Activare hupa de avertizare avarie	Treapta activa pe 0
C7.	21h.6	20h.6	Oprire maşina (Gaz Down)	Impuls activ pe 0 5s
C8.	21h.7	20h.7	Gaz(up)	Impuls activ pe 0 0.5-1s
C9.	23h.0	22h.0	Demaror	Treapta activa pe 0

SEMNALIZĂRILE OPTICE ALE CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

Nr.	ADR led	ADR atr	DENUMIRE PARAMETRU	I analogica
	Galben	Flip	CONDITII DE PORNIRE
L1	27h.0	26h.0	Maşina blocata de la PC
L2	27h.1	26h.1	Senzor defect	I 1--I 39
L3	27h.2	26h.2	Temperatura ulei intrare motor < 8 gr C	I 19
L4	27h.3	26h.3	Temperatura ulei intrare motor > 80gr C	I 19
L5	27h.4	26h.4	Temperatura apa iesire motor > 80 gr C	I 23
L6	27h.5	26h.5	Temperatura gaze evacuare CM1 CM10 > 300 gr C	I 7--I 16
L7	27h.6	26h.6	Presiune apa motor < 2 bar	I 33
L8.	27h.7	26h.7	Presiune apa compresor < 2 bar	I 34
L9.	29h.0	28h.0	Presiune ulei în rampa < 0.3bar	I 17
L10.	29h.1	28h.1	Presiune gaz combustibil înainte de vana nec. ( < 2.7bar;> 4.3bar )	I 4
L11.	29h.2	28h.2	Presiune aer demaraj necorespunzătoare (< 10 bar )	I 18
L12	29h.3	28h.3	Pompa auxiliara pornita
	Verzi	Cont.	INDICATORI STARE
L13.	29h.4	28h.4	Gata pentru pornire
L14.	29h.5	28h.5	Sistem aprindere activat
L15.	29h.6	28h.6	Control automat al turaţiei
L16.	29h.7	28h.7	Gata pentru punere în sarcina
L17.	2Bh.0	2Ah.0	Lubricator în funcţiune
	Rosii	Flip	SEMNALIZARI
L18.	2Bh.1	2Ah.1	Temperatura ulei ieşire motor > 68 gr C	I 20
L19.	2Bh.2	2Ah.2	Presiune ulei în rampa < 1,8 bar	I 17
L20.	2Bh.3	2Ah.3	Presiune aspiraţie < 4.5 bar	I 2
L21.	2Bh.4	2Ah.4	Presiune refulare > 22 bar	I 3
L22.	2Bh.5	2Ah.5	Temperatura gaz refulare C1- C5 > 115 gr C	I 24--I 28
L23.	2Bh.6	2Ah.6	Turaţie intre 275 şi 290 rpm sau > 315 rpm	I 1
	Rosii	Cont.	PROTECTII
L24.	2Bh.7	2Ah.7	Turaţie < 290 rpm în sarcina	I 1
L25	2Dh.0	2Ch.0	Turaţie > 340 rpm	I 1
L26.	2Dh.1	2Ch.1	Temperatura gaze evacuare CM1-CM10 > 550 grC	I 7-- I 16
L27	2Dh.2	2Ch.2	Temperatura ulei ieşire motor > 80 gr.C	I 20
L28.	2Dh.3	2Ch.3	Temperatura apa ieşire motor > 80 gr.C	I 23
L29.	2Dh.4	2Ch.4	Lubricatorul nu funcţionează
L30.	2Dh.5	2Ch.5	Presiune ulei în rampa < 1.3 bar	I 17
L31.	2Dh.6	2Ch.6	Nivel vibraţii > 3g	I 35-- I 37
L32.	2Dh.7	2Ch.7	Turaţie > 200 rpm la Tulei < 45 gr C sau Tapa ies motor <30 gr C	I 1,I 19,I23

Pe parcursul funcţionarii, compresorul trece prin mai multe faze de funcţionare. Toate aceste faze sunt urmărite de controlerul de proces şi sunt semnalizate corespunzător pe afişajul alfanumeric. Mesajele furnizate în timpul funcţionarii sunt grupate în următorul tabel:

CODURI DE FUNCŢIONARE ALE CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

COD	SEMNIFICATIE
P01	Pompa blocata pornita
P02	Pompa nu porneste
PUn	Primele 3 min preungere
PPn	Ultimele 5 min postungere
PWn	Aştept maxim 10 minute să funcţioneze pompa
F01	Aştept 25 rpm apoi 120 rpm
F02	Aştept T.ulei ieşire motor să ajunga la 45 gr C Aştept Tapa ieşire motor să ajungă la 30 gr C
FUN	Funcţionare
PC	Maşina blocata de PC
STP	A fost acţionat butonul oprire

2
.2.2.3 DIAGRAMA LOGICA DE FUNCŢIONARE

2.2.2.4 MICROSISTEMUL DE OPERARE ŞI APLICAŢIA SPECIFICĂ GAZOCOMPRESORULUI

După cum se observa şi în schema logica de funcţionare algoritmul de control este destul de complicat. Trebuie realizate trei funcţii majore: achiziţie şi afişare locala date, control funcţionare compresor, comunicaţia cu calculatorul central.

Pentru a putea realiza aceste cernite s-a folosit microsistemul de operare al controlerului DASYS descris anterior şi care face mai facila implementarea aplicaţiei şi totodată oferă posibilitatea de a refolosi o mare parte din programele de aplicaţie realizate pentru alte automatizări la alte tipuri de compresoare sau sisteme din industrie.
HARTA MEMORIEI CONTROLERULUI DE PROCES PROGRAMAT PENTRU GAZOCOMPRESORUL 10GKNA

Div	ADRESA	NUME LOGATIE	OBS
	00h-07h	Reg R0-R7 bank0 Reg generali
	08h	Contor canal afisat pe afisaj
Timere	09h	Timer T1-Timer delay sec
	0Ah	Timer T2-Timer pompa min
	0Bh	Timer T3-Timer general s
	0Ch	Minute
	0Dh	Secunde
	0Eh	Zecimi de secunda
Coduri de functionare	0Fh	Cod masina
	10h	Cod func1
	11h	Cod func2
	12h	Cod func3
	13h	Cod func4
	14h-1Fh	Liber
Iesiri digitale penru comenzi	20h	D_out1 atribute
	21h	D_out1 valori
	22h	D_out2 atribute
	23h	D_out2 valori
	24h	ST1-locatie de stare1	24h.0 1=start 0=stop
	25h	ST1-locatie de stare2
Iesiri digitale pentru afisari	26h	DX_out1 atribute
	27h	DX_out1 valori
	28h	DX_out2 atribute
	29h	DX_out2 valori
	2Ah	DX_out3 atribute
	2Bh	DX_out3 valori
	2Ch	DX_out4 atribute
	2Dh	DX_out4 valori
Intrari digitale	2Eh	DI_1
	2Fh	DI_2
	30h-5Dh	46 canale analogice

In schema logica sunt prezentate concentrat avertizările şi protecţiile în diferite faze de funcţionare.

Exista un număr mare de parametri analogici care se monitorizează precum şi un număr mare de semnalizări şi protecţii care se activează în funcţie de valorile intrărilor analogice, după cum se vede şi în tabelele de mai sus.

Vom lua, de exemplu, o anumită intrare analogica, presiunea uleiului în rampa. Aceasta intrare produce semnalizare la pornire pe L9, semnalizare în timpul funcţionarii pe L19 şi în caz de protecţie semnalizează pe L30.

Rutina corespunzătoare pentru protecţia afişată pe L30 este prezentată în continuare:

***** Verific valoarea P ulei în rampa <1.3 bar sau >10 bar timp de 5s
mov b,#0 ;contor

soc_ul_b:

mov a,#246 ;10 bar=246

cjne a,40h,soc_ul0 ;Compara cu val I17 de la 40h

soc_ul0:

jc soc_ul_is

mov a,#75 ;1.3 bar=75

cjne a,40h,soc_ul ;Compara cu val I17 de la 40h

soc_ul:

jc soc_ul_ies

soc_ul_is:

jnb 2eh.1 soc_ul_sb ;Verific B2 -oprire de urgenta locala

mov a,0fh ;Verific comanda STOP de la PC

cjne a,#02h,soc_ul_tmp ;Reia de la start daca s-a primit "STOP"

sjmp soc_ul_st

soc_ul_tmp:

setb 20h.5 ;Hupa flip

setb 20h.4 ;Lampa de avarie activa

setb 2ch.5 ;Presiunea ulei <1.3 bar L30 flip

call delay5

inc b

mov a,b

cjne a,#15,soc_ul_b

soc_ul_st:

clr 2ch.5 ;L30 nu flip

setb 2Dh.5 ;Presiunea ulei <1.3 bar L30 arde

setb 20h.4 ;Lampa de avarie C5 activa

ljmp stop

soc_ul_sb:

ljmp stop_but

soc_ul_ies:

clr 2ch.5 ;L30 nu flip

clr 2dh.5 ;L30 nu arde

Variaţia presiunii uleiului în rampa la un compresor GKN se poate urmării în graficul de mai jos:

Un detaliu dintr-un interval mai scurt este prezentat în continuare:

2.2.2.5 PARAMETRI ACHIZIŢIONAŢI

Rolul principal al unui compresor este de a ridica presiunea gazelor provenite de la sonde (numita presiune aspiraţie) la presiunea conductelor magistrale (numita presiune refulare) în vederea transportării gazelor la distanta.

Graficul presiunilor de aspiraţie şi refulare este prezentat în graficele de mai jos.

Pentru a urmării funcţionarea celor 10 cilindrii motorii s-au achiziţionat temperaturile gazelor de evacuare din fiecare cilindru. În graficul de jos sunt reprezentate cele zece temperaturi de la cei zece cilindrii motorii.

Daca motocompresorul funcţionează în parametrii normali de funcţionare temperaturile cilindrilor trebuie să fie apropiate şi variaţia lor în timp trebuie să fie asemănătoare. Daca motocompresorul are cilindrii motori care nu funcţionează corect sau sunt defecţi, acest lucru se poate vedea şi din graficul temperaturilor:

Numai temperaturile gazelor de evacuare din cilindrii motori nu sunt suficiente pentru o analiza completa a modului de funcţionare a fiecărui cilindru în parte, de aceea s-au achiziţionat şi temperatura apa răcire pentru fiecare cilindru în parte. În urma achiziţiei realizate pe parcursul a 24 de ore de funcţionare, au rezultat următoarele grafice:




Apa colectată de la fiecare cilindru este trimisă în instalaţia de răcire. Temperatura apei colectate este rezultanta tuturor temperaturilor apelor colectate de la fiecare cilindru, lucru care se poate observă şi din graficul următor:

Eficienta gazocompresorului este dată de cantitatea de gaz pompată deci de eficienta cilindrilor compresori. Modul de funcţionare poate fi analizat şi din graficul temperaturilor gazelor de refulare din fiecare cilindru compresor.

2.2.2.6 LEGĂTURA CU DISPECERATUL

După cum se observă în schema bloc din figura 21, toate controlerele sunt legate în sistem multidropping cu dispeceratul, la un calculator central, în vederea transmiterii datelor achiziţionate şi recepţionării comenzilor.

In imaginea de jos este prezentat programul de centralizare date provenite de la toate controlerele din staţia de comprimare. Fiecărui compresor ii corespunde o linie în imaginea afişată pe calculatorul central din dispecerat.

In partea de sus a ecranului sunt afişaţi parametri generali ai staţiei. Urmează cate un rând de informaţii pentru fiecare maşina din staţie.

Fiecare rând afişează: numărul compresorului, butoanele de pornit, oprit, test, încărcare automata, ledurile de pe consola locală ale gazocompresorului, turaţie maşina, presiune aspiraţie, presiune refulare, presiune gaz combustibil.

In partea dreaptă sunt afişate grafic sub forma de bare verticale, temperaturile celor 10 cilindrii motori.

Operatorul poate selectă pentru afişare orice parametru de la oricare compresor din staţie.

In partea de sus a ecranului se poate afişa graficul în timp real al parametrului selectat de operator.

I
n cazul în care o maşina este oprita, linia corespunzătoare ei pe ecran este ştearsă. În cazul în care o singura maşină este pornită ecranul calculatorului din dispecerat arată astfel:
Există şi alte variante ale programelor de monitorizare din dispecerat, una dintre ele este prezentată în imaginea de jos.