Lab313 Opis obiektów oraz symulatorów

Nazwa dokumentu:

Lab313

Opis obiektów oraz symulatorów

Wersja: 7.1

Data: 2017.12.13

Autor: dr inż. Michał Syfert

Spis treści

1 Symulatory 4

1.1 Parametry symulacji 5

1.2 Symulacja uszkodzeń 6

2 Zespół trzech zbiorników szeregowych / TTS 7

2.1 Zakłócenia procesowe 8

2.2 Uszkodzenia 8

2.3 Tolerowanie uszkodzeń 9

3 Zespołu walczaka / BOILER 10

3.1 Zakłócenia procesowe 11

3.2 Uszkodzenia 11

3.3 Tolerowanie uszkodzeń 12

4 Zespół trzech zbiorników równolegle - szeregowych / AMIRA 13

4.1 Zakłócenia procesowe 14

4.2 Uszkodzenia 14

4.3 Tolerowanie uszkodzeń 15

5 Zespół trzech zbiorników szeregowych z zaworem regulacyjnym / TTS-2 16

5.1 Zakłócenia procesowe 17

5.2 Uszkodzenia 17

5.3 Tolerowanie uszkodzeń 18

6 Rozszerzony zespół trzech zbiorników szeregowych z zaworem regulacyjnym

(TTS-2-EXT) 19

6.1 Zakłócenia procesowe 20

6.2 Uszkodzenia 20

7 Rozszerzony zespół walczaka (BOILER-EXT) 22

7.1 Zakłócenia procesowe 24

7.2 Uszkodzenia 24

8 Rozszerzony zespół trzech zbiorników równoległo - szeregowych (AMIRA-

EXT) 26

8.1 Zakłócenia procesowe 27

8.2 Uszkodzenia 27

1. Symulatory 3

Zmiany:

Do wersja Data Uwagi

5.1 2008.12.08 Drobne modyfikacje oznaczeń pomiarów - TTS Uściślenie opisu wzorca symulacji uszkodzeń - TTS 2008.12.09 Drobne modyfikacje oznaczeń pomiarów –AMIRA

Uściślenie opisu wzorca symulacji uszkodzeń - AMIRA 2008.12.14 Drobne modyfikacje oznaczeń pomiarów –BOILER

Uściślenie opisu wzorca symulacji uszkodzeń – BOILER 2008.12.15 Poprawa działania symulatora - BOILER

6.0 2009.12.09 Dodanie obiektu TTS-2

6.1 2009.12.28 Zmiana opisu zakresów zmiennych TTS

7.0 2010.11.18 Dodanie opisu rozszerzonych obiektów (do rekonfiguracji) 7.1 2010.11.26 Dodanie zaworu pomiędzy zbiornikiem 1 i 2 w TTS2-Ext

Rozszerzenie zbioru uszkodzeń w TTS2-Ext

Usunięcie z opisu regulatorów położenia trzpienia zaworów 1 i 2.

1 S

Wszystkie symulatory stanowisk laboratoryjnych mają tę samą strukturę. Na rys. 1 pokazano przykładowy schemat blokowy symulatora TTS. W skład każdego symulatora wchodzą dwie części:

 … Simulator – właściwy symulator obiektu,

 … Control – układ regulacji.

Poszczególne bloki symulatora to:

 Process. Blok procesu – obiekt regulacji. Blok ten obejmuje elementy instalacji, wykonawcze oraz pomiarowe.

 General parameters. Blok zawierający definicję parametrów symulacji (patrz rozdział 1.1).

Poszczególne bloki układu regulacji to:

 SP generator. Blok pomocniczy zadawania określonych przebiegów wartości zadanej SP.

 Manual CV. Blok zadawania ręcznie wartości sterowania.

 Controllers. Jeden lub więcej bloków realizujących algorytmy sterowania PID w różnych strukturach.

 Process variables displays. Różnego rodzaju predefiniowane wyświetlacze graficzne podstawowych wielkości sterujących, procesowych, itp.

 Data export. Blok zapisu wybranych zmiennych procesowych do plików eksportu w formacie txt. Docelowo wybrane są wszystkie zmienne procesowe dostępne pomiarowo w rzeczywistym obiekcie.

Rys. 1. Schemat zespołu trzech zbiorników wraz z układem regulacji.

Controllers SP generator

Manual CV

Process variables

displays Process

Data export General

parameters

1. Symulatory

Modele procesów w symulatorach zostały stworzone tak, aby w miarę możliwości dokładnie odzwierciedlać działanie rzeczywistych stanowisk laboratoryjnych. Schemat poszczególnych modeli procesów odpowiada strukturze stanowisk sprzętowej przedstawionych w dalszych rozdz

1.1 PARAMETRY SYMULACJI

Dostępne są następujące binarne parametry symulacji:

 EnD - włączanie / wyłącznie zakłóceń pomiarowych (praktycznie zawsze włączone) (do wykorzystania przy badaniu sterowania)

 EnPrDist - włączanie / wyłącznie zakłócenia proceso

 EnPrDistShift - włączanie / wyłącznie stałej wartości zakłócenia (konieczne aby zakłócenia procesowe miały wartości dodatnie i ujemne)

(do wykorzystania przy zadaniach diagnostycznych)

 EnF – włączanie / wyłącznie symulacji uszkodzeń

 IncipF - włączanie / wyłącznie trybu symulacji uszkodzeń

 AutoF - włączanie / wyłącznie trybu odtwarzania wzorcowych uszkodzeń

 Faults Generator/F1 od włączenia symulacji uszkodze

Rys.

cesów w symulatorach zostały stworzone tak, aby w miarę możliwości dokładnie odzwierciedlać działanie rzeczywistych stanowisk laboratoryjnych. Schemat poszczególnych modeli procesów odpowiada strukturze stanowisk sprzętowej przedstawionych w dalszych rozdz

Dostępne są następujące binarne parametry symulacji:

włączanie / wyłącznie zakłóceń pomiarowych (praktycznie zawsze włączone) do wykorzystania przy badaniu sterowania)

włączanie / wyłącznie zakłócenia procesowego

włączanie / wyłącznie stałej wartości zakłócenia (konieczne aby zakłócenia procesowe miały wartości dodatnie i ujemne)

do wykorzystania przy zadaniach diagnostycznych) włączanie / wyłącznie symulacji uszkodzeń

włączanie / wyłącznie trybu symulacji uszkodzeń powoli narastających włączanie / wyłącznie trybu odtwarzania wzorcowych uszkodzeń

F1…Fxx - włączanie / wyłącznie poszczególnych uszkodzeń, niezależne od włączenia symulacji uszkodzeń (EnF)

Rys. 2. Blok ‘Parameters’ - parametry symulacji.

5

cesów w symulatorach zostały stworzone tak, aby w miarę możliwości dokładnie odzwierciedlać działanie rzeczywistych stanowisk laboratoryjnych. Schemat poszczególnych modeli procesów odpowiada strukturze stanowisk sprzętowej przedstawionych w dalszych rozdziałach.

włączanie / wyłącznie zakłóceń pomiarowych (praktycznie zawsze włączone)

włączanie / wyłącznie stałej wartości zakłócenia (konieczne aby zakłócenia

powoli narastających

włączanie / wyłącznie poszczególnych uszkodzeń, niezależne

1.2 SYMULACJA USZKODZEŃ

W symulatorach zdefiniowano pewien wyjściowy zbiór uszkodzeń odpowiadających uszkodzeniom jakie mogą być wprowadzane w rzeczywistych obiektach. Zbiór rozp

obejmuje uszkodzenia instalacji technologicznej, torów pomiarowych oraz elementów wykonawczych a także uszkodzenia dodatkowe takie jak brak medium. Wykaz uszkodzeń dla poszczególnych symulatorów opisany jest w dalszych rozdziałach.

Rys. 3. Bloki uszkodzeń umieszczone w różnych fragmentach instalacji.

Symulacja uszkodzeń dokonywana jest poprzez specjalne bloki funkcyjne umieszczone w różnych miejscach instalacji (patrz 3). Bloki te posiadają szereg parametrów definiujących okres symulacji uszkodzenia oraz jego rodzaj i wielkość.

Domyślne wartości parametrów bloków uszkodzeń dobrane są tak, aby wygenerować wzorcowy przebieg symulacji, podczas której symulowane są kolejno wszystkie uszkodzenia (o pewnym typie i wartości). W celu przeprowadzenia testów

zmiana parametrów symulacji uszkodzeń. Istnieje także możliwość wprowadzenia w uszkodzeń w celu przeprowadzenia dodatkowych testów.

W symulatorach zdefiniowano pewien wyjściowy zbiór uszkodzeń odpowiadających uszkodzeniom jakie mogą być wprowadzane w rzeczywistych obiektach. Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje uszkodzenia instalacji technologicznej, torów pomiarowych oraz elementów wykonawczych a także uszkodzenia dodatkowe takie jak brak medium. Wykaz uszkodzeń dla poszczególnych symulatorów opisany jest w dalszych rozdziałach.

. Bloki uszkodzeń umieszczone w różnych fragmentach instalacji.

Symulacja uszkodzeń dokonywana jest poprzez specjalne bloki funkcyjne umieszczone w różnych ). Bloki te posiadają szereg parametrów definiujących okres symulacji uszkodzenia oraz jego rodzaj i wielkość.

Domyślne wartości parametrów bloków uszkodzeń dobrane są tak, aby wygenerować wzorcowy symulacji, podczas której symulowane są kolejno wszystkie uszkodzenia (o pewnym typie i wartości). W celu przeprowadzenia testów możliwa jest oczywiścielub wręcz nawet wskazana zmiana parametrów symulacji uszkodzeń. Istnieje także możliwość wprowadzenia w

uszkodzeń w celu przeprowadzenia dodatkowych testów.

W symulatorach zdefiniowano pewien wyjściowy zbiór uszkodzeń odpowiadających uszkodzeniom atrywanych uszkodzeń obejmuje uszkodzenia instalacji technologicznej, torów pomiarowych oraz elementów wykonawczych a także uszkodzenia dodatkowe takie jak brak medium. Wykaz uszkodzeń dla

. Bloki uszkodzeń umieszczone w różnych fragmentach instalacji.

Symulacja uszkodzeń dokonywana jest poprzez specjalne bloki funkcyjne umieszczone w różnych ). Bloki te posiadają szereg parametrów definiujących okres symulacji

Domyślne wartości parametrów bloków uszkodzeń dobrane są tak, aby wygenerować wzorcowy symulacji, podczas której symulowane są kolejno wszystkie uszkodzenia (o pewnym typie lub wręcz nawet wskazana zmiana parametrów symulacji uszkodzeń. Istnieje także możliwość wprowadzenia własnych

2. Zespół trzech zbiorników szeregowych / TTS 7

2 Z

/ TTS

Schemat obiektu został przedstawiony na rys. 4. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli 1.

Rys. 4. Schemat zespołu trzech zbiorników wraz z układem regulacji.

Tabela 1. Zbiór zmiennych procesowych dla TTS.

Opis Jednostki Zakres

SPL

(LIC.11.03.SP) Wartość zadana poziomu wody w zbiorniku III m 0-1

CVL

(LIC.11.03.CV i GC.12.01.SP) Sygnał sterujący regulatora poziomu wody w zbiorniku III % 0-100

CVG

(GC.12.01.CV) Sygnał sterujący położenia zaworu na dopływie wody do zbiornika I % 0-100

G

(GC.12.01.PV i GT.12.01) Sygnał sprzężenia zwrotnego położenia zaworu na dopływie wody do zbiornika I

F1

(FT.11.01) Przepływ wody na dopływie do zbiornika I FS 0-1

L11, L12

(LT.21.01, LT.21.11) Poziom wody w zbiorniku I (dwa czujniki redundantne) m 0-1

L21, L22

(LT.21.02, LT.21.12) Poziom wody w zbiorniku II (dwa czujniki redundantne) L31, L32

(LIC.11.03.PV i LT.21.03, LT.21.13) Poziom wody w zbiorniku III (dwa czujniki redundantne) F2

(FT.11.02) Przepływ wody na odpływie ze zbiornika III FS 0-1

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku III (L3).

2.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zewnętrzne zakłócenie uwzględniany jest dodatkowy strumień dopływu wody do zbiornika III (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift).

2.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenie siłownika i zaworu, brak medium na wejściu obiektu oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki ze zbiorników oraz przytkania połączeń pomiędzy zbiornikami). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie 5.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli 2.

Rys. 5. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń TTS.

2. Zespół trzech zbiorników szeregowych / TTS 9

Tabela 2. Przykładowe okresy i wartości symulacji uszkodzeń ustawione dla TTS.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres symulacji [s]

f1 Brak medium {0,1} 1 570-870

f2 Uszkodzenie pompy <-100,0> % multiplikatywne x 0.5 1170-1470

f3 Uszkodzenie w torze sygnału sterującego CVG <-100,100> % multiplikatywne x 0.7 1770-2070 f4 Uszkodzenie silnika zaworu regulacyjnego <-100,0> % multiplikatywne x 0.5 2370-2670 f5 Uszkodzenie toru pomiarowego położenia zaworu G <-100,100> addytywne –20 2970-3270 f6 Uszkodzenie zaworu regulacyjnego <-100,100> % multiplikatywne x 0.5 3570-3870 f7 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F1 <-100,100> % multiplikatywne x 0.7 4170-4470 f8 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L11 <-100,100> % multiplikatywne x 0.7 4770-5070

f9 Przeciek ze zbiornika 1 <0,1> 1 - pełne otwarcie 5370-5670

f10 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 1 i 2 <0,1> zamknięcie na 50% 5970-6270 f11 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L21 <-1,1> addytywne –0.1 6570-6870

f12 Przeciek ze zbiornika 2 <0,1> 1 - pełne otwarcie 7170-7470

f13 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 2 i 3 <0,1> zamknięcie na 50% 7770-8070 f14 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L31 <-100,100> % multiplikatywne x 0.8 8370-8670

f15 Przeciek ze zbiornika 3 <0,1> otwarcie na 50% 8970-9270

f16 Częściowe przytkanie odpływu <0,1> zamknięcie na 50% 9570-9870 f17 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F2 <-100,100> % multiplikatywne x 1.2 10170-10470 f18 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L12 <-100,100> % multiplikatywne x 0.7 10770-11070 f19 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L22 <-1,1> addytywne +0.1 11370-11670 f20 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L32 <-100,100> % multiplikatywne x 0.8 11970-12270

2.3 TOLEROWANIE USZKODZEŃ

Układ działa zasadniczo w tej samej konfiguracji zarówno przy badania układów sterowania jak i realizacji zadań diagnostycznych i FT. Możliwa jest zmiana struktury układu regulacji.

3 Z

/ BOILER

Schemat obiektu został przedstawiony na rys. 6. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli 3.

Rys. 6. Schemat zespołu walczaka wraz z układem regulacji.

Tabela 3. Zbiór zmiennych procesowych dla walczaka.

Opis Jednostki Zakres

SP

(LIC.21.01.SP) Wartość zadana poziomu wody w walczaku m 0 – 0.5

CV

(LIC.21.01.CV) Sygnał sterujący położeniem grzyba zaworu % 0 – 100

G (GT.21.01) Aktualne położenie grzyba zaworu

(zakładam, że pozycjoner zaworu nie korzysta z pomiaru G) % 0 – 100

dP (PDT.21.01) Różnica ciśnień na zaworze VB1 kPa 0 – 275

F1

(FT.21.01) Przepływ medium (przepływomierz Vortex) m³/h 0 – 5

F3

(FT.21.02) Przepływ medium (przepływomierz elektromagnetyczny) m³/h 0 – 5

L (LIC.21.01.PV i LT.21.01) Poziom w zbiorniku Z1 m 0 – 0.5

P

(PT.21.01) Ciśnienie przed zaworem VB1 kPa 0 – 500

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku (L).

3. Zespołu walczaka / BOILER 11

3.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zewnętrzne zakłócenie uwzględniany jest dodatkowy strumień dopływu wody do zbiornika (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift).

3.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenie siłownika i zaworu, otwarcie zaworu obejścia, uszkodzenie pompy oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki z rurociągu za przepływomierzami, wyciek ze zbiornika, przytkanie rurociągu na wlocie do zbiornika). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie 7.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli 4.

Rys. 7. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń w stanowisku walczaka.

Tabela 4. Zbiór uszkodzeń dla walczaka.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres symulacji [s]

f1 Przeciek z walczaka (zbiornik Z1) <0, 1> pełne otwarcie 570-870 f2 Dławienie wypływu z walczaka <0, 1> zamknięcie na 0.5 1170-1470

f3 Zarastanie rurociągów <0, 1> zamknięcie na0.4 1770-2070

f4 Wyciek z rurociągu <0, 1> otwarcie na 0.4 2370-2670

f5 Uszkodzenie przetwornika poziomu L <-0.5, 0.5> addytywne –0.05 2970-3270 f6 Uszkodzenie przetwornika przepływu F3 <-100,100> % multiplikatywne x0.9 3570-3870 f7 Uszkodzenie przetwornika ciśnienia P1 <-100,100> % multiplikatywne x0.5 4170-4470 f8 Uszkodzenie przetwornika różnicy ciśnienia dP <-100,100> % multiplikatywne x0.7 4770-5070 f9 Uszkodzenie pozycjonera lub siłownika zaworu VB1 <-100,100> % multiplikatywne x0.7 5370-5670 f10 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu VB1 <-100,100> % multiplikatywne x0.8 5970-6270 f11 Spadek obrotów pompy <-100, 0> % multiplikatywne x0.8 6570-6870

f12 Otwarcie zaworu obejścia <0, 1> otwarcie na 0.5 7170-7470

f13 Zatrzymanie pracy pompy {0, 1} zatrzymanie 7770-8070

f14 Uszkodzenie przetwornika położenia G (zakładam,

że pozycjoner zaworu nie korzysta z pomiaru G) <-100, 100> addytywne -10 8370-8670 Uwaga:

 zbiór uszkodzeń może się zmieniać w zależności od konfiguracji obiektu (np. f₁₂ – otwarcie zaworu obejścia – niewykorzystywane przy sterowaniu zaworem VB2)

 Wysterowanie zaworu VB2 sygnałem „>=0” powoduje wyłączenie działania uszkodzenia f12 (w celu realizacji układu FTC).

3.3 TOLEROWANIE USZKODZEŃ

Układ działa zasadniczo w tej samej konfiguracji zarówno przy badania układów sterowania jak i realizacji zadań diagnostycznych i FT. Możliwa jest zmiana struktury układu regulacji.

W przypadku zadań diagnostycznych:

 Nieoczekiwane otwarcie zaworu VB2jest uszkodzeniem „otwarty zawór obejścia”.

 Zawór VB2może być wykorzystany przez układ FT jako redundantny zawór regulacyjny (wykorzystywany w przypadku niesprawności zaworu VB1).

4. Zespół trzech zbiorników równolegle - szeregowych / AMIRA 13

4 Z

-

/ AMIRA

Schemat obiektu został przedstawiony na rys. 8. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli 5.

Rys. 8. Schemat zespołu trzech zbiorników AMIRY z układem regulacji.

Tabela 5. Zbiór zmiennych procesowych dla AMIRY.

Opis Jednostki Zakres

SP

(LIC.31.02.SP) Wartość zadana poziomu wody w zbiorniku II m 0 - 0.6

CV

(LIC.31.02.CV) Sygnał sterujący wydatkiem pompy na dopływie wody do zbiornika I V 0-12

L1

(LT.31.01) Poziom wody w zbiorniku I

m 0 - 0.6

L2

(LIC.31.02.PV i LT.31.02)

Poziom wody w zbiorniku II

L3

(LT.31.03) Poziom wody w zbiorniku III

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku II (L₂) za pomocą pompy I (w wersji podstawowej).

4.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zewnętrzne zakłócenie uwzględniany jest dodatkowy strumień dopływu wody do zbiornika II (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift).

4.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenia pomp oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki ze zbiorników oraz przytkania połączeń pomiędzy zbiornikami oraz wypływu). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie 9.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli 6.

Podczas badania układów sterowania uszkodzenia wyłączamy.

Rys. 9. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń w stanowisku Amiry.

4. Zespół trzech zbiorników równolegle - szeregowych / AMIRA 15

Tabela 6. Zbiór uszkodzeń dla Amiry.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres symulacji [s]

f1 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L1 <-100,100> % multiplikatywne x0.85 570-870 f2 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L2 <-1,1> addytywne –0.05 1170-1470 f3 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L3 <-100,100> % multiplikatywne x0.9 1770-2070

f4 uszkodzenie pompy I <-100,0> % multiplikatywne 0.7 2370-2670

f5 wyciek ze zbiornika 1 <0,1> otwarcie zaworu na 0.5 2970-3270

f6 wyciek ze zbiornika 3 <0,1> otwarcie zaworu na 0.5 3570-3870

f7 przytkanie kanału miedzy zbiornikami 1 i 2 <0,1> zamknięcie na 0.1 4170-4470 f8 otwarcie (przytkanie - zależnie od konfiguracji obiektu) kanału

miedzy zbiornikami 2 i 3 <0,1> otwarcie na 0.1 4770-5070

f9 przytkanie odpływu <0,1> zamknięcie na 0.2 5370-5670

f10 brak medium {0,1} 1 5970-6270

f11 uszkodzenie pompy II (zależnie od konfiguracji obiektu) <-100,100> % multiplikatywne 0.7 6570-6870 Uwaga – zbiór uszkodzeń może się zmieniać w zależności od konfiguracji obiektu (np. f₈ – otwarcie kanału lub zablokowanie – niemożliwość otwarcia przy sterowaniu pompą II)

4.3 TOLEROWANIE USZKODZEŃ

Układ działa zasadniczo w tej samej konfiguracji zarówno przy badania układów sterowania jak i realizacji zadań diagnostycznych i FT. Zawór pomiędzy zbiornikami II i III jest zamknięty. Możliwa jest zmiana struktury układu regulacji.

W przypadku zadań diagnostycznych:

 Nieoczekiwane otwarcie zaworu pomiędzy zbiornikami II i III jest traktowane jako uszkodzenie.

 Zawórpomiędzy zbiornikami II i III może być otwarty podczas rekonfiguracji układu sterowania. Pompa II może być wykorzystywana jako redundantny element wykonawczy (wykorzystywany w przypadku niesprawności zaworu pompy I).

5 Z

/ TTS-2

Schemat obiektu został przedstawiony na rys. 10. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli 7.

Rys. 10. Schemat zespołu trzech zbiorników z regulatorem wraz z układem regulacji.

Tabela 7. Zbiór zmiennych procesowych dla TTS-2.

Symbol Opis Jednostki Zakres

SP (LIC.4.1.SP) Wartość zadana poziomu wody w zbiorniku III m 0…0.5

CV

(LIC.4.1.CV) Sygnał sterujący położenia zaworu na dopływie wody do

zbiornika I % 0…100

G

(GT.4.2.01) Sygnał sprzężenia zwrotnego położenia zaworu na dopływie

wody do zbiornika I % 0…100

F1

(FT.4.1.01) Przepływ wody na dopływie do zbiornika I l/min 0…28

L11, L12

(LT.4.1.11, LT.4.1.12) Poziom wody w zbiorniku I (dwa czujniki redundantne)

m 0…1

L21, L22

(LT.4.1.21, LT.4.1.22) Poziom wody w zbiorniku II (dwa czujniki redundantne) L31, L32

(LIC.4.1.PV i LT.4.1.31, LT.4.1.32) Poziom wody w zbiorniku III (dwa czujniki redundantne) F2

(FT.4.1.02) Przepływ wody na odpływie ze zbiornika III l/min 0…33

P1 Ciśnienie przed zaworem regulacyjnym (pompy) kPa 80…260

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku III (L₃).

5. Zespół trzech zbiorników szeregowych z zaworem regulacyjnym / TTS-2 17

5.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zakłócenie procesowe rozpatrywany jest dodatkowy dopływ wody do zbiornika III zmieniający się losowo wokół pewnej określonej stałej wartości (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift):

 poziom stały zakłócenia:  2,7 [l/min]

 wahania:  2,15 l/min, powodują wahania poziomu w zbiorniku III o  0,07 [m]

 maksymalny poziom wody w zbiorniku III:

o bez zakłóceń procesowych:0,41 [m]

o z zakłóceniami procesowymi: 0,5 [m]

5.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenie siłownika i zaworu, brak medium na wejściu obiektu oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki ze zbiorników oraz przytkania połączeń pomiędzy zbiornikami). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie11.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli8.

Rys. 11. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń TTS-2-Ext.

F

Tabela 8. Przykładowe okresy i wartości symulacji uszkodzeń ustawione dla TTS-2.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres sym. [s]

f1 Zatrzymanie pracy pompy (wyłączenie)

(tylko nagłe) {-100,0} % -100 570-870

f2 Spadek wydajności pompy <-100,0> % multi. x 0.8 1170-1470

f3 Uszkodzenie w torze sygnału sterującego CV <-100,100> % multi. x 0.7 1770-2070 f4 Uszkodzenie siłownika zaworu regulacyjnego <-100,0> % multi. x 0.7 2370-2670 f5 Uszkodzenie toru pomiarowego położenia zaworu G <-100,100> addytywne –10 2970-3270 f6 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu regulacyjnego <-100,100> % multi. x 0.7 3570-3870 f7 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F1 <-100,100> % multi. x 0.7 4170-4470 f8 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L11 <-100,100> % multi. x 0.7 4770-5070

f9 Przeciek ze zbiornika 1 <0,1> 1 - pełne otwarcie 5370-5670

f10 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 1 i

2 <0,1> zamknięcie na 50% 5970-6270

f11 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L21 <-1,1> addytywne –0.1 6570-6870

f12 Przeciek ze zbiornika 2 <0,1> 1 - pełne otwarcie 7170-7470

f13 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 2 i

3 <0,1> zamknięcie na 50% 7770-8070

f14 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L31 <-100,100> % multi. x 0.8 8370-8670

f15 Przeciek ze zbiornika 3 <0,1> otwarcie na 50% 8970-9270

f16 Częściowe przytkanie odpływu <0,1> zamknięcie na 50% 9570-9870 f17 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F2 <-100,100> % multi. x 1.2 10170-10470 f18 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L12 <-100,100> % multi. x 0.7 10770-11070 f19 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L22 <-1,1> addytywne +0.1 11370-11670 f20 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L32 <-100,100> % multi. x 0.8 11970-12270 f21 Uszkodzenie toru pomiarowego ciśnienia P <-100,100> % multi. x 1.2 12570-12870

5.3 TOLEROWANIE USZKODZEŃ

Układ działa zasadniczo w tej samej konfiguracji zarówno przy badania układów sterowania jak i realizacji zadań diagnostycznych i FT. Możliwa jest zmiana struktury układu regulacji.

6. Rozszerzony zespół trzech zbiorników szeregowych z zaworem regulacyjnym (TTS-2-EXT) 19

6 R

(TTS-2-EXT)

Schemat obiektu został przedstawiony na rys.12. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli9.

Rys. 12. Schemat zespołu TTS-2-EXT wraz z układem regulacji.

Tabela 9. Zbiór zmiennych procesowych dla TTS-2-EXT.

Symbol Opis Jednostki Zakres

SP Wartość zadana poziomu wody w zbiorniku III m 0…0.5

CV Sygnał sterujący położenia zaworu na dopływie wody do

zbiornika I % 0…100

G1

(GT.2.01) Sygnał sprzężenia zwrotnego położenia zaworu V1 % 0…100

F1

(FT.1.01) Przepływ wody przez zawór V1 l/min 0…28

L11, L12

(LT.1.11, LT.1.12) Poziom wody w zbiorniku I (dwa czujniki redundantne)

m 0…1

L21, L22

(LT.1.21, LT.1.22) Poziom wody w zbiorniku II (dwa czujniki redundantne) L31, L32

(LIC.1.PV i LT.1.31, LT.1.32) Poziom wody w zbiorniku III (dwa czujniki redundantne) F2

(FT.1.02) Przepływ wody na odpływie ze zbiornika III l/min 0…33

P1 Ciśnienie przed zaworem regulacyjnym (pompy) kPa 80…260

G2

(GT.3.01) Sygnał sprzężenia zwrotnego położenia zaworu V2 % 0…100

dP

(PDT.3.01) Różnica ciśnień na zaworze VB1 kPa …

F3

(FT.3.01) Przepływ wody przez zawór V2 l/min …

G3

(GT.1.01) Aktualny stan zaworu V3 - {0,1}

F

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku III (L₃).

W zależności od wybranej konfiguracji wykorzystywany jest zawór V1 lub zawór V2. W konfiguracji z zaworem V2 (dolewanie wody do zbiornika 2-go) odcinany jest zbiornik pierwszy poprzez zawór sterowany ręcznie V3.

6.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zakłócenie procesowe rozpatrywany jest dodatkowy dopływ wody do zbiornika III zmieniający się losowo wokół pewnej określonej stałej wartości (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift):

 poziom stały zakłócenia:  2,7 [l/min]

 wahania:  2,15 l/min, powodują wahania poziomu w zbiorniku III o  0,07 [m]

 maksymalny poziom wody w zbiorniku III:

o bez zakłóceń procesowych:0,41 [m]

o z zakłóceniami procesowymi: 0,5 [m]

6.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenie siłownika i zaworu, brak medium na wejściu obiektu oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki ze zbiorników oraz przytkania połączeń pomiędzy zbiornikami). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie13.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli10.

Rys. 13. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń TTS-2-Ext.

F

6. Rozszerzony zespół trzech zbiorników szeregowych z zaworem regulacyjnym (TTS-2-EXT) 21

Tabela 10. Przykładowe okresy i wartości symulacji uszkodzeń ustawione dla TTS-2-Ext.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres sym. [s]

f1 Zatrzymanie pracy pompy (wyłączenie)

(tylko nagłe) {-100,0} % -100 570-870

f2 Spadek wydajności pompy <-100,0> % multi. x 0.8 1170-1470

f3 Uszkodzenie w torze sygnału sterującego CV <-100,100> % multi. x 0.7 1770-2070 f4 Uszkodzenie siłownika zaworu regulacyjnego <-100,0> % multi. x 0.7 2370-2670 f5 Uszkodzenie toru pomiarowego położenia zaworu G1 <-100,100> addytywne –10 2970-3270 f6 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu regulacyjnego

V1 <-100,100> % multi. x 0.7 3570-3870

f7 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F1 <-100,100> % multi. x 0.7 4170-4470 f8 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L11 <-100,100> % multi. x 0.7 4770-5070

f9 Przeciek ze zbiornika 1 <0,1> 1 - pełne otwarcie 5370-5670

f10 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 1 i

2 <0,1> zamknięcie na 50% 5970-6270

f11 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L21 <-1,1> addytywne –0.1 6570-6870

f12 Przeciek ze zbiornika 2 <0,1> 1 - pełne otwarcie 7170-7470

f13 Częściowe przytkanie kanału pomiędzy zbiornikami 2 i

3 <0,1> zamknięcie na 50% 7770-8070

f14 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L31 <-100,100> % multi. x 0.8 8370-8670

f15 Przeciek ze zbiornika 3 <0,1> otwarcie na 50% 8970-9270

f16 Częściowe przytkanie odpływu <0,1> zamknięcie na 50% 9570-9870 f17 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F2 <-100,100> % multi. x 1.2 10170-10470 f18 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L12 <-100,100> % multi. x 0.7 10770-11070 f19 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L22 <-1,1> addytywne +0.1 11370-11670 f20 Uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L32 <-100,100> % multi. x 0.8 11970-12270 f21 Uszkodzenie toru pomiarowego ciśnienia P <-100,100> % multi. x 1.2 12570-12870 f51 Uszkodzenie toru pomiarowego położenia zaworu G2 <-100,100> addytywne –10 …

f52 Uszkodzenie przetwornika różnicy ciśnienia dP <-100,100> multiplikatywne x0.7 … f53 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu regulacyjnego

V2 <-100,100> % multi. x 0.7 …

f54 Uszkodzenie toru pomiarowego przepływu F3 <-100,100> % multi. x 1.2 … f55 Nieoczekiwane otwarcie / zamknięcie kanału miedzy

zbiornikami 1 i 2 - - …

7 R

(BOILER-EXT)

Schemat obiektu został przedstawiony na rys.14. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli11.

Rys. 14. Schemat zespołu BOILER-Ext wraz z układem regulacji.

Tabela 11. Zbiór zmiennych procesowych dla BOILER-Ext.

Opis Jednostki Zakres

SP (LIC.1.01.SP) Wartość zadana poziomu wody w walczaku m 0 – 0.5

CV

(LIC.1.01.CV) Sygnał sterujący położeniem grzyba zaworu % 0 – 100

G

(GT.1.01) Aktualne położenie grzyba zaworu

(zakładam, że pozycjoner zaworu nie korzysta z pomiaru G) % 0 – 100 dP1

(PDT.1.01) Różnica ciśnień na zaworze VB1 kPa 0 – 275

F1

(FT.1.01) Przepływ medium przez zawór VB1 (przepływomierz Vortex) m³/h 0 – 5

F3

(FT.1.02) Przepływ medium przez zawór VB1 (przepływomierz

elektromagnetyczny) m³/h 0 – 5

L

(LIC.1.01.PV i LT.1.01) Poziom w zbiorniku m 0 – 0.5

P

(PT.1.01) Ciśnienie przed zaworem VB1 kPa 0 – 500

dP2

(PDT.2.01) Różnica ciśnień na zaworze VB3 kPa …

7. Rozszerzony zespół walczaka(BOILER-EXT) 23

F4

(FT.2.01) Przepływ medium przez zawór VB3 m³/h …

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku (L).

W zależności od konfiguracji układu wykorzystywany jest zawór VB1 lub VB3. Zawór VB2 jest zaworem sterownym ręcznie, bez wskazania położenia.

7.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zewnętrzne zakłócenie uwzględniany jest dodatkowy strumień dopływu wody do zbiornika (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift).

7.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenie siłownika i zaworu, otwarcie zaworu obejścia, uszkodzenie pompy oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki z rurociągu za przepływomierzami, wyciek ze zbiornika, przytkanie rurociągu na wlocie do zbiornika). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie15.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli12.

Rys. 15. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń w stanowisku BOILER-Ext.

7. Rozszerzony zespół walczaka(BOILER-EXT) 25

Tabela 12. Zbiór uszkodzeń dla BOILER-Ext.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres symulacji [s]

f1 Przeciek ze zbiornika <0, 1> pełne otwarcie 570-870

f2 Dławienie wypływu ze zbiornika <0, 1> zamknięcie na 0.5 1170-1470 f3 Zarastanie rurociągów w ciągu 1 <0, 1> zamknięcie na 0.4 1770-2070

f4 Wyciek z rurociągu <0, 1> otwarcie na 0.4 2370-2670

f5 Uszkodzenie przetwornika poziomu L <-0.5, 0.5> addytywne –0.05 2970-3270 f6 Uszkodzenie przetwornika przepływu F3 <-100,100> % multiplikatywne x0.9 3570-3870 f7 Uszkodzenie przetwornika ciśnienia P1 <-100,100> % multiplikatywne x0.5 4170-4470 f8 Uszkodzenie przetwornika różnicy ciśnienia dP1 <-100,100> % multiplikatywne x0.7 4770-5070 f9 Uszkodzenie pozycjonera lub siłownika zaworu VB1 <-100,100> % multiplikatywne x0.7 5370-5670 f10 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu VB1 <-100,100> % multiplikatywne x0.8 5970-6270 f11 Spadek obrotów pompy <-100, 0> % multiplikatywne x0.8 6570-6870

f12 Otwarcie zaworu obejścia <0, 1> otwarcie na 0.5 7170-7470

f13 Zatrzymanie pracy pompy {0, 1} zatrzymanie 7770-8070

f14 Uszkodzenie przetwornika położenia G (zakładam,

że pozycjoner zaworu nie korzysta z pomiaru G) <-100, 100> addytywne -10 8370-8670 f21 Uszkodzenie grzyba lub gniazda zaworu VB3 <-100,100> % multiplikatywne x0.8 … f22 Uszkodzenie przetwornika różnicy ciśnienia dP2 <-100,100> % multiplikatywne x0.7 … f23 Zarastanie rurociągów w ciągu 2 <0, 1> zamknięcie na 0.4 … f24 Uszkodzenie przetwornika przepływu F4 <-100,100> % multiplikatywne x0.9 …

8 R

-

(AMIRA-EXT)

Schemat obiektu został przedstawiony na rys.16. Zbiór zmiennych procesowych wraz z opisem przedstawiono w tabeli 13.

Rys. 16. Schemat zespołu AMIRA-Ext z układem regulacji.

Tabela 13. Zbiór zmiennych procesowych dla AMIRA-Ext.

Opis Jednostki Zakres

SP (LIC.31.02.SP) Wartość zadana poziomu wody w zbiorniku II m 0 - 0.6

CV

(LIC.31.02.CV) Sygnał sterujący wydatkiem pompy na dopływie wody do zbiornika I V 0-12

L1

(LT.31.01) Poziom wody w zbiorniku I

m 0 - 0.6

L2

(LIC.31.02.PV i LT.31.02)

Poziom wody w zbiorniku II

L3

(LT.31.03) Poziom wody w zbiorniku III

F1

(FT.1.01) Przepływ wody do zbiornika 1 m³/h 0 - 0.26

F2

(FT.2.01) Przepływ wody do zbiornika 2 m³/h 0 - 0.26

G1

(GT.1.01) Aktualny stan zaworu V1 - {0,1}

G2

(GT.1.02) Aktualny stan zaworu V2 - {0,1}

Układ sterowania realizuje zadanie regulacji poziomu w zbiorniku II (L2).

Storage Tank

1.01 LT

1.02 LT

1.03 LT 1

LIRC

Pump 2 Pump 1

1.01 LIR

Disturbance

Tank 1 Tank 2 Tank 3

1.03 LIR

1.01 FT

1.01 FIR

2.01 FT

2.01 FIR

V1

1.01 GT 1.01 GIR

V2

1.02 GT 1.02 GIR

8. Rozszerzony zespół trzech zbiorników równoległo - szeregowych (AMIRA-EXT) 27

Układ może działać w dwóch konfiguracjach: wykorzystanie pompy 1 oraz zbiornika 1 lub pompy 2 i zbiornika 2. W zależności od konfiguracji odpowiednio zamykane są zawory V1 i V2 (dwustanowe).

8.1 ZAKŁÓCENIA PROCESOWE

Jako zewnętrzne zakłócenie uwzględniany jest dodatkowy strumień dopływu wody do zbiornika II (zmiana na plus i minus wokół ustalonej wartości przy aktywnym EnPrDistShift).

8.2 USZKODZENIA

Zbiór rozpatrywanych uszkodzeń obejmuje: uszkodzenia urządzeń pomiarowych, uszkodzenia pomp oraz uszkodzenia komponentów instalacji (wycieki ze zbiorników oraz przytkania połączeń pomiędzy zbiornikami oraz wypływu). Miejsce wprowadzenia uszkodzeń przedstawiono na schemacie17.

Wykaz uszkodzeń wraz z przykładowym okresem oraz typem uszkodzenia zdefiniowanymi w symulatorze przedstawiono w tabeli 14.

Podczas badania układów sterowania uszkodzenia wyłączamy.

Rys. 17. Miejsce wprowadzenia uszkodzeń w stanowisku AMIRA-Ext.

Storage Tank

1.01 LT

1.02 LT

1.03 LT 1

LIRC

Pump 2 Pump 1

1.01 LIR

f2

f4 f6

f5

f7 f9 f8

Disturbance

Tank 1 Tank 2 Tank 3

f3

f1

1.03 LIR

f4 f6

f10

f11 1.01

FT

1.01 FIR

2.01 FT

2.01 FIR

V1

1.01 GT 1.01 GIR

V2

1.02 GT 1.02 GIR

f21

f22

f23 f24

Tabela 14. Zbiór uszkodzeń dla AMIRA-Ext.

fk Opis Zakres Rodzaj Okres symulacji

[s]

f1 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L1 <-100,100> % multiplikatywne x0.85 570-870 f2 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L2 <-1,1> addytywne –0.05 1170-1470 f3 uszkodzenie toru pomiarowego poziomu L3 <-100,100> % multiplikatywne x0.9 1770-2070

f4 uszkodzenie pompy I <-100,0> % multiplikatywne 0.7 2370-2670

f5 wyciek ze zbiornika 1 <0,1> otwarcie zaworu na 0.5 2970-3270

f6 wyciek ze zbiornika 3 <0,1> otwarcie zaworu na 0.5 3570-3870

f7 przytkanie kanału miedzy zbiornikami 1 i 2 <0,1> zamknięcie na 0.1 4170-4470 f8 przytkanie kanału miedzy zbiornikami 1 i 2 <0,1> otwarcie na 0.1 4770-5070

f9 przytkanie odpływu <0,1> zamknięcie na 0.2 5370-5670

f10 brak medium {0,1} 1 5970-6270

f11 uszkodzenie pompy II (zależnie od konfiguracji obiektu) <-100,100> % multiplikatywne 0.7 6570-6870 f21 Uszkodzenie przetwornika przepływu F1 <-100,100> multiplikatywne 0.7 … f22 Uszkodzenie przetwornika przepływu F2 <-100,100> multiplikatywne 1.2 … f23 Nieoczekiwane otwarcie / zamknięcie kanału miedzy

zbiornikami 1 i 2 - - …

f24 Nieoczekiwane otwarcie / zamknięcie kanału miedzy

zbiornikami 2 i 3 - - …