Учебная работа. Курсовая работа: Данные о системе газоснабжения города

Учебная работа. Курсовая работа: Данные о системе газоснабжения города

техники, ТЕХНОЛОГИИ И
УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «ЭВМ , вычислительные системы и сети»

ДАННЫЕ О СИСТЕМЕ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА

Выполнил

Принял

2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Разработка системы и расчёт её надёжности

1.1 Описание системы

1.2 Выбор частей и расчёт надёжности системы

2 Расчёт надёжности передачи инфы в системе

Заключение

Перечень использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

С целью совершенствования работы, в том числе в критериях рынка, особенное внимание в системе управления газовым хозяйством следует направить на вопросцы автоматизации учёта газа в процессе газоснабжения и как следствие – на вопросцы увеличения оперативности и достоверности получаемой технологической инфы. Эта задачка быть может решена путём взаимоувязки технических комплексов по учёту расхода газа с программным обеспечением на предприятии.

автоматическая система газоснабжения городка создана для централизованного учёта употребления природного газа на объектах газоснабжения, оснащённых измерительными техническими средствами, контроля характеристик газоснабжения, оперативной оценки текущего употребления и управления параметрами газоснабжения.

1. РАЗРАБОТКА системы И РАСЧЁТ ЕЁ НАДЁЖНОСТИ

1.1 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

Система делает последующие функции:

¾ сбор, хранение, выдача (за расчётный период) и обработка текущей инфы о расходе газа и о значениях контролируемых характеристик на объектах газоснабжения, оснащённых расходомерами;

¾ оперативное выявление аварийных ситуаций — контроль выхода значений контролируемых характеристик за границы неких значений;

¾ управление технологическими объектами, в том числе в нештатных аварийных (утечке газа) и предаварийных ситуациях, принятие нужных мер для их устранения – перевод в дистанционное управление заслонками объекта управления.

Предлагаемая система содержит:

¾ первичные измерительные преобразователи — расходомеры;

¾ коммутатор для уменьшения числа соединений с ЭВМ ;

¾ аналого-цифровой преобразователь для подачи сигналов на ЭВМ в цифровом коде;

¾ конкретно ЭВМ со спец программным обеспечением, осуществляющая непрерывный повторяющийся опрос модулей (датчиков) с периодом не наименее одной минутки, выдачу собранной инфы на монитор и её обработку;

¾ цифро-аналоговый преобразователь;

¾ блок усилителей для усиления сигналов, подаваемых на исполнительные механизмы по линиям связи (по одному усилителю на каждое направление связи);

¾ исполнительные механизмы для перекрытия поперечного сечения газовых труб при утечке газа — заслонки.

Внедрение такового технического комплекса дозволяет довольно расширить площадь контроли­руемой местности, оперативно ана­лизировать технические свойства газоснабжения и управлять ими.

Данная система обеспечивает формирование, случае, если Q0
> Q∑
, т.е если на каком-либо контролируемом пт произошла утечка газа, тем временно прекращая подачу газа.

Цикл работы предлагаемой системы – непрерывный.

Вариант выполнения системы изображён в виде последующей схемы.

Система работает последующим образом: осуществляется непрерывный повторяющийся опрос (с периодом около 30 минут) 4-х датчиков-расходомеров, фиксирующих соответственно расход Q0
газа на центральном пт и расходы Q1
, Q2
, Q3
на трёх удалённых друг от друга контролируемых пт газоснабжения. Дальше информация поступает через аналоговый мультиплексор и АЦП в информации в процессе решения вычислительных и информационных задач), где происходит обработка с следующей выдачей на монитор инфы: определяется суммарный по трём управляемым пт расход Q∑
=Q1
+Q2
+Q3
; делается сопоставление расходов Q0
и Q∑
. В случае, если Q0
> Q∑
, т.е. если на каком-либо контролируемом пт произошла утечка газа, формируется управляющий сигнал, который через ЦАП, аналоговый демультиплексор и блок усилителей поступает на подобающую заслонку для перекрытия ею трубопровода.

1.2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ И РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ системы

В предлагаемой системе употребляются последующие элементы:

1) В качестве датчиков расхода были подобраны для трубопровода поперечником 300 мм 4 схожих тахометрических турбинных расходомера Турбоквант 6624-0-117-5 венгерской компании Мерлаб: 3 расходомера для 3-х контролируемых пт, где расход газа около 1,8 м3
/с»0,7·104
м3
/ч и один расходомер для центрального пт, где расход газа около 5 м3
/с»1,8·104
м3
/ч. Для данных расходомеров свойственны последующие характеристики:

-диапазон измеряемых расходов 0,6-2·104
м3
/ч,

-диаметр условного прохода 6-500мм – номинальный поперечник отверстия в трубе, созданного для прохода газа (может различаться от реального),

-приведённая относительная погрешность 0,5%,

—температура контролируемой среды (газа)-150 +250°С,

—давление контролируемой среды (газа) 6,4 – 32МПа,

—температура окружающей среды -50 +70°С,

-постоянная времени 1-10 мс,

-генерируемый электронный сигнал – 0…20мА,

-допускаемая перегрузка -25% по скорости транспортируемой среды в течение 2 ч. в денек,

-потери давления на расходомере не превосходят 0,025МПа (при 100%-ной перегрузке) и 0,05 МПа – при наибольшей перегрузке,

— время выработки на отказ около 103
ч.

Тахометрические турбинные расходомеры, основанные на использовании зависимости скорости вращательного движения тела, помещённого в поток передвигающейся среды в трубопроводе, от расхода измеряемой среды и генерировании электронного сигнала, пропорционального расходу газа, получили наибольшее распространение в системах инженерного оборудования, в особенности при измерении расхода газов (среды с малой плотностью) в установках с автоматической системой управления технологическим действием. Турбинные расходомеры владеют очень высочайшей точностью, имеют огромные пределы измерений (спектр измеряемых расходов, как правило, не наименее 1:10) и малую инерционность (неизменная времени). К плюсам турбинных расходомеров относится также удобство использования генерируемых ими электронных сигналов.

2) Для коммутатора аналоговых сигналов употребляется четырёхканальный аналоговый коммутатор КР590КТ1 со схемами управления (мультиплексор) со последующими чертами:

—разработка – КМОП (микросхемы на КМОП-транзисторах имеют малую мощность употребления в статическом режиме (единицы микроватт), относительно высочайшее быстродействие, неплохую помехоустойчивость и довольно огромную нагрузочную способность),

-число каналов — 4,

-напряжение источника питания 9В,

-коммутируемый ток (протекающий по открытому каналу коммутатора) -5мА,

-коммутируемое напряжение (очень допустимое напряжение, прикладываемое меж входом и выходом коммутатора) 15В,

-сопротивление коммутатора в открытом состоянии 100 Ом,

—время переключения коммутатора 0,03мкс,

-напряжения для управления адресными входами 0…0,8 В и 7,7…12 В,

-потребляемые токи на адресных входах 3,5 мА и 3,5 мкА,

—время выработки на отказ около 0,06·106
ч.

Аналоговые коммутаторы с внутренними цифровыми схемами управления совместимы с микропроцессорными схемами АЦП и ЦАП.

3) В качестве АЦП употребляется аналого-цифровой преобразователь К572ПВ1А со последующими параметрами:

-число разрядов — 12,

-входное напряжение 12В,

-потребляемый ток 5мА,

-время преобразования 170мкс,

-опорное напряжение 15В,

—время выработки на отказ около 0,05·106
ч.

4) В качестве ПЭВМ употребляется IBM PC совместимый микроконтроллер 6225, включающий машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор 386SX-25/40, контроллеры, нужные для сопряжения микроконтроллера с монитором и периферийными устройствами, и имеющий последующие свойства: 4Мбайт RAM, 166МГц, 4 COM, LPT, FDD,EIDE, 10Base-T Ethernet, разъем PC/104, 24 канала дискретного ввода-вывода, 2Мбайт ОЗУ, 1Мбайт интерфейс, реализующий ввод-вывод инфы), интегрированная среда разработки и выполнения программ CAMBASIC™, DOS 6.22 в ПЗУ, защита портов от статического разряда, низкое энергопотребление, питание напряжением 1-го номинала +5В, спектр рабочих температур от -40° до +85°С, среднее время неотказной работы около3,5 тыс. лет »3,1·107
ч.Наибольшая мощность выходного сигнала 30Вт.

5) В качестве ЦАП употребляется быстродействующий цифро-аналоговый преобразователь К1108ПА2 двоичного кода в напряжение со последующими параметрами при напряжениях источников питания 5В и -6В:

-число разрядов — 8,

-потребляемый ток (от 2-ух источников) ≤100мА,

-абсолютная погрешность полной шкалы 1,5%,

-выходное напряжение 2,5В,

—время установления выходного напряжения 1,5мкс,

—время выработки на отказ около 0,05·106
ч.

6) Для демультиплексирования аналоговых сигналов употребляется 555ИД4 -сдвоенный аналоговый демультиплексор 1→4 со последующими чертами:

-напряжение источника питания 9В,

-коммутируемый ток (протекающий по открытому каналу коммутатора) -5мА,

-коммутируемое напряжение (очень допустимое напряжение, прикладываемое меж входом и выходом коммутатора) 15В,

-сопротивление коммутатора в открытом состоянии 100 Ом,

—время переключения коммутатора 0,03мкс,

-напряжения для управления общими для 2-ух демультиплексоров адресными входами 0…0,8 В и 7,7…12 В,

-потребляемые токи на адресных входах 3,5 мА и 3,5 мкА,

—время выработки на отказ около 0,06·106
ч.

7) В качестве усилителей употребляются 4 схожих магнитных усилителя мощности ТУМ-Б5 со последующими параметрами:

-наибольшее

-коэффициент усиления мощности 3600,

-постоянная времени 0,545 сек,

-номинальное напряжение питания 127В,

-сопротивление перегрузки 150Ом,

-коэффициент регулирования 66,

—время выработки на отказ около 0,02·106
ч.

Магнитные усилители серии ТУМ предусмотрены для работы в системах автоматического регулирования в качестве усилителей управляющих сигналов.

8) В качестве запорных и регулирующих устройств употребляются заслонки железные ИА99044-300 с электроприводом Б.099.063.008/40К (электродвигатель АОЛ12-2Ф3) фланцевые на 35МПа со последующими чертами:

-диаметр условного прохода 300мм,

-мощность электропривода — 0,27кВт,

—время открытия либо закрытия 2,3мин,

—время выработки на отказ около 0,1·106
ч

Заслонки являются арматурой непрямого деяния (управляемой автоматом), где управление рабочим органом происходит под действием импульса, поступающего на привод арматуры из устройств автоматической системы управления. Заслонка представляет собой систему арматуры в виде отрезка трубы, снутри которого находится диск, закреплённый на валу, проходящем по поперечнику трубы. Поворот диска осуществляется с помощью привода, размещенного вне трубы. Заслонка дозволяет выполнить как полное перекрытие трубопровода (в особенности целенаправлено применять её при большенном поперечнике прохода), так и регулирование потока (расхода) газа, что делает её всепригодным устройством. Главными плюсами заслонки являются: простота конструкции, низкая металлоёмкость, низкая стоимость производства, малые габариты, малая строительная длина. В автоматом управляемых системах управление заслонками делается с помощью электропривода.

Составим спецификацию.

№

эл-та

Наименование

Кол-во

Тип

Точность, %

Параметр надёжности,ч

1

Турбинный расходомер

4

Турбоквант

6624-0-117-5

0,5

103

2

Коммутатор

1

КР590КТ1

¾

0,06·106

3

АЦП

1

К572ПВ1А

¾

0,05·106

4

машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор

1

386SX-25/40

¾

3,1·107

5

ЦАП

1

К1108ПА2

1,5

0,05·106

6

Коммутатор

1

555ИД4

¾

0,06·106

7

Усилитель

4

ТУМ-5Б

¾

0,02·106

8

Заслонка с электроприводом

4

ИА99044-300

¾

0,1·106

Примечание: в качестве точности в строке 1 таблицы указана приведённая относительная погрешность, в строке 5 — абсолютная погрешность полной шкалы.

Рассчитаем интенсивность отказов всякого элемента по формуле ,

где Т – время выработки на отказ.

Рассчитаем суммарную интенсивность отказа:

(ч-1
).

Вычислим возможность неотказной работы системы в течение 7000 часов:

Считается, что если P(t)>0,96, то изделие работает накрепко.

Построим график зависимости P(t).

Из графика следует, что время, в течение которого возможность неотказной работы системы больше 0,96, составляет приблизительно 10 ч.

2. РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ инфы В СИСТЕМЕ

1) Подготовка статических данных о наработке на отказ и времени восстановления

Начальные данные (схема номер 14) представим в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Номер схемы

Наименование

документа

Примечание

14

схема

Данные в табл. 2.2. (00мин. 00сек.)

Таблица 2.2

Номера прерываний и восстановлений работоспособности АИС

Номер схемы

Начало работы Конец работы Время восстановления

1

2

3

4

5

6

7

14

tН1

10.00.00

10.18.19

10.45.46

12.00.15

13.44.45

14.05.08

15.16.45

tК1

10.12.13

10.27.25

11.56.59

13.34.12

13.56.59

15.13.12

17.00.00

tв
i

00.06.06

00.18.21

00.03.16

00.10.33

00.09.09

00.03.33

Таблица 2.3

Номер схемы

Обозначение показателя

Номер s-го замера времени обработки i-го запроса

Время обработки

14

s

1

2

3

4

5

tis

23.34

25.12

27.16

24.45

27.23

2) Расчет оценки средней выработки на отказ (Т0
)

Суммарное время пребывания системы в работоспособном состоянии рассчитывается по формуле:

где N – суммарное за период испытаний количество прерываний работоспособного функционирования системы, N=7,

tн
l
— момент времени фактического начала работы опосля пришествия (
-1)-го прерывания,

tк
l
— момент времени фактического окончания работы при пришествии
-го прерывания.

Тогда:

TР
= (10.12.13-10.00.00) + (10.27.25-10.18.19) + (11.56.59-10.45.46) + (13.34.12-12.00.15) + (13.56.59-13.44.45) + (15.13.12-14.05.08) + (17.00.00+15.16.45) =

=733 + 546 + 4273 + 5637 + 734 + 4084 + 6195 = 22202 (сек.)

Средняя наработка на отказ рассчитывается по формуле:

,

где k — суммарное число отказов.

(сек.)

3) Расчет оценки среднего времени восстановления

Среднее время восстановления системы в работоспособное состояние опосля отказа рассчитывается по формуле:

где k = 6 — число отказов, опосля которых происходило восстановление во время испытаний;

tBj
— время восстановления системы опосля j-го отказа.

((10.18.19-10.12.13) + (10.45.46-10.27.25) + (12.00.15-11.56.59) + (13.44.45-13.34.12) + (14.05.08-13.56.59) + (15.16.45-15.13.12))=

= ·3058 = 509.7 (сек.)

4) Расчет оценки среднего времени реакции на получение входного сигнала

Среднее время реакции системы на входной сигнал рассчитывается по формуле:

где m — количество замеров времени обработки сигнала;

ts
— время обработки s-го сигнала.

23.34+25.12+27.16+24.45+27.23) = ·7690 = 1538 (сек.)

5) Расчет оценки коэффициента готовности системы

Расчет значения коэффициента готовности системы делается по последующей формуле:

Тогда .

6) Расчет оценки вероятности надежного преобразования входной инфы14-й схемой

Возможность надежного преобразования входной инфы рассчитывается по формуле:

,

где To
и ТB
— среднее время выработки на отказ и восстановления опосля отказа системы;

Треак
— среднее время реакции системы на входной сигнал.

Тогда .

7) Определение значения доверительной вероятности a для интервала оценивания

Выберем доверительную возможность a=0,95. При таковой вероятности достигается высочайшая надёжность и точность.

8) Расчет доверительных границ данных характеристик надежности

Расчет нижней () и верхней () доверительных границ для показателя выработки на отказ делается по формулам:

, ,

где коэффициенты r1
(k, a) и r3
(k, a) берутся из таблиц 1.1. и 1.2. [1]: r1
=2,29, r3
=0,57;

— оценка, рассчитанная в пт (1), сек.

a — доверительная возможность, a=0,95.

Тогда (сек.)

(сек.).

Расчет нижней () и верхней () доверительных границ для показателя времени восстановления работоспособности системы делается по формулам:

, ,

где r1
=2,29, r3
=0,57;

-оценка, рассчитанная в пт (3), TB
= 509,7 сек.;

a — доверительная возможность, a=0,95.

Тогда (сек.),

(сек.).

Расчет нижней () и верхней () доверительных границ для показателя коэффициент готовности системы делается по формулам:

, .

Тогда ,

.

Расчет нижней () и верхней () доверительных границ вероятности надежного преобразования входной инфы делается по формулам:

,

.

Тогда ,

.

9) Сведение приобретенных результатов в выходную форму (таблица 2)

Результаты, приобретенные при обработке начальных данных, сведём в таблицу.

Среднее время выработки на отказ [сек]

Среднее время восстановления работоспособности опосля отказа [сек]

Коэффициент готовности

Возможность надежного преобразования запрашиваемой выходной инфы

1807,87

3171,7

7263,19

290,53

509,7

1167,21

0,61

0,86

0,96

0,16

0,29

0,4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Внедрение объектов разработанной автоматической системы управления в систему газоснабжения городка значительно повысит оперативность и достоверность получения инфы по разным фронтам деятель компании газоснабжения: объёмы реализации газа, лимиты, техническое сервис и почти все другое.

Благодаря упорядоченному движению информационных потоков, предложенной организации сбора и обработки данных система дозволяет понизить Потребность подразделений компании в операторах, также увеличивает эффективность работы в процессе управления городской газораспределительной организацией.

Развитие системы осуществляется путём наращивания числа контролируемых пт, оснащённых надлежащими датчиками, и путём подключения доп усилителей сигналов передачи, также введением доп датчиков – газоанализаторов.

анализ разработанной системы показал, что возможность надёжной передачи инфы системы выше вероятности её неотказной работы. Для роста времени неотказной работы системы нужно поменять в ней менее надёжные элементы, в данном случае, датчики, на наиболее надёжные, владеющие наименьшей интенсивностью отказов.

СПИСОК ИСПОЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Измерение характеристик газообразных и водянистых сред при эксплуатации инженерного оборудования спостроек: Справ. пособие / А.А. Поляков, В.А. Канаво, Г.Н. Бобровников, А.В. Архипов; Под ред. А.А. Полякова. – М.: Стройиздат,1987. – 352 с.: ил.

2 Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: Справочник / Д.Ф. Гуревич, О.Н. Заринский, С.И. Косых. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1982. — 320с., ил.

3 Расходомеры и счётчики количества. Изд. 3-е, переработ. И доп. / Кремлёвский П.П. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1975. — 776с., ил.

4 Цифровые и аналоговые интегр. микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь,1989. – 496 с.: ил.

5 Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение: Справ. пособие, 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь,1.240с.:-ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып.114).

6 Справочные данные по электрооборудованию, т.II, Электрооборудование для тяжёлого машиностроения и металлургических цехов. М.-Л., издательство «Энергия», 480с., с черт.

7 Калабухов В., Степанов С. Обеспечение функций сбора инфы и телеуправления на объектах магистральных газопроводов.//СТА. – 2001. — №2. – С.34-43.

8 HTTP://www.cta/ru/pdf/2000_2/neftegaz2_2002.pdf

]]>