Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі
Реалізовано моделювання системи автоматизованого контролю якісних показників нафтопродуктів на основі гідродинамічного методу вимірювання в режимі реального часу засобами MATLAB Simulink і Real-Time Windows Target. Встановлені динамічні та статичні властивості системи. Результати моделювання викорис...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83531 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі / В.В. Древецький, М.М. Клепач // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 81-84. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859909576425472000 |
|---|---|
| author | Древецький, В.В. Клепач, М.М. |
| author_facet | Древецький, В.В. Клепач, М.М. |
| citation_txt | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі / В.В. Древецький, М.М. Клепач // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 81-84. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Математичні машини і системи |
| description | Реалізовано моделювання системи автоматизованого контролю якісних показників нафтопродуктів на основі гідродинамічного методу вимірювання в режимі реального часу засобами MATLAB Simulink і Real-Time Windows Target. Встановлені динамічні та статичні властивості системи. Результати моделювання використано при розробці дослідного зразка автоматизованої системи контролю якісних показників нафтопродуктів.
Осуществлено моделирование системы автоматизированного контроля качественных показателей нефтепродуктов на основе гидродинамического метода измерений в режиме реального времени средствами MATLAB Simulink и Real Time Windows Target. Установлены динамические и статические свойства системы. Результаты моделирования использованы при разработке опытного образца автоматизированной системы контроля качественных показателей нефтепродуктов.
Modeling of the system of automated control of oil products quality characteristics based on hydrodynamic measuring method in real-time mode is implemented by means of MATLAB Simulink and Real-Time Windows Target. Dynamic and static properties of the system are established. The simulation results are used in the development of an experimental specimen of automated system of oil products quality characteristics control.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:01:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
© Древецький В.В., Клепач М.М., 2011 81
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2
УДК 681.2:532.137
В.В. ДРЕВЕЦЬКИЙ, М.М. КЛЕПАЧ
МОДЕЛЮВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ФІЗИКО-
ХІМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ НАФТОПРОДУКТІВ У РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ
Анотація. Реалізовано моделювання системи автоматизованого контролю якісних показників
нафтопродуктів на основі гідродинамічного методу вимірювання в режимі реального часу засо-
бами MATLAB Simulink і Real-Time Windows Target. Встановлені динамічні та статичні властиво-
сті системи. Результати моделювання використано при розробці дослідного зразка автоматизо-
ваної системи контролю якісних показників нафтопродуктів.
Ключові слова: динамічна в’язкість, густина, система автоматизованого контролю, моделюван-
ня технічної системи в реальному часі.
Аннотация. Осуществлено моделирование системы автоматизированного контроля качествен-
ных показателей нефтепродуктов на основе гидродинамического метода измерений в режиме ре-
ального времени средствами MATLAB Simulink и Real Time Windows Target. Установлены динами-
ческие и статические свойства системы. Результаты моделирования использованы при разра-
ботке опытного образца автоматизированной системы контроля качественных показателей
нефтепродуктов.
Ключевые слова: динамическая вязкость, плотность, система автоматизированного контроля,
моделирование технической системы в реальном времени.
Abstract. Modeling of the system of automated control of oil products quality characteristics based on
hydrodynamic measuring method in real-time mode is implemented by means of MATLAB Simulink and
Real-Time Windows Target. Dynamic and static properties of the system are established. The simulation
results are used in the development of an experimental specimen of automated system of oil products qual-
ity characteristics control.
Keywords: dynamic viscosity, density, automated control system, real-time technical system modeling.
1. Вступ
Важливою умовою підвищення ефективності виробничих процесів, пов’язаних із викорис-
танням технологічних рідин і паливно-мастильних матеріалів, є необхідність неперервного
контролю і аналізу їх якості. Основними фізико-хімічними параметрами, що характеризу-
ють склад та структуру нафтопродуктів, є в’язкість і густина. На їх основі розраховуються
інші важливі показники якості продукту. Визначення в'язкості і густини є трудомістким
вимірювальним процесом. Особливо складно визначати ці параметри одночасно та в зале-
жності від зміни температури продукту в широкому діапазоні. Впровадження автоматизо-
ваних систем контролю якісних показників нафтопродуктів на основі сучасних програмно-
технічних засобів є актуальним для багатьох галузей народного господарства.
Для вимірювання в’язкості та густини рідини успішно використовуються первинні
гідродинамічні перетворювачі на основі мостових дросельних схем [1]. З’єднання гідроди-
намічних дроселів у мостові схеми дозволяє суттєво зменшити систематичні похибки ви-
мірювань. Отримані значення фізико-хімічних параметрів можуть бути використані для
розрахунків інших показників якості нафтопродуктів, наприклад, цетанового числа дизе-
льних палив [2] та октанового числа бензинів. При цьому актуальною залишається про-
блема визначення в’язкісно-температурних залежностей та приведення параметрів до за-
даних температур або їх визначення при різних температурах [1, 2].
Розроблення нових науково обґрунтованих методів та автоматизованих систем кон-
тролю якості нафтопродуктів вимагає використання новітніх інформаційних технологій,
комп’ютерних засобів моделювання та проектування систем.
82 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2
2. Моделювання системи в реальному часі
Для оптимізації параметрів та відпрацювання алгоритмів роботи автоматизованої системи
контролю якісних показників рідин проведено її моделювання в інтегрованому середовищі
MATLAB Simulink. Підключення до Simulink підсистеми імітаційного моделювання в ма-
сштабі реального часу у вигляді пакетів розширення Real Time Windows Target і Workshop
та наявність у комп’ютері додаткових апаратних засобів у вигляді плат вводу/виводу серії
PCI-1710, які підтримуються в MATLAB, забезпечили можливість моделювання процесів у
реальному часі. Перевагами такого моделювання є його математична і фізична наочність.
При цьому отримується потужний засіб управління реальними об’єктами і технічними си-
стемами із середовища MATLAB. У компонентах моделей Simulink можна не тільки фік-
сувати параметри, але й задавати математичні співвідношення, що описують поведінку
моделей. Крім того, вказані розширення дозволяють генерувати виконувані коди моделей.
Дослідна установка складається із мостового дросельного перетворювача (МДП),
утвореного паралельним з’єднанням попарно ідентичних ламінарних Др1, Др4 і турбулен-
тних Др2, Др3 гідравлічних дроселів. Досліджуваний продукт прокачується через МДП за
допомогою шестерінчастого насоса НШ. Продуктивність насоса змінюється шляхом зміни
швидкості обертання асинхронного двигуна М, приєднаного до частотного перетворювача
ПЧ Altivar 31. В момент рівноваги моста, що фіксується за сигналом дифманометра PDE-1
у діагоналі моста, кінематична в’язкість ν пропорційна об’ємній витраті Q , яка вимірю-
ється турбінним витратоміром FE,
QKνν = . (1)
При цьому густина продукту ρ прямо пропорційна загальному перепаду тиску Σ∆Ρ
на гідравлічному мості, що вимірюється другим дифманометром PDE-2,
2Q
PK Σ∆= ρρ . (2)
Коефіцієнти пропорційності νK та ρK визначаються конструкцією і геометрични-
ми розмірами дроселів.
Уніфіковані електричні сигнали з давачів витрати FE, температури TE, перепаду ти-
сків PDE-1 і PDE-2 системи заведено
на аналогові входи AI універсальної
плати вводу/виводу PCI-1711 фірми
Advantech, встановленої в персональ-
ний комп’ютер РС. Аналоговий сиг-
нал керування на вхід частотного пе-
ретворювача Altivar 31 надходить із
аналогового виходу AO плати. В кон-
тур регулювання температури вклю-
чено твердотільне реле ТР та елект-
ричний підігрівник. Схему експери-
ментальної установки наведено на
рис. 1.
Для реалізації режиму реального часу в Real Time Windows Taget Blokset викорис-
тано типові блоки Analog Input, Analog Output. Кожен блок відповідає одному із каналів
плати введення/виведення. Для побудови моделі в контур можуть бути включені інші ста-
ндартні блоки бібліотек. Далі встановлюється режим моделювання External та проводиться
компіляція моделі в DLL, яка при моделюванні взаємодіє з Simulink через резидентний
компонент Matlab – Real Time Windows Kernel. При цьому період дискретизації по часу
складає 1с, а час моделювання може бути не обмежений.
МДП
PC
ПЧ
Нафтопродукт
Др1 Др2
Др4Др3
НШ
PCI I/O Card
Analog Output Analog Input
ТР
Рис. 1. Схема експериментальної установки
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2 83
Рис. 2. Simulink – модель управляючого пристрою
системи автоматизованого контролю параметрів
нафтопродуктів
Simulink – модель управляючо-
го пристрою автоматизованої системи,
що реалізує функції автоматичного ас-
татичного урівноваження гідравліч-
ного моста, вимірювання витрати рі-
дини та загального перепаду тиску в
моменти урівноваження, а також роз-
рахунок параметрів досліджуваної рі-
дини і керування температурним ре-
жимом представлено на рис. 2.
3. Результати моделювання
Особливу увагу в моделі приділено
налаштуванню контура автоматичного
зрівноваження МДП, де використано
блок аналогового PID-регулятора. Для
забезпечення можливості автоматич-
ного зрівноваження статичну характе-
ристику прецизійного дифманометра
фірми ABB зсунуто таким чином, щоб
при рівновазі камер вихідний сигнал був рівний половині його діапазону зміни. Блок за-
дання формує послідовність одноступінчастих сигналів, перший із яких короткий, тривалі-
стю 4 с, має величину більшу ніж при зрівноваженні і необхідний для виникнення почат-
кового сигналу відхилення та включення насоса в роботу. Далі, через величину сигналу
блока, задання зменшується до величини, що відповідає сигналу рівноваги гідравлічної
мостової камери. Як модельна рідина використовувалась суміш гліцерину та дистильова-
ної води. Суміш циркулювала за схемою: ємність, насос, первинний перетворювач, єм-
ність.
Результати моделювання динамічних властивостей контура астатичного зрівнова-
ження гідравлічної мостової схеми при різкій зміні в’язкості модельної рідини з 1,4·10-
6
м
2/с до 1,6·10-6
м
2/с показано на рис. 3.
Рис. 3.Часові діаграми зміни динамічної в’язкості – а та відхилення – б
при зрівноваженні гідравлічної мостової схеми
84 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2
Статична характеристика аналізатора
y = 29,175x
R2 = 0,9985
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Витрата л/хв
В
я
з
к
іс
т
ь
м
м
2/
с
Рис. 4. Статична характеристика аналізатора
Із рис. 3. видно, що після запус-
ку системи на перше усталене значення
1,4 ·10-6
м
2/с вона виходить за час, рів-
ний 40 с. В момент часу 75 с в’язкість
рідини була різко змінена до 1,6·10-
6
м
2/с. З перехідних характеристик зна-
ходимо час регулювання -30 с та пере-
регулювання -3 %. Таким чином, обно-
влення результатів вимірювання
в’язкості може проводитися з періодом
1 або 2 с.
Дослідження статичних харак-
теристик багатофункціонального аналі-
затора показників якості нафтопродук-
тів проводилося в діапазоні динамічної в’язкості 1… 3 мм2/с. В усталеному режимі при до-
сягненні балансу мостової схеми визначалась витрата продукту для різних значень його
в’язкості. При цьому температура продукту -200
С стабілізувалася автоматичним регулято-
ром. Дійсне значення кінематичної в’язкості при тій же температурі визначалося за допо-
могою зразкового капілярного скляного віскозиметра типу ВПЖ-4, заводський номер 147 з
діаметром капіляра 0,34 мм та сталою рівною 0,002752 мм2/с2. У результаті експерименту
було побудовано статичну характеристику аналізатора (рис. 4) та визначено коефіцієнт
пропорційності νK , що становить 1750,5 мм2/л.
4. Висновки
Результати моделювання використані в розробці багатофункціональної інформаційно-
вимірювальної системи автоматизованого контролю якості нафтопродуктів, призначеної
для забезпечення оперативного персоналу засобами комплексного контролю фізико-
хімічних характеристик нафтопродуктів.
Система автоматичного управління процесом вимірювання та первинної обробки
даних реалізована в швидкодіючому програмованому логічному контролері (ПЛК) – VIPA
System 100V. Підтримка в ПЛК промислових комунікаційних мереж дозволяє інтегрувати
вимірювальний комплекс у системи керування технологічним обладнанням. Для настрою-
вання регуляторів і організації алгоритму управління використано результати моделюван-
ня системи в реальному часі.
Людино-машинний інтерфейс (HMI) та аналіз і обробку первинної інформації реа-
лізовано засобами SCADA-системи Trace Mode. В межах Trace Mode здійснюється управ-
ління логікою та режимами роботи інформаційно-вимірювального комплексу. Передбаче-
но управління бізнес-процесами при використанні інформаційно-вимірювального компле-
ксу на виробництві. Система легко інтегрується в автоматизовані системи вищого рівня,
що дозволяє підвищити точність контролю якості та визначення складу нафтопродуктів,
забезпечує проведення технологічних процесів при оптимальних умовах.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Древецький В.В. Вимірювання в’язкісно-температурних характеристик параметрів нафтопроду-
ктів / В.В. Древецький // Вісник Інженерної академії України. – 2007. – № 1. – С. 35 – 38.
2. Бойченко С.В. Моторные топлива и масла для современной техники / Бойченко С.В., Иванов
С.В., Бурлака В.Г. – Киев: НАУ, 2005. – 216 с.
Стаття надійшла до редакції 09.07.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-83531 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:01:45Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Древецький, В.В. Клепач, М.М. 2015-06-20T09:04:22Z 2015-06-20T09:04:22Z 2011 Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі / В.В. Древецький, М.М. Клепач // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 81-84. — Бібліогр.: 2 назв. — укр. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83531 681.2:532.137 Реалізовано моделювання системи автоматизованого контролю якісних показників нафтопродуктів на основі гідродинамічного методу вимірювання в режимі реального часу засобами MATLAB Simulink і Real-Time Windows Target. Встановлені динамічні та статичні властивості системи. Результати моделювання використано при розробці дослідного зразка автоматизованої системи контролю якісних показників нафтопродуктів. Осуществлено моделирование системы автоматизированного контроля качественных показателей нефтепродуктов на основе гидродинамического метода измерений в режиме реального времени средствами MATLAB Simulink и Real Time Windows Target. Установлены динамические и статические свойства системы. Результаты моделирования использованы при разработке опытного образца автоматизированной системы контроля качественных показателей нефтепродуктов. Modeling of the system of automated control of oil products quality characteristics based on hydrodynamic measuring method in real-time mode is implemented by means of MATLAB Simulink and Real-Time Windows Target. Dynamic and static properties of the system are established. The simulation results are used in the development of an experimental specimen of automated system of oil products quality characteristics control. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Нові інформаційні і телекомунікаційні технології Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі Моделирование информационно-измерительной системы физико-химических параметров нефтепродуктов в реальном времени Real time modeling of the information-measurement system for physical-chemical parameters of oil products Article published earlier |
| spellingShingle | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі Древецький, В.В. Клепач, М.М. Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| title | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| title_alt | Моделирование информационно-измерительной системы физико-химических параметров нефтепродуктов в реальном времени Real time modeling of the information-measurement system for physical-chemical parameters of oil products |
| title_full | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| title_fullStr | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| title_full_unstemmed | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| title_short | Моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| title_sort | моделювання інформаційно-вимірювальної системи фізико-хімічних параметрів нафтопродуктів у реальному часі |
| topic | Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| topic_facet | Нові інформаційні і телекомунікаційні технології |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83531 |
| work_keys_str_mv | AT drevecʹkiivv modelûvannâínformacíinovimírûvalʹnoísistemifízikohímíčnihparametrívnaftoproduktívurealʹnomučasí AT klepačmm modelûvannâínformacíinovimírûvalʹnoísistemifízikohímíčnihparametrívnaftoproduktívurealʹnomučasí AT drevecʹkiivv modelirovanieinformacionnoizmeritelʹnoisistemyfizikohimičeskihparametrovnefteproduktovvrealʹnomvremeni AT klepačmm modelirovanieinformacionnoizmeritelʹnoisistemyfizikohimičeskihparametrovnefteproduktovvrealʹnomvremeni AT drevecʹkiivv realtimemodelingoftheinformationmeasurementsystemforphysicalchemicalparametersofoilproducts AT klepačmm realtimemodelingoftheinformationmeasurementsystemforphysicalchemicalparametersofoilproducts |