АСУ технологического процесса брожения пива

Описание алгоритма: алгоритм содержит широтно-импульсный модулятор (ШИМ), преобразующий входной сигнал Х в последовательность импульсов со скважностью Q, пропорциональной входному сигналу: Q=X/100. При Х>100 % скважность Q=1. Если X>0, импульсы формируются в выходной цепи «больше», если X<0, то в цепи «меньше». При Х=0 выходной сигнал равен нулю.

Параметр Тmin задает минимальную длительность выходного импульса.

Параметры Тlb и Тlm задают время дополнительного импульса для выборки люфта исполнительного механизма в направлении соответственно «больше» или «меньше» при изменении направления его движения.

Параметры Тmin, Тlb и Тlm задаются во временномформате, и округляется до значения, кратного времени цикла контроллера.Входы-выходы алгоритма Impout приведены в таблице 8.

Таблица 8 -Входы-выходы алгоритма Impout

Регулирование импульсное Imp_pid

Назначение: алгоритм используется при построении ПИД регулятора, работающего в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости. Алгоритм, как правило, применяется в сочетании с алгоритмом импульсного управления Impout, который преобразует выходной аналоговый сигнал алгоритма RIM в последовательность импульсов, управляющих исполнительным механизмом. Помимо формирования закона регулирования в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, этот сигнал фильтруется, вводится зона нечувствительности.

Режим работы: команда перехода в ручной режим поступает на вход Cruch алгоритма. Значение начальных условий Yо - это значение на выходе Yout непосредственно перед переключением в ручной режим. В ручном режиме работа алгоритма изменяется следующим образом: Д и Д2 - составляющие обнуляются, выход Yout также обнуляется. При включенной статической (Сsb = 1) или динамической (Сdb = 1) балансировке алгоритм работает следующим образом: в ручном режиме узел соответствующей балансировки вырабатывает сигнал компенсации, равный Xin - Xzdn, который затем при переключении в автоматический режим прибавляется к внешнему сигналу задания. Компенсированное значение задания подается на выход Yzdn. Таким образом, в первый момент после переключения выходной сигнал Yout сохраняется неизменным. Затем, если включена динамическая балансировка, сигнал компенсации уменьшается (по модулю) до нуля с постоянной скоростью, задаваемой входом Vdb, при этом выходной сигнал Yout плавно (безударно) переходит к текущему (вычисленному) значению. Приоритетом обладает статическая балансировка. Входы-выходы алгоритма RIM приведены в таблице9.



Таблица 9 - Входы - выходы алгоритма RIM

Дифференцирование dif

Назначение: алгоритм применяется в схемах динамической коррекции для получения сигналов, связанных со скоростью изменения параметра.

Описание алгоритма: алгоритм представляет собой реальное дифференцирующее звено с регулируемым коэффициентом усиления и постоянной времени дифференцирования.

Передаточная функция ячейки имеет вид:

W(p)=Y(p)/X(p)=Кm*Тd*р/(Тd*р+1),

где Кm - масштабный коэффициент (коэффициент усиления);

Тd - постоянная времени дифференцирования.

Если на вход Со подается команда обнуления Со=1,то выходной сигнал Y=0 независимо от входного сигнала. Входы-выходы алгоритма DIF приведены в таблице 10.Таблица 10 - Входы-выходы алгоритма DIF

Блок ограничения OGR

Алгоритм используется для ограничения верхней и (или) нижней границы диапазона изменения сигнала.

Входы:

X - вход;

Xmax - верхняя граница ограничения;

Xmin - нижняя граница ограничения;

Выходы:

Y - выход;

Dmax - достижение верхней границы;

Dmin - достижение нижней границы;

Алгоритм содержит ограничитель верхнего и нижнего значения сигнала. На двух дискретных выходах Dmax и Dmin фиксируется достижение сигналом верхней и нижней границы ограничения. Уровни ограничений задаются настроечными входами Хmax, Хmin. Алгоритм будет правильно работать, только если Хmax>Хmin.

В данном случае на вход X поступает сигнал с объекта управления Xin. При выходе данного сигнала за верхний предел Yemax дискретная переменная на выходе Dogrmax принимает значение 1 [1].

Проверка на ошибки

После того как программа была написана, необходимо осуществить проверку на ошибки. Проверка осуществляется с помощью кнопки . Результат будет показан в отдельном окне (рисунок 11).

Рисунок 11 - Результат проверки на ошибки

Настройка опций компилятора

Для того, чтобы окно настройки опций компилятора, необходимо зайти в меню Создать/Опции Компилятора (рисунок 12) и выбрать тип центрального процессора, то есть необходимо установить метку напротив TIC code for Motorola для КРОСС 500 (рисунок 13).

Рисунок 12 - Меню создать

Рисунок 13 - Опции компилятора



Настройка связи

Для настройки связи нажимаем на кнопку Отладка->Установление связей и в открывшемся окне (рисунок 14) настраиваем параметры связи ПК с блоком БЦП, как приведено на рисунке 15.

Рисунок 14 - Параметры связи ПК-ПЛК

Рисунок 15 - Параметры связи ETHERNET

Генерация кода приложения

После окончания всех настроек, создадим код приложения для загрузки в контроллер (кнопка Создать код приложения).

Загрузка программы в контроллер

Теперь программа регулирования готова к загрузке в контроллер. Необходимо запустить отладчик с помощью кнопки на панели управления, при этом на экране появится окно отладчика. Если в БЦП уже было ранее загружено приложение, перед загрузкой нового необходимо кнопкой остановить его. Загрузка готового приложения осуществляется кнопкой . Откроем проект и проверим его работоспособность. Результат представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 - Рабочая программа



Программный пакет MasterScada

Назначение, состав и функции Scada-пакетов

SCADA (от англ. Supervisory Control And Data Acquisition - Диспетчерское управление и сбор данных) - данное понятие обычно применяется к системе управления в промышленности: система контроля и управления процессом с применением ЭВМ [3].

SCADA - система обычно содержит следующие подсистемы:

Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface) - инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им;

Диспетчерская система - собирает данные о процессе и отправляет команды процессу (управление);

Устройство связи с объектом, либо УСО (RTU, англ. Remote Terminal Unit), подсоединяемый к датчикам процесса. Преобразует сигнал с датчика в цифровой код и отправляет данные в диспетчерскую систему;

Программируемый Логический Контроллер (PLC, англ. Programmable Logic Controller) используется как полевое устройство из-за экономичности, универсальности и гибкости, нежели УСО специального назначения;

Коммуникационная инфраструктура для реализации промышленной сети.

SCADA-системы решают ряд задач:

Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

Обработка информации в реальном времени.

Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным программным обеспечением для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogіс [3].

Описание программного пакета

MasterScada - система для АСУТП, MES, задач учета и диспетчеризации.

MasterScadaA - это не просто один из современных SCADA- и SoftLogic-пакетов, это принципиально новый инструмент разработки АСУ ТП. В нем реализованы средства и методы разработки проектов, обеспечивающие резкое сокращение трудозатрат и повышение надежности создаваемой системы. Это первая в нашей стране система, в которой реализован объектный подход к разработке АСУТП.

MasterScada является полнофункциональным SCADA-пакетом программ с расширяемой функциональностью. Пакет построен на клиент-серверной архитектуре с возможностью функционирования, как в локальных сетях, так и в Интернете. Прием и передача данных и сообщений на основе стандартов ОРС встроена в ядро пакета. Максимальная поддержка всех стандартов (XML, HTML, ODBC, OLE, COM/DCOM, ActiveX и др.) и открытые описания интерфейсов и форматов данных обеспечивают все необходимые возможности для стыковки с внешними программами и системами.

Основные преимущества MasterScada для создания АСУТП и систем диспетчеризации:

Единая среда разработки АСУ ТП

Раздельное конфигурирование структуры АСУ ТП и логической структуры объекта

Открытость и следование стандартам

Интуитивная легкость освоения

Удобство инструментария;

Удобство методики разработки;

Мощная трехмерная графика и мультимедиа;

Неограниченная гибкость вычислительных возможностей;

Мощная трехмерная графика и мультимедиа

Неограниченная гибкость вычислительных возможностей

Объектный подход

Редактор схем функциональных блоков

Реализованная в пакете концепция «всё в одном» обеспечила «бесшовное» объединение всех функциональных модулей в едином пользовательском интерфейсе. Все модули расширения встроены в общую оболочку.

Проект состоит из двух разделов: «Система» и «Объект». Раздел «Система» описывает техническую структуру реализуемой системы. Раздел «Объект» описывает иерархическую структуру контролируемого технологического объекта свойства и документы каждого объекта.

Пользователь всегда работает с простым единым внешним видом программы, состоящим из древовидного проекта, палитры библиотечных элементов и окна редактирования документов и свойств (рисунок 17):

Рисунок 17 - Внешний вид программы MasterScada

Дерево системы отображает элементы конфигурации такие, как компьютеры, ОРС серверы, и т. д.;

Дерево объектов показывает объекты, переменные, группы переменных, функциональные элементы;

Страницы свойств элементов позволяют настраивать элементы;

Палитра элементов позволяет выбирать библиотечные объекты, функциональные блоки и т. д.

В зависимости от типа настраиваемого свойства или редактируемого документа в окне редактирования открывается страница настройки нужного свойства, либо необходимый встроенный или внешний редактор.

Также есть возможность манипулировать объектом как единым целым - тиражировать, помещать в библиотеку, переносить в другие проекты.

В MasterScada реализуются основные принципы ООП: инкапсуляция, наследование, полиморфизм. Она реализуется в таких особенностях MasterScada, как наследование свойств в объектной иерархии проекта, возможность запрета для облегчения тиражирования использовать в документах объекта внешние по отношению к нему переменные, а также типизация (на уровне пакета в целом или для конкретного проекта) документов различных объектов, входящих в проект, и действий с ними.

MasterScada предоставляет библиотеки готовых технологических объектов. Возможность перетащить на мнемосхему не требующий настройки готовый объект, уже имеющий динамизированное изображение, сообщения, логику работы, окно управления и т. д., и есть один из главных резервов роста производительности труда разработчиков АСУ ТП.

Любой объект, имеющий мнемосхему, может быть перетащен в другую мнемосхему в виде кнопки со сжатым изображением его собственной мнемосхемы и функцией вызова любых принадлежащих ему документов.

Представление любой перетащенной из проекта на мнемосхему переменной в виде щитового прибора или сигнализатора, а групп переменных - в виде таблиц или графиков позволяет быстро разработать полноценный пользовательский интерфейс. Применение стандартных и создаваемых пользователем шкал переменных, определяющих контролируемые границы и скорость изменения, единицу измерения и точность, обеспечивает унификацию отображения переменных во всех частях пользовательского интерфейса MasterScada в режиме исполнения.

Собственные возможности графической подсистемы - поддержка объемной графики, встроенный редактор анимации растровых изображений со спецэффектами (движение, вращение, фокусировка и т. п.).

Создание отчетных документов облегчается готовым шаблоном стандартного сменного или суточного рапорта со встроенными функциями вычисления почасовых и иных средних и интегральных значений для аналоговых переменных, а также счетчиков включений и моторесурса - для дискретных.

Существует три возможных варианта работы в режиме исполнения:

Рабочий режим. Это основной режим исполнения. В Рабочем режиме должен быть осуществлен переход к нему на всех компьютерах системы. Программа производит реальное управление технологическим процессом.

Режим отладки.Этот режим предназначен для отладки проекта на одном компьютере. Независимо от того, сколько компьютеров находится в дереве системы, все объекты, функциональные блоки, OPC серверы создаются на текущем компьютере и все действия производятся на нем.

Режим имитации. В этом режиме на все входы, не имеющие связей, вместо констант будет подаваться имитация в соответствии с настройками системы [3].

Методика разработки программ визуализации процессов контроля, регулирования и сигнализации

Любая программа визуализации использует переменные технологической программы пользователя контроллера КРОСС 500, т.е. переменные SCADA-системы ссылаются на переменные ISaGRAF. При этом связь переменных осуществляется через ОРС сервер, предназначенный для сопряжения ISaGRAF с MasterScada. Поэтому перед началом создания программы визуализации необходимо настроить и запустить ОРС - сервер.

Рассмотрим создание программы визуализации на примере мнемосхемы Управление, которая позволяет изменять значения задания (уставки), верхнего и нижнего порогов сигнализации, коэффициента пропорциональности и постоянной интегрирования. Для изменения значений этих показателей используется задатчик [4].

Создание проекта

Запускаем MasterScada и в открывшемся окне вводим имя проекта. После нажатия на кнопку ОК и ввода пароля появится окно проекта.

Так как MasterScada использует переменные контроллера необходимо создать соединение между контроллером и средой ISaGRAF. Для этого выделяем объект «Система» в дереве системы и в контекстном меню выбираем Вставить->Компьютер (рисунок 18). В странице свойств элемента в поле «Имя» вводим имя компьютера «Компьютер 1».

Рисунок 18 - Контекстное меню объекта Система

Далее к компьютеру добавляем ОРС сервер, как это показано на рисунке 19.

Рисунок 19 - Добавление ОРС сервера

Добавление ОРС переменных

Доступ к данным ОРС серверов осуществляется через ОРС переменные в MasterScada.

Существует три основных вида ОРС переменных:

для чтения (отображается в дереве значком выхода );

для записи (отображается в дереве значком входа );

для чтения и записи (отображается в дереве значком ).

В контекстном меню ОРС сервера выбираем Вставить->ОРС переменные. В открывшемся окне выбора переменных выбираем все необходимые для работы переменные. Результатом является окно на рисунке 20.

Рисунок 20 - Добавление ОРС переменных

Создание мнемосхем

Создание мнемосхемы управления.

Для перехода на мнемосхему необходимо нажать на объект правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Перейти на мнемосхему» (рисунок 21).

Рисунок 21 - Переход на мнемосхему



С помощью панели Палитра (рисунок 22) добавляем графический примитив Текст (подписи задатчиков, заголовок мнемосхемы).

Рисунок 22 - Панель Палитра

Все свойства текста, задатчика, мнемосхемы можно изменять на панели свойства (рисунок 23).

Рисунок 23 - Панель свойств

В результате мнемосхема будет выглядеть как на рисунке 24.

Рисунок 24 - Мнемосхема АСУ ТП пастеризации пива

Создание тренда

Тренд - отображение графиков изменения данных технологического процесса с течением времени. В MasterScada совмещен просмотр архивных (исторический тренд) и текущих (тренд реального времени) данных на одном графике. Тренд создается на закладке «Тренд» у Объекта.

После добавления тренда, необходимо ввести его название, что приведет к открытию окна тренда, куда необходимо перенести переменные.

Для того чтобы значения переменных Объекта появились в тренде достаточно «перетащить» [4].

В результате пример рабочего тренда изображен на рисунке 25.

Рисунок 25 - Мнемосхема АСУ ТП пастеризации пива

Дерево мнемосхем представлено в приложении Г.

Назначение ОРС - сервера и его настройка

OPC - сервер для контроллеров предназначен для обмена данными между технологической программой пользователя контроллера КРОСС 500 и SCADA-системами через интерфейс, определяемый спецификацией OPC Data Access 2.0.

Настройка OPC производится путем редактирования файла crossopc.ini (рисунок26), расположенного в каталоге установки OPC - сервера.

Рисунок 26 - Пример конфигурационного файла OPC - сервера

Каждая строка содержит либо комментарий, начинающийся с символов «#» или «;», либо заголовок секции, либо набор параметров секции. Имена параметров к регистру нечувствительны. Описание секций:

Секция [SERVER] может содержать следующие параметры:

LOGFILE = <file>. Указывает имя файла для записи протокола работы сервера. Имя файла необходимо указывать в кавычках.

LOGLEVEL = <level> Число от 0 до 3, показывающее, какие сообщения будут выводится в лог. Допустимы следующие значения:

0 - не выводить сообщения совсем,

1 - только ошибки,

2 - ошибки и предупреждения,

3 - ошибки, предупреждения и диагностические сообщения.

SCANRATE=<rate> Целое число, показывающее период опроса контроллера в миллисекундах.

CITECT=<0/1>. Если используется SCADA-система Citect, то этот параметр необходимо установить в 1. Этот ключ заставляет OPC сервер принудительно устанавливать для данных, передаваемых в Citect OPC_QUALITY_GOOD, потому что OPC-драйвер Citect работает следующим образом: при поступлении хотя бы одного элемента с OPC_QUALITY_BAD остальные элементы тоже рассматриваются как содержащие недостоверные данные.

Секция [CONNECTIONS] содержит определения логических подключений.

Формат:

<connection_name>=SERIAL,<port>,<speed> для подключения через последовательный порт

<connection_name>=UDP, <ip_address>, <ip_port>дляподключениячерез TCP/IP

Параметры:

< connection_name> - имя подключения;

< port > - имя последовательного порта, например COM4;

< speed > - скорость порта в бодах;

< ip_address > - ip - адрес контроллера или dns имя;

< ip_port > - ip - порт (по умолчанию 5066).

Секция [TARGETS]содержит определения задач (targets).

Под задачей подразумевается исполнительная система ISaGRAF, выполняемая на контроллере.

Формат:

<target_name>=<connection_name>, <logical_num>, «<имяконфигурационногофайла>»

Параметры:

<target_name> - имя целевой задачи;

<connection_name> - имя подключения, определенное в секции [connections];

<logical_num > - логический номер задачи, обычно 1;

<имя конфигурационного файла> - путь к файлу, который содержит определения переменных целевой задачи ISaGRAF.

В данном случае, путь к программе PID_ST описывается как t1=connection, 1, «C:\isawin\APL\G_IMPPID\appli.tst».

Необходимо запустить OPC сервер C:\Program Files\КРОСС\OPC Server\crossopc.exe для привязки ОРС - переменных.



Заключение

В результате была разработана программа АСУ ТП пастеризации пива в пакете ISaGRAF для микропроцессорного контроллера КРОСС 500. Программа обеспечивает фильтрацию сигнала,импульсное регулирование по ПИД закону,предупредительную и аварийную сигнализацию по верхнему и нижнему уровням, а также проверку данных на достоверность. В пакете MasterSCADA была разработана программа визуализации для АСУ ТП пастеризации пива, которая позволяет наглядно просмотреть данный процесс.

Были изучены параметры настройки ОРС - сервера и произведена настройка ОРС - сервера, осуществлена проверка работоспособности разработанных программ на учебном стенде.

В итоге, поставленная задача была успешно выполнена, о чем свидетельствуют успешные испытания разработанных программ на научно-учебном лабораторном комплексе.



Список литературы

автоматизация технологический пиво контроллер

Контроллеры Кросс-500, Трасса-500. Руководство по эксплуатации. Часть 1. Система технологического программирования ISaGRAF. ЯЛБИ.420146.001 РЭ.

Агеев Ю.М., Коновалов В.И., Мазурек Г.Ф., Скороспешкин В.Н. «Автоматизированные системы управления непрерывными технологическими процессами»// учебное пособие. Томск, изд. ТПИ им. С.М. Кирова, 1987.-95с.

MasterScada. Основы проектирования. Учебное пособие ИнСАТ М: 2009г.-186 с.

«Методика разработки программ визуализации процессов контроля, регулирования и сигнализации»// методическое пособие, 2009.-76 с.

Размещено на Allbest.ru

...