Размещено на http://www.allbest.ru/

39

Циліндроконічний танк і його система управління



АНОТАЦІЯ

Об'єктом проекту є циліндроконічний танк та його система керування. Попередньо проаналізувавши особливості технологічного процесу бродіння пива та недоліки існуючої системи, були поставлені задачі автоматизації: контроль температури сусла бункері, управління відводом вуглекислого газу. При виконанні цих задач була розроблена структурна схема, яка показувала графічну модель всієї системи керування процесом, та функціональна схема, яка показує розташування та типи датчиків та виконавчих механізмів. Також була розроблена електрична принципова схема, для якої підібрано необхідні елементи для системи керування (датчики, мікроконтролер та ін.). Був розроблений алгоритм роботи системи, який показує загальну послідовність та логіку роботи системи керування процесом. Виконавши всі ці задачі, було виправлено недоліки існуючої системи.



ВСТУП

Пиво -- алкогольний напій, отриманий шляхом бродіння. Третій напій у світі за популярністю після води та чаю. Виробництво пива -- складний і тривалий процес, що складається з кількох нетехнологічних циклів: виробництва солоду, отримання пивного сусла, зброджування сусла пивними дріжджами, доброджування, фільтрація пива і розлив. Технології виробництва пива практично не змінюються протягом століть, що зумовлено характером і специфікою цього харчового продукту. Як і раніше, основними компонентами пива є ячмінний солод, хміль, дріжджі та вода. Традиційно сусло готують у мідних заторних і сусловарильних апаратах, однак сьогодні не гіршого результату можна досягти і в апаратах, виконаних з харчової нержавіючої сталі, а фільтрувальні чани замінюють на продуктивніші пластинчасті фільтри. До середини ХХ ст. бродильні апарати виготовляли відкритими, прямокутної або циліндричної форми (у вигляді танків). У бічній стінці прямокутного апарата на висоті 10-15 см від днища вмонтовували патрубок для зливання молодого пива, а в днище -- патрубок для зливання дріжджів; усередині встановлювали охолоджувальний змійовик для відведення тепла, що виділяється під час бродіння. Змійовики вмонтовували навіть у бетонні стінки бродильних чанів. Бетонні чани із часом давали тріщини, в яких накопичувалася стороння мікрофлора. Зрозуміло, що таке обладнання не відповідало санітарним нормам і негативно впливало на якість пива. Тому згодом набули поширення закриті горизонтальні циліндричні танки об'ємом від 8 до 50 , які використовують як для головного бродіння, так і для доброджування зеленого пива в лагерних відділеннях.

Сьогодні спосіб одержання пива в циліндроконічних танках (ЦКТ) є найбільш поширеним і прогресивним, а провідним виробником апаратів є німецька фірма Ziemann, яка виготовляє їх з високоякісної харчової нержавіючої сталі.



1. ОПИС ОБ'ЄКТУ АВТОМАТИЗАЦІЇ

1.1 Опис технологічного процесу виробництва пива

Етапи виробництва:

- Приготування сусла. Спочатку ячмінний солод дроблять, але зерна не повинні перетворитися в однорідну масу. У складі сусла обов'язкові великі та дрібні крупинки. Це називається солодовим помелом.

Потім солодовий помел змішують з водою. Цей процес називається «затиранням», а отримана суміш - затором. При додаванні води ферменти ячменю починають розщеплювати крохмаль на солодовий цукор. Для прискорення ферментації затор нагрівають до температури 76. Далі готове сусло фільтрують.

- Варіння сусла. Отримане на попередньому етапі сусло нагрівають, доводять до кипіння і додають хміль. Варіння сусла займає 2-3 години. Далі зварене сусло фільтрують від залишків хмелю і дають йому відстоятися.

-Бродіння. Чисте сусло надходить через труби на дно ЦКТ. Після того як сусло повністю охолоне, в танк додають дріжджі. В ході бродіння виділяється багато тепла, тому сусло потребує постійного охолодження. В ході бродіння пивовари стежать за концентрацією вуглекислоти в чанах. При досягненні максимально допустимого рівня газ відводять по спеціальних трубах.

- Дозрівання. На попередніх етапах вийшло молоде не фільтроване пиво, яке потребує подальшого дозрівання. Під час дозрівання потрібно підтримувати стабільну температуру і тиск в ємностях, ці параметри не повинні коливатися.

- Фільтрація. Після дозрівання пиво проходить ще одну фільтрацію двома різними фільтрами, призначеними для очищення від великих та дрібних частинок.

- Розлив. На заключному етапі виробництва пива його переливають в тару різних видів. При розливі в скляну тару пляшки попередньо пастеризують - повільно нагрівають до температури 65, що істотно продовжує термін зберігання пива.

Щоб систематизувати все вищеописане приведено схему (рис. 1.1)

Рис. 1.1 Схема виробництва пива

1.2 Мета та задачі проекту

Об'єктом автоматизації є циліндроконічний танк. Типовим прикладом є одиниця продукції Letina inox, а саме ЦКТ, що показаний на рис. 1.2.



Рис. 1.2 Циліндроконічний танк продукції Letina inox

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА:

- Робочий об'єм 8 090 л;

- Повний об'єм 10 517 л;

Температура робочого середовища 0 - 80 ;

- Максимальний робочий тиск в ємності: 2,0бар

- в сорочці охолодження: 2,0 бар;

- пробний тиск випробування в ємність: 2,5 бар

- в сорочці охолодження: 2,5 бар;

- товщина стінки циліндричної частини - 2,5 мм;

- товщина стінки конусної частини - 3 мм;

- товщина стінки верхньої частини - 3 мм;

- товщина стінки облицювання - 1,5 мм;

- робоче середовище - пиво, миючі розчини;

- зовнішній діаметр ємності - 2150 мм;

- внутрішній діаметр ємності - 1950 мм;

- внутрішній кут нахилу конуса 60 ;

Процес бродіння пива на більшості підприємств регулюється вручну оператором. Так як даний технологічний процес досить тривалий (7-12 діб) його варто автоматизувати для спрощення контролю та регуляції процесу.

В даному технологічному об'єкті доцільно автоматизувати керування трьома параметрами: об'ємом залитого сусла, температурою та рівнем тиску у чані. Більш точне вимірювання даних параметрів, більша швидкодія датчиків допоможуть оптимізувати отримання якісного продукту.



2. РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ПРОЦЕСУ БРОДІННЯ ПИВА

2.1 Розробка ілюстративної схеми автоматизації

Для відтворення конструкції об'єкту автоматизації та контрольованих параметрів приведено ілюстративну схему (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Ілюстративна схема автоматизації

На даній схемі наведені такі структурні елементи:

1 - вхід готового сусла;

2 - охолоджувальні кожухи;

3 - ємність з охолоджуючою рідиною;

4 - вихід молодого пива

5 - вихід надлишкового



2.2 Розробка функціональної схеми автоматизації процесу бродіння пива

За основу при побудові функціональної схеми взято об'єкт автоматизації, описаний вище, а саме циліндроконічний танк продукції Letina inox. Функціональна схема показана на рис. 2.2.

Рис. 2.1. Функціональна схема процесу бродіння

На даній схемі наведені такі структурні елементи:

Dp - датчик тиску

Dt0, Dt1, Dt2, Dt3 - датчики температури

На даній функціональній схемі зображено розміщення датчиків контрольованих параметрів та якими виконавчими механізмами керує мікроконтроллер спираючись на зняті покази.



3. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ БЛОК-СХЕМИ

3.1 Вибір законів керування

Проаналізувавши всі задачі та обмеження на систему керування було прийнято рішення використовувати релейний закон керування температурою та рівнем тиску в танку. Даний вибір аргументований тим, що регульовані параметри не потребують більш точного регулювання і більші затримки по часу на обробку вимірюваних параметрів та прийняття рішень про керування, а також більша вартість відповідного обладнання не будуть технологічно та економічно обґрунтовані. Наша задача підтримувати регульовані параметри в певному діапазоні. Для цього найбільш підходить релейний закон управління.

3.2 Вибір типів датчиків та ВМ

Для забезпечення виконання всіх вище зазначених вимог, потрібно забезпечити надійне централізоване управління.

Вибір датчика температури

При виборі датчика температури слід врахувати, що вимірювані значення температур досить не високі тому. В такому разі доцільне використання термопар. Вимірювання температури буде здійснюватись за допомогою датчика ОВЕН ДТС ХХ4 014 (рис 3.1).

Рис. 3.1 ОВЕН ДТС ХХ4 014



Таблиця 3.1 Характеристика датчика ОВЕН ДТС ХХ4 014

Характеристика датчика	ДТСХХ4
Номінальна статична характеристика (НСХ)	50М; 100М
Робочий діапазон вимірюваних температур	-50...+150 °С
Клас допуску	В; С
Група кліматичного виконання	Д2, Р2
Умовний тиск	10 МПа
Величина робочого струму, не більше	5 мА
Показник теплової інерції, не більше	10...30 с
Кількість чуттєвих елементів	1 шт.
Опір ізоляції, не менше	100 МОм
Схема з'єднання внутрішніх провідників	2-х, 3-х, 4-х провідна
Ступінь захисту датчика по ГОСТ 14254	IP54
Матеріал захисної арматури	сталь 12Х18Н10Т (мод. 024, 044-184);латунь (мод. 014, 034, 204, 224)

Вибір датчика тиску

За перерахованих вище умов виробництва скористаємось перетворювачем надлишкового тиску.

Вимірювання рівня буде здійснюватись за допомогою датчика ОВЕН ПД100-ДА0,25-111-0,25-EXIA (рис 3.3).

Рис. 3.2 ОВЕН ПД100-ДА0,25-111-0,25-EXIA

Таблиця 3.2 Характеристика датчика ПД100-ДА0,25-111-0,25-EXIA

Вихідний сигнал постійного струму	4...20 мА
Діапазон робочих температур контрольованого середовища	-40:110 °С
Напруга живлення	12:36 В постійного струму
Опір навантаження	0:1,0 кОм (в залежності від напруги живлення)
Потужність що споживається	не більше 0,75 ВА
Стійкість до механічного впливу	група виконання V3 по ГОСТ 12997-84
Ступінь захисту корпуса датчиків тиску	IP65
Стійкість до кліматичного впливу	УХЛ3.1**
Діапазон робочих температур навколишнього повітря	-40:80 °С
Атмосферний тиск	66...106,7 кПа
Тип з'єднувача	DIN 43650
Габаритний розмір (по висоті)	не більше 127,5 мм

Виконавчі механізми

Циркуляційний насос BPS 25 / 6-180

Циркуляційний насос BPS 25 / 6-180 (рис. 3.4) було обрано для прогонки охолоджуючої рідини по кожухах ЦКТ.

Рис. 3.4 BPS 25 / 6-180

Коротка технічна характеристика:

- Температура рідини до + 110 ° С

- Максимальна температура навколишнього середовища + 40 ° С

- Напруга і частота мережі 220 В / 50 Гц

- Ступінь захисту IP 44

- Трьохшвидкісний режим роботи

Клапан електромагнітний CEME 8616

Клапан електромагнітний CEME 8616 (рис. 3.5) було обрано для відводу надлишку вуглекислого газу, що утворюється внаслідок бродіння сусла.

Рис. 3.5 CEME 8616

Напруга 1 ~ 230В

Пропускна здатність Kv 9.6 мі / год

Різьба 1 "

Прохід 25 мм

Максимальний диференціал тиску 10 бар

Мінімальний диференціал тиску 0,3 бар

3.3 Розробка структурної блок-схеми системи керування

Розроблена структурна схема (рис. 3.5), що працює за вводом значень оператором котрі шифруються для зменшення потрібних ліній зв'язку і поступають на мікроконтролер. Значення з аналогових датчиків пройшовши мультиплексор послідовно перетворюються у цифрові в аналогово цифровому перетворювачі після чого мікроконтролер виводить значення величин на індикатори через пристрій пам'яті та цифро аналоговий перетворювач для видачі аналоговоих сигналів на виконавчі механізми.

Рис. 3.5 Структурна блок-схема системи керування

Ддатчик;

БР - блок реле;

М - двигун насоса;

V - клапан.



4. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

4.1 Вибір елементів контролю та регулювання

На основі розробленої функціональної та структурної схеми обираємо необхідне обладнання яке буде забезпечувати виконання поставленої мети.

4.1.1 Опис ПЛК

В якості контролерів було обрано ПЛК сімейства Simatic S7-300 - це універсальний модульний програмований контролер для вирішення завдань автоматичного управління низької та середньої ступені складності.

Модульна конструкція, робота з природним охолоджуванням, можливість застосування структур локального і розподіленого вводу-виводу, широкі комунікаційні можливості, безліч функцій, підтримуваних на рівні операційної системи, зручність експлуатації і обслуговування забезпечують можливість отримання рентабельних рішень для побудови систем автоматичного керування в різних секторах промислового виробництва.

ПЛК Simatic S7 317-2 PN характеризується наступними показниками:

Рис. 4.1. Зовнішній вигляд контролера



ПЛК Simatic S7 317-2 PN характеризується наступними показниками:

- Мікропроцесор - 100 нс на виконання бінарної інструкції 3 мкс на виконання арифметичної операції з плаваючою крапкою;

- Робоча пам'ять об'ємом 256 Кбайт, RAM (приблизно 86 K інструкцій);

- для виконання завантаженої секції програми і зберігання оперативних даних - мікро карта пам'яті (до 8 Мбайт), яка використовується як завантажується пам'яті, а також збереження архіву проекту (з коментарями та таблицею символів), архівація даних і управління рецептами.

- Гнучкі можливості розширення;

- підключення до 32 модулів S7-300 (4-рядна конфігурація);

Комбінований інтерфейс MPI / PROFIBUS DP;

- дозволяє встановлювати одночасно до 16 з'єднань з програмованими контролерами S7-300/400, програматорами, комп'ютерами і панелями операторів. Одне з цих сполук зарезервовано для PG-, одне - для OP функцій зв'язку.

- MPI дозволяє створювати найпростіші мережеві структури з об'єднанням до 32 центральних процесорів і підтримкою механізму передачі глобальних даних.

- Інтерфейс MPI може бути орієнтований на роботу в режимі ведучого або веденого приладу PROFIBUS DP.

- Інтерфейс PROFIBUS DP

- забезпечує підтримку стандарту PROFIBUS DP V1. Це дозволяє істотно розширювати спектр використовуваних ведених пристроїв DP V1, забезпечувати повноцінну підтримку їх діагностичних функцій і функцій дистанційної настройки параметрів.

- Інтерфейс Ethernet;

- другий вбудованим інтерфейсом центрального процесора CPU 317-2 PN є інтерфейс PROFINET, що базується на функціональних можливостях Ethernet TCP / IP.

Він підтримує наступні протоколи обміну даними:

- S7 функції зв'язку для організації обміну даними між контролерами SIMATIC S7 / C7 / WinAC;

- PG / OP функції зв'язку для дистанційного програмування, виконання пуско-налагоджувальних робіт і діагностики з використанням пакета STEP 7;

- PG / OP функції зв'язку для обміну даними з приладами та системами людино-машинного інтерфейсу;

- відкритий TCP / IP обмін даними через PROFINET і SIMATIC NET OPC сервери з іншими контролерами і приладами системи розподіленого вводу-виводу.

4.1.2. Опис модулів розширення входів/виходів.

Оскільки сигнали які буде отримувати контролер є дискретними та анагологовими, тому зупинимося на виборі дискретного та аналогового модуля вводу-виводу.

Всі дискретні модулі можна розділити на три групи: модулі дискретного вводу, модулі дискретного виводу і модулі дискретного вводу-виводу. У кожній підгрупі присутня велика кількість різних варіантів, але в принципі вони всі схожі. На рис. 4.2 представлений модуль вводу-виводу дискретних сигналів SIEMENS SM-323 16DI/DO та модуль вводу-виводу аналогових сигналів SIEMENS AI4/AO2 SM-332, в даній схемі застосуємо саме його, оскільки потрібно здійснити велике підключення різноманітного обладнання.

Модулі вводу-виводу дискретних сигналів виконують:

- перетворення вхідних дискретних сигналів контролера в його внутрішні логічні сигнали;

- перетворення внутрішніх логічних сигналів контролера в його вихідні дискретні сигнали.



Рис. 4.2. Модуль вводу-виводу дискретних сигналів

Модулі вводу-виводу дискретних сигналів характеризуються такими показниками:

- компактне виконання:

- зелені світлодіоди індикації станів вхідних і вихідних ланцюгів;

- штекер для установки фронтального з'єднувача, закритий пластиковою захисною кришкою.

- паз для установки етикетки з маркуванням зовнішніх ланцюгів.

- простота установки:

- рівноцінність посадочних місць,

- адреси входів і виходів визначається номером посадкового місця модуля.

- гнучкість підключення зовнішніх ланцюгів через знімний фронтальний з'єднувач.

4.1.3 Опис панелі оператора

В якості головної панелі оператора оберемо SIMATIC HMI TP900 Comfort оскільки дане сімейство панелей SIMATIC є- ідеальною платформою для побудови систем людино-машинного інтерфейсу і вдало поєднують в собі кращі риси панелей оператора, промислових комп'ютерів і програмних контролерів. Невелика глибина монтажу, відсутність жорстких дисків і вентиляторів, висока електромагнітна сумісність, ступінь захисту IP65 і тривалий термін служби ламп підсвічування дозволяють застосовувати панелі в жорстких промислових умовах. Програмне забезпечення панелей, засноване на операційній системі Windows CE, дозволяє інтегрувати стандартні для Windows інтерфейси, додаткові програми та опції, що розширюють можливості мультифункціональних панелей в порівнянні з класичними.

Рис. 4.4. Головна панель оператора

4.1.4 Опис блоків живлення

Обранj блок живлення Siemens PS-307. Блок живлення PS 307 (5 A) відрізняється наступними властивостями:

- вихідний струм 5 A;

- вихідна напруга 24 в пост. струму; захист від короткого замикання іобриву ланцюга;

- підключення до однофазної системі змінного струму(вхідна напруга 120/230 В змін. струму, 50/60 Гц);

- надійна гальванічна розв'язка відповідно до EN 60950;

- може бути використаний як джерело живлення навантаження.

Схема підключення Siemens PS-307 представлена на рис. 4.8.

Рис. 4.5. Схема підключення Siemens PS-307

Блок живлення (рис. 4.5) має наступні особливості:

- пластиковий компактний корпус (ширина 22.5/35 мм (0.88/1.38 дюймів)) зі штепсельними гвинтовими клемами IP 20 для монтажу на несучу шину 35 mm (1.38 inch) по DIN EN 50022;

- індикація допоміжної енергії через фронтальні діоди;

- вхідний сигнал (що живить, вхід струму, вхід напруги) вибирається, перемикається через відповідний розподіл вхідних клем;

- вихідний сигнал (вихід струму / напруги) переставляється через штепсельні колодки під цоколем корпусу;

- живлення двопровідних вимірювальних перетворювачів;

- гальванічне розділення між входом, виходом і допоміжною енергією.

Рис. 4.6. Зовнішній вигляд блоку живлення вихідної напруги

4.2 Розробка схеми електричної принципової системи керування

Виходячи з поставлених завдань та вибраних способів впровадження системи автоматизації за попередньо розробленою структурною схемою обрано обладнання та було розроблено електричну принципову схему (Додаток А).

Робота даної електричної принципової схеми реалізована за допомогою ПЛК. В схемі також передбачено панель оператора. За її допомогою в будь який час проходження технологічного процесу можливо отримати інформацію про стан всіх необхідних параметрів процесу.

Функції з подачі команд та інформування оператора про стан технологічного процесу покладені на панелі візуалізації. Також для повноцінної роботи контролерів обрано додаткові модулі, такі як: модуль виводу дискретних сигналів, модуль вводу-виводу аналогових сигналів З'єднання контролерів з датчиками, частотними перетворювачами та іншими пристроями забезпечує пристрій вводу-виводу цифрових та аналогових сигналів, який перетворює вхідні та вихідні сигнали в внутрішні сигнали контролера.



5. РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ РОБОТИ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

Алгоритм роботи системи представлений рисунку 5.1

на

Рис. 5.1. Алгоритм роботи системи

Алгоритм зображає логіку вводу даних оператором та роботи ПЛК. Порівнюючи введені та поточні дані мікроконтролер керує параметрами використовуючи для цього ВМ, та регулювання ними за релейним законом.



6. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

6.1 Середовище розробки програми ПЛК STEP7 Professional

Пакет STEP 7 містить набір стандартних інструментальних засобів, необхідних для систем автоматизації SIMATIC S7-300, S7-400, C7, WinАc, є центральним компонентом інтеграції всього додаткового програмного забезпечення SIMATIC. Застосовується на всіх етапах життєдіяльності систем автоматизації - від розробки нового проекту до обслуговування готових систем.

STEP 7 входить у комплект доставки програматорів SIMATIC Field PG M2, а також може поставлятися у вигляді самостійного пакета програм для персональних комп'ютерів і ноутбуків, що працюють під керуванням операційних систем Windows XP Professional, Windows Vista Ultimate або Windows Vista Business.

STEP 7 дозволяє виконувати паралельну розробку того самого проекту декількома проектувальниками. Єдиним обмеженням при цьому є неможливість одночасного запису тих самих даних декількома розроблювачами.

До складу пакета STEP 7 включені наступні компоненти:

- SIMATIC Manager:

ключова програма STEP 7, що дозволяє виконувати керування всіма складовими частинами проекту, здійснювати швидкий пошук необхідних компонентів, виконує запуск необхідних інструментальних засобів.

- Symbol Editor:

програма для визначення символьних імен змінних, типів даних і введення коментарів.

- Hardware Configuration:

програма для конфігурування систем автоматизації й установки параметрів настроювання модулів.

- NetPro:

програма конфігурування й настроювання параметрів систем промисловому зв'язку на основі мереж MPI, PROFIBUS, PROFINET і Industrial Ethernet.

- Інформаційні функції:

для швидкого огляду даних центрального процесора, відстеження ходу виконання програми, а також аналізу причин виникнення помилок.

Редактори мов програмування:

- STL (Statement List - список інструкцій),

- LAD (Ladder Diagram - мова релейно-контактних символів) і

- FBD (Function Block Diagram - мова функціональних блоків).

Для розв'язку спеціальних завдань можуть бути використані додаткові мови програмування високого рівня й технологічно орієнтовані мови, інтегровані в середовище SIMATIC Manager.

STEP 7 об'єднує всі файли програм користувача й усі файли даних у блоки. У межах одного блоку можуть бути використані інші блоки. Механізм їх виклику нагадує виклик підпрограм. Це дозволяє поліпшувати структуру про грами користувача, підвищувати їхня наочність, забезпечити зручність їх модифікації, перенос готових блоків з однієї програми в іншу.

У складі програм STEP 7 можуть бути використані блоки наступних типів:

- Організаційні блоки (ОВ), які здійснюють керування ходом виконання програми. Залежно від способу запуску (циклічне виконання, запуск по тимчасовім перериванню, запуск по події і т.д.) організаційні блоки розділяються на класи, що мають різні рівні пріоритету

- Функціональні блоки (FB) містять окремі частини програми користувача. Виконання функціональних блоків супроводжується обробкою різних даних. Ці дані, внутрішні змінні й результати обробки завантажуються у спеціально виділений блок даних IDB (Instance-data Block).

- Для кожного функціонального (FB) і системного функціонального (SFB) блоку операційна система контролера створює службовий блок даних IDB. IDB генеруються автоматично після компіляції FB і SFB.

- Функції (FC) - блоки, які містять програми обчислення. Кожна функція формує фіксовану вихідну величину на основі одержуваних вхідних даних.

До моменту виклику функції всі її вхідні дані повинні бути визначені. Такий механізм дозволяє використовувати функції без блоків даних.

- Блоки даних (DB) призначені для зберігання даних користувача. На відміну від даних, що зберігаються в IDB і використовуваних одним блоком FB або SFB, глобальні дані, що зберігаються в DB, можуть використовуватися кожним із програмних модулів.

- Системні функціональні блоки (SFB) - це функціональні блоки, вбудовані в операційну систему центрального процесора (наприклад, SEND/ RECEIVE).

- Системні функції (SFC) - це функції, вбудовані в операційну систему контролера. Наприклад, функції таймерів, лічильників, передачі блоків даних і т.д.

- Системні блоки даних (SDB) - це блоки для зберігання даних операційної системи центрального процесора. До цих даних ставляться параметри настроювання системи й окремих модулів (апаратних модулів).

6.2 Середовище розробки інтерфейсу оператора WinCC flexible

WinCC flexible - програмне забезпечення для створення людино-машинного інтерфейсу, складова частина сімейства систем автоматизації Simatic, вироблених компанією Siemens AG.

Призначено для вирішення комплексу задач людино-машинного інтерфейсу: від розробки проекту окремо взятій панелі оператора до розробки потужних систем людино-машинного інтерфейсу з архітектурою клієнт / сервер. Воно об'єднує в собі простоту роботи з пакетом Simatic ProTool і широкі функціональні можливості Simatic WinCC.

WinCC flexible може працювати під управлінням операційних систем Windows XP Professional / Windows Vista і характеризується наступними показниками:

Підтримка наскрізний розробки проектів різного ступеня складності.

Наочний інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, істотно підвищує ефективність виконання проектних робіт: - створення і з'єднання графічних об'єктів із використанням механізму Drag & Drop. Наприклад, прив'язка змінних до полів вводу / виводу, формування кнопок з відображенням вибираються за їх допомогою функцій і т.д. - Шаблони для формування глобальних графічних об'єктів і функцій (сумісні з майстром слайдів в MS PowerPoint).

- Графічне визначення траєкторій руху об'єктів.

- Використання багатошарових технологій для редагування за підтримкою до 32 шарів зображень.

- Наявність інструментів для вирівнювання, повороту і дзеркального відображення об'єктів.

Підтримка функцій масового редагування даних проекту.

Багатомовна підтримка проектів:

- Вибір мови для перегляду конфігурації.

- Підтримка системних і користувальницьких словників.

- Експорт / імпорт мовно-залежних текстів. Підтримка текстових бібліотек для багатомовних текстів.

Підтримка функцій емуляції роботи проектів для всіх панелей оператора на базі Windows CE, а також комп'ютерних систем візуалізації на основі WinCC flexible Runtime.

Потужна система обслуговування повідомлень і змінних.

Підтримка проектування комунікаційних з'єднань та визначення параметрів передачі даних.

Нові функціональні можливості програмного забезпечення Runtime. Використання Web-технологій для:

- Забезпечення доступу з однієї панелі оператора або SMATIC PC до даних іншій панелі;

- Дистанційного обслуговування, спостереження, діагностики, завантаження проектів;

- Підтримки зв'язку з мобільними системами (PDA).

Включення HMI-станцій в проекти STEP 7. Перегляд HMI-об'єктів в дереві STEP 7.

Скорочення витрат на навчання персоналу.

6.3 Середовище розробки програми ПЛК та інтерфейсу оператора TIA Portal

Програмне забезпечення TIA Portal формує інтегроване робоче середовище для розробки комплексних проектів на основі множини програмних і апаратних компонентів. В цьому середовищі розробки забезпечується підтримка функції навігації проектів, єдиної концепції використання бібліотек, централізованого управління даними і забезпечення їх повної узгодженості, запуску необхідних редакторів, збереження проектів, діагностики. Дане програмне забезпечення дозволяє отримати високий рівень ефективності розробки будь яких проектів автоматизації, які базуються на використанні програмуємих контролерів SIMATIC, пристроїв і систем людино-машинного інтерфейсу SIMATIC-HMI.

TIA Portal значно скорочує затрати на конфігурування і організацію взаємодії між контролерами, приводами і приладами і системами людино-машинного інтерфейсу. Всі параметри налаштування контролерів, програмні блоки, теги і повідомлення можуть виводитись лише один раз, що суттєво пришвидшує і знижує вартість розробки комплексного проекту автоматизації.

Всі пакети програм інтегровані в TIA Portal , використовують єдину базу даних проекту. Тому зміни, які вносяться в проект за допомогою будь якого редактору, стають доступними всім інструментальним засобам без повторного вводу одних і тих же даних.

Програмне забезпечення TIA Portal є складовою частиною пакетів програм STEP 7 Professional/ Basic V12 і SIMATIC WinCC V12.

6.4. Розробка програми ПЛК

Для розробки програмного забезпечення обираю середовище TIA Portal

В лівій частині вікна зображена деревовидна структура проекту: програма ПЛК, програма панелі візуалізації. Основне вікно містить складові частини виділеного елементу проекту (в даному випадку - власне проект), які редагуються в відповідних програмах: керуюча програма ПЛК - в LAD\STL\FBD Editor, програма панелі візуалізації - в WinCC flexible, мережева конфігурація - в Network Editor.

Розробка керуючої програми ПЛК SIEMENS S7-300 починається з визначення та налаштування апаратного забезпечення в Hardware Configuration: призначення адрес вводу/виводу периферійним пристроям та модулям центрального ПЛК (з постійним контролем за відсутністю подвійного використання адресного простору).

Рис. 6.1. Вікно Hardware Configuration зі створеним проектом



В центральній частині вікна міститься графічно представлена структура системи, в нижній - налаштування конкретної обраної станції , включаючи діагностичні адреси, адресний простір вводу-виводу. Права частина вікна містить деревовидний каталог апаратного забезпечення для додавання методом Drug&Drop до системи.

Для спрощення процедури програмування адреси фізичних вводів-виводів, а також елементи програми, біти, байти та слова внутрішньої пам'яті ПЛК можуть мати символьну адресацію (у даному випадку прив'язану до позначень схеми електричної принципової), коментарі до кожного з символів супроводжують його у всіх місцях виклику, полегшуючи програмування.

Рис. 6.2. Таблиця символів

Для програмування систем автоматизації в TIA Portal може бути використано три мови: STL, LAD і FBD.

Мова STL (Statement List) дозволяє створювати найбільш компактні програми, що володіють найбільш високою швидкодією. Мова підтримує виконання наступних функцій:

Пошук. Будь-яка точка програми може бути швидко знайдена за вказівкою символьного імені, оператора і т.д.

Можливість введення даних у покроковому або вільному текстовому режимі. Програма може вводитися з перевіркою синтаксису кожного рядка або набиратися в текстовому редакторі з наступним перетворенням.

Класичні мови програмування контролерів LAD (Ladder Diagram - LAD) і FBD (Function Block Diagram) дозволяють створювати програми, що відповідають вимогам IEC 61131-3.

Редактори стандартних мов LAD і FBD забезпечують повну графічну підтримку програмування з наступними характеристиками:

Простої й інтуїтивне використання, наочний інтерфейс, використання стандартних механізмів роботи з Windows.

Бібліотеки заздалегідь підготовлених складних функцій (наприклад, ПИД регулювання) і розроблених користувачем розв'язків.

Система команд STEP 7 оснащена вичерпним набором інструкцій, що дозволяють легко й просто вирішувати будь-які завдання автоматичного керування. Цей набір інструкцій включає у свій состав:

Логічні операції (включаючи обробку фронтів).

Операції зі словами.

Операції з таймерами й лічильниками.

Операції порівняння.

Операції перетворення типів даних.

Операції зсуву й обертання.

Для полегшення програмування може бути використаний цілий ряд додаткових сервісних функцій:

Установка крапок переривання.

Керування станом входів і виходів.

Перемикання режимів роботи.

Функції станів:

Завантаження й тестування блоків безпосередньо в редакторі.

Одночасний контроль станів декількох блоків.

Функції пошуку.

Доступна інтерактивна допомога по всіх функціональних блоках (F1).

Програма має блочну структуру і складається з основного керуючого блоку ОВ1 та блоків керування окремо взятим модулем FB1 (алгоритм роботи головного контролера).

Преходимо у функціональний блок FB1 та створюємо схему розроблену для нашої автоматизованої системи (рис. 6.3).

Рис. 6.3. LAD діаграма

Наведені фрагменти лістингу програм, виконаних на мові LAD (мова релейно-контактних схем) містить організаційний блок ОВ1 який викликає почергово блоки, в яких закладено алгоритми роботи. Емуляцію виконання готової програми можна виконати в програмі PLCSim.

Таким чином, подальша інтеграція в систему керування решти етапів зводиться до простої вставки відповідних блоків і присвоєння їх входам потрібних адрес, що значно скорочує витрати на програмування і налагодження системи, оскільки корегуються не окремі частини коду, а одна функція, що викликається послідовно.

6.5 Розробка інтерфейсу панелі оператора

Переходимо до створення HMI панелі, додавши її в список пристрої у дереві проекту програмного середовища TIA Portal. Та обравши мережеве підключення до ПЛК через MPI інтерфейс (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Мережеві підключення

Програма має інтуїтивно зрозумілий інтерфейс тому проектування відбувається легко. Розробка панелі починається з обрання потрібної панелі. В правій стороні екрану міститься бібліотека з усіма необхідними об'єктами, а також в проект можливо вставляти потрібні рисунки.

Після обрання об'єктів і розміщення їх на панелі в меню властивостей прив'язуємо кожен з об'єктів до відповідного тегу процесу, і тим самим автоматично реакція об'єктів на панелі відбувається при відповідній реакції об'єктів в режимі симуляції роботи.

На рис. 6.5 показано розроблену панель візуалізації в програмному середовищі TIA Portal.



Рис. 6.5. Екран візуалізації

Протестуємо роботу програми та панелі візуалізації. На рис. 6.6 показано роботу системи при натисненні на кнопку стоп. На рис. 6.7 показано роботу системи при спрацюванні датчиків.



Рис. 6.6 Робота системи при натисненні на кнопку стоп



Рис. 6.7 Робота системи при спрацюванні датчиків.



ВИСНОВОКИ

В результаті виконання даного курсового проекту розроблено систему керування на базі програмованих контролерів, технологічного процесу бродіння пива. Застосовано гнучку систему керування, тобто оператор за необхідності швидко зможе змінити рецепт приготування, або зупинити процес, якщо виявлені деякі неполадки. Була значно полегшена участь оператора у процесі. Використана сучасна елементна база елементів що підвищує надійність системи. Створена система на базі релейного закону керування, яка краще всього підходить для даного процесу. Весь процес автоматизовано, що збільшує продуктивність даного етапу виробництва і зменшує потреби в кількості обслуговуючого персоналу, а це економія коштів на підприємстві.

контроль температура сусло бродіння пиво



СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Каталог елементів автоматики та датчиків виробника Carlo Gavazzi [Електронний ресурс] / Офіційний сайт Carlo Gavazzi // Режим доступу: http://www.productselection.net/

Rusautomation - онлайн каталог елементів автоматики та датчиків [Електронний ресурс] / Офіційний сайт Rusautomation // Режим доступу: http://rusautomation.ru/

ALTERA: Каталог продукції 2010 [Електронний ресурс] / Офіційний сайт ALTERA //Режим доступу: http:// www.relpol-altera.com.

Каталог котлів та електрообладнання для них ВЕНТ ЗАВОДИ [Електронний ресурс] / Офіційний сайт онлайн каталог // Режим доступу: http://v-z.com.ua/

Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник / Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов - Наукова Думка, 1989. - 800 с.

Лысенко Э. В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами / Лысенко Э. В - М.: Радио и связь, 1987. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru

...