close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Грибанов А. А. Программное обеспечение систем управления

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов по направлению подготовки бакалавра
220700.62 – Автоматизация технологических процессов и производств
Воронеж 2012
2
УДК
Грибанов, А. А. Программное обеспечение систем управления
[Текст]: методические указания к лабораторным работам для студентов
по направлению подготовки бакалавра 220700.62 – Автоматизация технологических процессов и производств / Воронеж. Воронеж. гос. лесотехн.
акад. 2012, - 77 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ВГЛТА
Рецензент: д-р техн. наук, проф. кафедры информационных и управляющих
систем ВГТА И.А. Авцинов
Научный редактор: академик, д-р техн. наук, проф. В. С. Петровский
Учебное издание
Грибанов Андрей Анатольевич
Программное обеспечение систем управления
Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки бакалавра 220700.62 – Автоматизация технологических
процессов и производств
Редактор
Подписано в печать
Формат бум. 60/90
1/16.
Усл.п.л. 3,0. Уч.-изд.л. 3,77.
Заказ №
Тираж экз.
Воронежская государственная лесотехническая академия
РИО ВГЛТА. УОП ВГЛТА. 394613 г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
3
Лабораторная работа №1
SCADA система TRACE MODE. Создание простого проекта
Цель работы: создать операторский интерфейс (человеко-машинный
интерфейс) системы мониторинга, содержащий один узел АРМ (автоматизированное рабочее место). При этом будет использован механизм автопостроения
каналов TRACE MODE методом «от шаблонов». Ввести в состав системы
функции управления.
Создание узла АРМ
Загрузим инструментальную систему двойным щелчком левой клавиши (ЛК)
мыши по иконке
рабочего стола Windows и с помощью иконки
рументальной панели создадим новый проект.
инст-
При этом в открывшемся на экране диалоге выберем стиль разработки
Простой. После нажатия ЛК мыши на экранной кнопке Создать, в левом окне
Навигатора проекта появится дерево проекта с созданным узлом АРМ RTM_1.
В правом окне Навигатора проекта отобразится содержимое узла – пустая
группа Каналы и один канал класса Вызов Экран#1, предназначенный для
отображения на узле АРМ графического экрана:
Создание графического экрана включает:
Создание статического текста
4
Создание динамического текста, создание аргумента экрана в процессе
настройки динамического текста
Создание стрелочного прибора, привязка к аргументу
Двойным щелчком ЛК на компоненте Экран#1 откроем окно графического редактора.
Создание статического текста
Разместим в левом верхнем углу экрана статический текст – надпись Значение
параметра.
Для этого выполним следующие действия: на панели инструментов
графического редактора ЛК мыши выделим иконку графического элемента
(ГЭ) Текст
; в поле графического редактора установим прямоугольник ГЭ,
для чего
– зафиксируем ЛК точку привязки - левый верхний угол;
– развернем прямоугольник движением курсора до необходимого размера;
– зафиксируем ЛК выбранный ГЭ:
– Для перехода в режим редактирования атрибутов размещенного ГЭ выделим
на панели инструментов;
ЛК иконку
Для автоматического вывода окна свойств ГЭ по завершению его размещения
необходимо в настройках интегрированной среды разработки (Файл–
>Настройки ИС)в разделе РПД/Основные свойства активировать пункт
Открывать свойства автоматически
.
– двойным щелчком ЛК по ГЭ откроем окно его свойств;
– в правом поле строки Текст наберем Значение параметра;
5
– закроем окно свойств щелчком ЛК по иконке
вид:
, ГЭ примет следующий
Если введенный Вами текст не уместился в прямоугольнике ГЭ, выделите его и
растяните до нужного размера с помощью мыши.
Создание динамического текста, создание аргумента экрана в процессе
настройки динамического текста
Подготовим на экране вывод динамического текста для отображения
численного значения какого-либо источника сигнала – внешнего или
внутреннего - путем указания динамизации атрибута Текст
ГЭ. Определим назначение аргумента шаблона экрана. Для этого необходимо
проделать следующие действия:
– создадим и разместим новый ГЭ
справа от ГЭ c надписью Значение
параметра;
откроем свойства вновь размещенного ГЭ;
– двойным щелком ЛК на строке Текст вызовем меню Вид индикации;
6
–
в правом поле строки щелчком ЛК вызовем список доступных типов
динамизации атрибута;
– из всех предлагаемых типов выберем ЛК Значение;
– в открывшемся меню настройки параметров динамизации:
– выполним щелчок ЛК в правом поле строки Привязка;
– в открывшемся окне Свойства привязки, нажмем ЛК по иконке
на панели инструментов и тем самым создадим аргумент шаблона экрана;
7
– двойным щелчком ЛК выделим имя аргумента и изменим его, введя с
клавиатуры Параметр (завершим ввод нажатием клавиши Enter);
– подтвердим связь атрибута Текст ГЭ с данным аргументом щелчком ЛК по
экранной кнопке Готово;
– закроем окно свойств ГЭ.
Графический экран будет иметь следующий вид:
Создание стрелочного прибора, привязка к аргументу
Применим для отображения параметра новый тип ГЭ – Стрелочный прибор.
Для этого необходимо выполнить последовательность действий:
– выделим двойным щелчком ЛК на инструментальной панели графического
редактора иконку
и выберем из появившегося меню иконку стрелочного
прибора
;
– установим ГЭ
, выбрав его размер таким, чтобы все элементы графики и
текста на нем были разборчивы и симметричны;
– перейдем в режим редактирования и откроем окно свойств ГЭ
;
–
щелчком ЛК на экранной кнопке Основная привязка откроем окно
табличного редактора аргументов шаблона экрана;
– ЛК выберем уже имеющийся аргумент Параметр;
– подтвердим выбор щелчком ЛК на кнопке Готово;
– двойным щелчком ЛК откроем атрибут Заголовок и в строке Текст введем
надпись Параметр;
– закроем окно свойств ГЭ
8
.
Для проверки правильности привязок ГЭ к аргументам экрана можно воспользоваться режимом эмуляции. Переход в режим эмуляции осуществляется с помощью иконки
на панели инструментов. По нажатию, на экран графического редактора выводится окно задания значения аргумента в соответствующем
поле:
Так, введя значение 25, наблюдаем:
9
В нашем случае оба ГЭ отображают введенное значение – привязки выполнены
правильно. Выход из режима эмуляции – повторное нажатие ЛК по иконке
.
Автопостроение канала
Задание границ и уставок
Для создания канала в узле проекта по аргументу шаблона экрана воспользуемся процедурой автопостроения. Для этого:
·
в слое Система выберем ЛК узел RTM_1;
·
в поле компонентов узла ЛК выберем Экран#1;
·
щелчком правой кнопки мыши (ПК) вызовем контекстное меню;
·
в нем щелчком ЛК откроем свойства компонента Экран#1:
·
выберем ЛК вкладку Аргументы;
·
выделим ЛК аргумент Параметр и с помощью иконки
нал класса Реальное значение с именем Параметр:
создадим ка-
10
Задание границ и уставок
Двойным щелчком ЛК по каналу Параметр откроем бланк редактирования его
атрибутов и заполним раздел Границы следующим образом:
Создание генератора синуса и привязка его к каналу
Введем в состав проекта источник сигнала – внутренний генератор синусоиды,
свяжем его с созданным каналом и опробуем в работе выполненные средства
отображения. Для этого проделаем следующие действия:
·
откроем слой Источники/Приемники и через ПК создадим в нем группу
компонентов Генераторы:
11
·
двойным щелчком ЛК откроем группу Генераторы_1 и через ПК создадим в ней компонент Синусоида;
·
Воспользуемся механизмом drag-and-drop (перетащить и отпустить).
Для этого захватим с помощью ЛК созданный источник и, не отпуская ЛК,
перетащим курсор на узел RTM_1 в слое Система, а затем, в открывшемся
окне компонентов, на канал Параметр. Отпустим ЛК.
12
Запуск проекта
·
Сохраним проект с помощью иконки (в имени файла не должно быть
пробелов) ;
· на инструментальной панели выберем ЛК
и подготовим тем самым
проект для запуска в реальном времени;
· с помощью иконки
на инструментальной панели запустим проект на
исполнение (в случае если проект не запускается следует в навигаторе
проекта выбрать узел RTM и затем снова нажать иконку
, а так же проверить чтобы в имени файла не было пробелов. Допустимое имя файла
«Лабораторная_работа1.prj», не допустимое – «Лабораторная работа1.prj»).
Введем в состав графического экрана ГЭ, позволяющий реализовать ввод
числовых значений с клавиатуры. Создадим новый аргумент шаблона экрана
для их приема.
Редактирование графического экрана
Для этого:
13
вызовем графический экран на редактирование;
на инструментальной панели графического редактора выберем ЛК иконку ГЭ
Кнопка –
;
с помощью мыши разместим ГЭ в поле экрана под ГЭ
;
перейдем в режим редактирования
его свойств:
, выделим ГЭ
ЛК и вызовем окно
в поле Текст введем надпись Управление;
откроем бланк Действия
и ПК раскроем меню По нажатию
14
(mousePressed);
выберем из списка команду Передать значение;
в раскрывшемся меню настроек выбранной команды в поле Тип передачи
выберем из списка Ввести и передать:
щелчком ЛК в поле Результат вызовем табличный редактор аргументов;
создадим еще один аргумент и зададим ему имя Управление;
изменим тип аргумента на IN/OUT, кнопкой Готово
подтвердим привязку атрибута ГЭ к этому аргументу:
15
закроем окно свойств ГЭ с помощью щелчка ЛК по иконке
.
Далее выполним размещение ГЭ Текст для отображения вводимого с
клавиатуры значения. Воспользуемся уже имеющимся на графическом экране
ГЭ путем его копирования/вставки и перепривязки. Для этого:
выделим ЛК ГЭ Текст, служащий для отображения аргумента Параметр:
с помощью иконки
на панели инструментов или комбинацией клавиш
Ctrl+C
скопируем выделенный ГЭ Текст в буфер обмена;
далее с помощью иконки
или комбинацией клавиш Ctrl+V
извлечем копию ГЭ из буфера обмена и поместим ее на графический экран;
переместим, удерживая нажатой ЛК, копию ГЭ Текст справа от
размещенного на экране ГЭ Кнопка;
двойным щелчком ЛК на перемещенном ГЭ Текст откроем окно его свойств;
двойным щелчком ЛК на строке Текст вкладки основных свойств
перейдем к настройке динамизации данного атрибута ГЭ;
в правом поле строки Привязка
щелчком ЛК откроем табличный редактор аргументов шаблона экрана;
выделим ЛК в списке аргумент Управление и щелчком ЛК по экранной
кнопке Готово подтвердим привязку атрибута ГЭ Текст к данному аргументу
шаблона экрана;
16
закроем окно свойств ГЭ Текст.
Привязка аргумента экрана к каналу
Создадим по аргументу Управление
шаблона экрана новый канал, отредактируем привязку атрибута канала к
аргументу шаблона экрана. Для этого:
в слое Система откроем узел RTM_1;
по щелчку ПК вызовем через контекстное меню свойства компонента
Экран#1:
выберем вкладку Аргументы, ЛК выделим аргумент Управление и с
помощью иконки
выполним автопостроение канала;
в результате, в узле RTM_1 ,будет создан канал с именем Управление:
17
двойным щелчком ЛК в поле Привязка аргумента Управление вызовем
окно настройки связи, выберем в нем атрибут Входное значение канала
Управление и кнопкой Привязка подтвердим связь аргумента экрана
Управление с атрибутом Входное значение канала Управление:
закроем окно свойств компонента Экран#1.
Размещение ГЭ Тренд
Дополним созданный экран новым ГЭ для совместного просмотра изменений
значений каналов узла во времени и отслеживании предыстории – трендом.
В правой части графического экрана разместим ГЭ Тренд
значений Параметр и Управление. Основные свойства ГЭ
для вывода
оставим
заданными по умолчанию. Перейдем во вкладку
и, выделив ЛК строку
Кривые, с помощью ПК создадим две новых кривых. Настроим для них
привязки к существующим аргументам, толщину и цвет линий:
18
ГЭ примет вид:
19
·
Сохраним проект с помощью иконки (в имени файла не должно быть
пробелов) ;
и подготовим тем самым
· на инструментальной панели выберем ЛК
проект для запуска в реальном времени;
· с помощью иконки
на инструментальной панели запустим проект на
исполнение (в случае если проект не запускается следует в навигаторе
проекта выбрать узел RTM и затем снова нажать иконку
, а так же проверить чтобы в имени файла не было пробелов. Допустимое имя файла
«Лабораторная_работа1.prj», не допустимое – «Лабораторная работа1.prj»).
Теперь с помощью кнопки Управление будем вводить величину «управляющего воздействия» и наблюдать результат в соседнем поле и тренде:
20
Вариант
Число делений стрелочного
прибора
Десятичные
знаки стрелочного
прибора
Угол разворота стрелочного
прибора
Нижний
пределы
шкалы
Верхний
пределы
шкалы
Вариант
Число делений стрелочного
прибора
Десятичные
знаки стре-
1
4
2
5
3
6
4
7
5
8
6
9
7
10
8
2
9
3
10
4
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
0
0
0
10
10
10
20
20
20
30
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
11
5
12
6
13
7
14
8
15
9
16
10
17
11
18
12
19
13
20
14
0
1
2
0
1
2
0
1
2
0
21
лочного
прибора
Угол разворота стрелочного
прибора
Нижний
пределы
шкалы
Верхний
пределы
шкалы
130
135
132
128
118
108
98
93
88
80
5
10
15
20
25
30
35
40
0
5
95
100
105
110
115
120
125
130
140
195
Величина управляющего воздействия определяется значением половины шкалы
стрелочного прибора для всех вариантов заданий.
Лабораторная работа №2
SCADA система TRACE MODE. Обработка данных. Связь с приложением
MS Windows на примере MS Excel 2003.
Цель работы: реализовать обработку данных и взаимодействие с приложением Windows по протоколу обмена DDE, а в завершение будет произвести подключение аналогового сигнала от модуля удаленного ввода.
С помощью нового компонента проекта – шаблона программы свяжем
два имеющихся канала операцией сложения. Будем суммировать реальные значения каналов Параметр и Управление, а результат помещать во вновь созданный аргумент экрана Сумма (с отображением на ГЭ Текст и Тренд) без создания дополнительного канала в узле проекта.
Доработка графического экрана
Скопируем два первых ГЭ – "Значение параметра" и "text" и разместим их
ниже ГЭ Кнопка;
22
изменим статический текст первого ГЭ на Сумма:;
динамику второго ГЭ привяжем к новому третьему аргументу шаблона
экрана типа IN с именем Сумма, который создадим в процессе привязки:
23
добавим еще одну кривую на тренд с привязкой к аргументу Сумма.
Создание программы на языке Техно ST
Создадим программу, в которой сумма двух аргументов, связанных с
атрибутами Реальное значение каналов Параметр и Управление, будет
помещается в третий аргумент с именем Сумма. В дальнейшем, воспользуемся
возможностью связывания аргументов шаблонов для вывода на экран
результата работы программы без создания дополнительного канала.
Двойным щелчком ЛК откроем узел RTM_1:
создадим в нем компонент Программа;
двойным щелчком ЛК по компоненту Программа#1
перейдем в режим редактирования программы:
24
выделением ЛК в дереве шаблона Программа#1 строки Аргументы
вызовем табличный редактор аргументов;
с помощью иконки
создадим в редакторе аргументов три аргумента с
именами Параметр, Управление и Сумма. При этом первые два аргумента
должны быть типа IN, а третий – OUT;
выделим ЛК в дереве шаблона строку Программа#1 и в открывшемся
диалоге Выбор языка выберем язык ST:
по нажатию экранной кнопки Принять
в открывшемся окне редактора программ с объявленными переменными
наберем следующую строку:
с помощью иконки
на инструментальной панели редактора или нажатием
25
"горячей клавиши" F7 скомпилируем программу и убедимся в успешной
компиляции в окне Выход (Output), вызываемом из инструментальной панели с
помощью иконки
:
Привязка аргументов программы
Выполним привязку аргументов программы к атрибутам каналов:
вызовем свойства компонента Программа#1
через контекстное меню;
выберем вкладку Аргументы;
двойным нажатием в поле Привязка свяжем аргументы программы с
атрибутами каналов – аргумент Параметр к реальному значению канала
Параметр, аргумент Управление к реальному значению канала Управление;
двойным щелчком в поле Привязка аргумента программы Сумма вызовем
окно настройки связи, выберем в левом окне канал класса Вызов Экран#1, а в
правом откроем вкладку Аргументы и укажем в ней аргумент Сумма, затем
щелчком ЛК по экранной кнопке Привязка подтвердим связь:
26
В результате, будем иметь:
Закроем окно свойств компонента Программа#1.
Запуск проекта
Сохраним проект с помощью иконки
(в имени файла не должно быть
пробелов);
на инструментальной панели выберем ЛК иконку
и подготовим тем
самым проект для запуска в реальном времени;
с помощью иконки
на инструментальной панели запустим режим
исполнения.
Вводя теперь с помощью кнопки "Управление" "управляющие воздействия"
будем наблюдать соответствующее изменение реального значения канала
Управление и результата работы программы суммирования:
27
Монитор реального времени (МРВ) как DDE-сервер
DDE (Dynamic Data Exchange) – динамический обмен данными дает возможность перейти через рамки приложения и взаимодействовать с другими
приложениями и системами Windows.
DDE позволяет двум приложениям обмениваться данными (текстовыми,
через глобальную память) динамически во время выполнения. Связь между
двумя программами можно установить таким образом, что изменения в одном
приложении будут отражаться во втором. Например, если изменить число в
электронной таблице, то во втором приложении данные обновятся автоматически и отобразят изменения.
Приложение, получающее данные из другого приложения по DDE и/или
управляющее другим приложением с помощью команд через DDE является
DDE-клиентом. В этом случае второе приложение является DDE-сервером. Одно и тоже приложение может быть одновременно и сервером, и клиентом
Организуем запрос реальных значений каналов узла разработанного
проекта приложением MS Windows в качестве, которого выберем книгу MS
Excel. Для этого выполним:
запуск приложения MS Excel 2003 с рабочего стола MS Windows или
Пуск\Все программы\Microsoft Excel;
запишем в двух ячейках первого столбца запросы на получение данных:
=RTM0|GET!Параметр
=RTM0|GET!Управление
где 0 – индивидуальный номер узла в проекте;
Примечание: имена каналов в TRACE MODE должны быть с заглавной буквы,
а именно «Параметр» и «Управление».
28
запустим на исполнение узел АРМ RTM_1;
в меню таблицы MS Excel Правка выберем команду Связи, выделим оба
параметра и нажмем кнопку Обновить, после чего закроем окно кнопкой ОК.
Убедимся, что значения в ячейках книги Excel изменяются вместе с
соответствующими реальными значениями каналов узла (значения канала
Параметр меняется постоянно, а канала Управление – после введения нового
значения с помощью ГЭ Кнопка):
Монитор реального времени (МРВ) как DDE-клиент
В том случае, когда требуется получать данные от внешнего приложения по
протоколу DDE, МРВ TRACE MODE 6 должен выступать в роли DDEклиента. Например, если необходимо вводить во вновь создаваемый канал
Из_таблицы узла RTM_1 (в его атрибут Входное значение) данные из ячейки
R3C3 книги MS Excel, необходимо в слое Источники/Приемники создать
новую группу DDE, а в ней – компонент DDE#1 (или #2) и отредактировать его
следующим образом:
29
где в атрибуте Имя:
Excel – имя приложения;
Лист1 – имя листа книги MS Excel;
R3C3 – адрес ячейки.
ADVISE – режим посылки клиенту значения при каждом его изменении.
Далее перейдите на вкладку Экран#1* и в меню Вид/Аргументы экрана
создайте новый аргумент Из_таблицы (знак «_» задается одновременным нажатием клавиш «Shift» и «–»).
Далее, нажав ПК на Экран#1:1 вызовем его свойства. В меню Аргументы создайте канал параметра Из_таблицы (ПК/Создать канал). Перетащите и опустите источник Excel.Лист1.R3C3 на Из_таблицы узла RTM_1. Создайте ГЭ
Текст и привяжите его к параметру Из_таблицы.
После процедур сохранения проекта и подготовки его к запуску в реальном
времени, запустим MS Excel, а затем узел АРМ RTM_1. Вводя в ячейку C3
произвольные значения, их можно наблюдать в созданном ГЭ Текст.
30
Индивидуальное задание по работе
Организовать ввод «управляющего» воздействия (канал Управление) с
ползункого прибора, выбрав на инструментальной панели ГЭ Прибор
и далее Ползунок:
Создать ГЭ Текст для отображения величины параметра управления:
Ползунок прибора разместить по варианту:
Вариант
1,5
2,6
3,7
4,8
9
10
11,15
Положение Слева Справа Сверху Снизу Слева Справа Слева
ползуна
Вариант
12,16
13,17
14,18
15
16
19
20
Положение Справа Сверху Снизу Справа Сверху Слева Справа
ползуна
31
Величина верхнего и нижнего предела соответствует значениям стрелочного прибора (см. лабораторная работа №1). Привяжите ползунковый прибор к
параметру Управление, задав Отображаемую и Задаваемую величины.
Далее создайте ГЭ нового параметра Температура:
В процессе привязки создайте новый аргумент Температура. В Источники/Приемники/Генератор создайте компонент Пила. Канал Температура создается нажатием ПК элемента Экран#1 с выбором его свойств во вкладке Атрибуты (иконка
)
Перетащите и опустите компонент Пила на канал Температура.
Двойным нажатием на Температура требуется задать масштабирование и
размерность. Множитель определяется как n/10, где n – номер варианта по заданию преподавателя.
Параметр Температура добавить в Тренд для отображения (т.е. создать
новую кривую Температура).
Далее необходимо внести изменение в программу расчета параметра
Сумма, который определяется исходя из варианта задания:
1. Сумма=(Параметр+Управление)/(Температура+1)
2. Сумма=(Параметр–Управление)/(Температура+2)
3. Сумма=(Параметр+Температура)*Управление
4. Сумма=(Температура+Управление)/(Параметр+0.01)
5. Сумма=100*sin((Параметр+Управление)/(Температура+5))
6. Сумма=Температура+Управление+Параметр
7. Сумма=Параметр–Управление–Температура
8. Сумма=Параметр–Управление+Температура
32
9. Сумма=Параметр–Управление/(Температура+0.09)
10. Сумма=Параметр/(Управление+0.001)–Температура
11. Сумма=(Параметр–Управление–Температура)/n
12. Сумма=Параметр–Управление/n–Температура
13. Сумма=Параметр+Управление–n*Температура
14. Сумма=Параметр–Управление+Температура+n
15. Сумма=n+Управление–Температура
16. Сумма=n*cos(Параметр+Управление–Температура)
17. Сумма=(Параметр+Управление2–Температура)/n
18. Сумма=(Параметр–Управление+Температура3)/n
19. Сумма=Управление+Температура–n
20. Сумма=(Параметр+n)2
После изменения в программе ее необходимо повторно компилировать.
Примечание: вместо n следует вводить номер своего варианта; для возведения в степень использовать знак «**».
Лабораторная работа №3
Операторский интерфейс, управление, регулирование
Цель работы: необходимо построить систему контроля и управления ТП
участка термической обработки, исполнительных механизмов и аппаратных
средств автоматизации.
Рассматриваемый технологический процесс (ТП) ведется на одном участке термической обработки. Технологическая задача – поддержание постоянной температуры в аппарате – технологической установке осуществляющей
длительный нагрев исходного сырья (функция регулирования) и расхода холодной воды. Регулирование температуры производится путем изменения расхода поступающего в аппарат теплоносителя. Регулирование расхода производится путем изменения количества подаваемой холодной воды потребителю.
Алгоритм управления – пропорционально-интегрально-дифференциальный
(ПИД).
Создание экранов АРМ
Воспользуемся пользовательской библиотекой компонентов. Для этого
скопируем (например, через иконку рабочего стола Мой компьютер) файл
tmdevenv.tmul из поддиректории C:\Trace Mode IDE 6 Base\Lib в директорию
C:\Trace Mode IDE 6 Base\, подтвердив замену файлов.
Загрузим инструментальную систему двойным щелчком левой клавиши (ЛК)
мыши по иконке
рабочего стола Windows и с помощью иконки
инструментальной панели создадим новый проект. При этом в открывшемся на экране
диалоге выберем стиль разработки Простой. После нажатия ЛК мыши на эк-
33
ранной кнопке Создать, в левом окне Навигатора проекта появится дерево проекта с созданным узлом АРМ RTM_1. В правом окне Навигатора проекта отобразится содержимое узла – пустая группа Каналы и один канал класса Вызов
Экран#1, предназначенный для отображения на узле АРМ графического экрана. Нажав ПК на узел АРМ RTM_1 создайте компонент Экран#2.
Переименуйте компонент Экран#1 в Тех.процесс и Экран#2 в Управление
(ПК/Переименовать).
Перейдем в слой Библиотеки_компонентов, где в разделе Пользовательская
откроем библиотеку Библиотека_1 (Library_1). Сохраненный в данной библиотеке объект Объект_1 (Object_1) содержит в своем слое Ресурсы
(Resources) необходимый для дальнейшей разработки набор графических объектов – изображения клапанов, емкостей, двигателей и т.д.
Перенесем группы из Resources в слой Ресурсы текущего проекта с помощью
механизма drag-and-drop (перетащить и отпустить) и переименуем их как показано ниже.
34
Здесь же в слое Ресурсы создадим группу Картинки для помещения в нее текстур, которые будут применены в оформлении создаваемых графических экранов.
Создадим в группе
ка_Изображений#1.
Картинки
новый
компонент
–
Библиоте-
Откроем двойным щелчком ЛК вновь созданную библиотеку для редактирования. Для ее наполнения воспользуемся иконкой
на панели инструментов. В
открывшемся диалоге выбора файлов для импорта укажем поддиректорию
C:\Trace Mode IDE 6 Base\Lib\Texture. Выберем все файлы и нажмем экранную кнопку Открыть.
Содержимое библиотеки Библиотека_Изображений#1 станет следующим:
35
Подобным описанному выше способу создадим в слое Ресурсы группу Анимация, в ней - библиотеку Библиотека_Видеоклипов#1. Наполним ее содержимым C:\Trace Mode IDE 6 Base\Lib\Animation.
Из всех представленных в библиотеке видеоклипов выберем только
flame_small.
Сохраните свой проект. Далее из C:\Trace Mode IDE 6 Base\Demo\ откройте
файл Boiler.prj. Откройте библиотеку видеоклипов нажав Ресурсы\Анимация\Библиотека_Видеоклипов#1.
Скопировать fluid_flow_down_pin нажав ПК/Копировать. Откройте снова Ваш
проект. Вставьте в свою библиотеку видеоклипов выше названный обьект нажав Ресурсы\Анимация\Библиотека_Видеоклипов#1\ПК мыши\Вставить.
Таким же образом скопируйте в свой проект объекты fluid_flow_right_pink,
fluid_flow_right_blue, fluid_flow_up_blue. Получим библиотеку вида:
Перейдем в Система\RTM_1. Нажав на Тех_процесс ЛК два раза перейдем во
вкладку Экран#1. Снова, нажав ЛК два раза на пустой синий экран, вызовем
Параметры экрана. Изменим Значение Фона на Изображение и выберем изображение metal_0112 или другое из библиотеки:
36
Далее создадим в Ресурсы новый графический элемент и переименуем его в
Бойлер. В нем создадим Графический_обьект.
Сохраните свой проект. Далее из C:\Trace Mode IDE 6 Base\Demo\ откройте
файл Boiler.prj. Откройте элемент cooling&heating_11, как показано на рисунке:
Выделите элементы рисунка и скопируйте.
Откройте Ваш проект и в Бойлер\Графический_обьект_1 вставьте скопированное (ПК/Вставить на синем экране).
37
Создание схемы технологического процесса (Экран Тех.процесс)
Технологический процесс изобразим как показано на рисунке:
Рассмотрим контур управления температурой в аппарате.
В центре экрана разместим Графический_объект_1 Бойлера просто перетащив его. Далее на экран перенесем насосы pump_1 и pump_2. Добавим
клапан valve_1.
38
Соединим устройства трубопроводами, выбрав в меню Объемные фигуры
элемент Труба.
Удерживайте кнопку клавиатуры Ctrl для построения трубопровода без наклона. В местах поворота нажимайте ЛК мыши. Для окончания рисования отпустите Ctrl и нажмите ПК мыши. Измените толщину трубопровода (ЛК по нему
два раза) на 15.
Добавьте в схему для индикации движения холодной и горячей воды, пламени
горелок элементы fluid_flow_right_blue, fluid_flow_right_pink, flame_small
перетащив их на экран из библиотеки видеоклипов.
Сделайте поясняющие надписи для схемы на стр. 35. Воспользуйтесь ГЭ Текст.
Пример изменения свойств текста Подача воды показана на рисунке
39
Так как для АРМ будет разработан еще один экран Управление, то для осуществления переходов между экранами необходимо предусмотреть соответствующие средства. В качестве них будем использовать ГЭ
.
Двойным щелчком ЛК на ГЭ
Хранение откроем его свойства, в разделе
Действия
выделим ЛК пункт mousePressed (событие по нажатию ЛК на
ГЭ) и по нажатию ПК добавим переход на экран:
В открывшемся пункте Перейти на экран по нажатию ЛК из списка выберем
шаблон экрана Управление.
В процессе создания ГЭ Текст Твых/Тзад и их привязки создадим два параметра Регулирование_Твых и Регулирование_Тзад.
40
Привязка параметров Регулирование_Твых и Регулирование_Тзад осуществляется к аргументам Твых и Тзад экрана Управление. Так как аргументы экрана Управление не заданы, привязку Регулирование_Твых и Регулирование_Тзад на данном этапе работы делать не нужно. Сделайте это в конце создания проекта.
При привязке имя аргументов изменяется на Управление_Тзад и Управление_Твых.
Переименуйте Управление_Тзад и Управление_Твых обратно в Регулирование_Тзад и Регулирование_Твых.
Далее выберете пламя левой горелки двойным кликом ЛК и измените ее свойства как показано на рисунке:
41
То же самое для правой горелки:
Создание системы управления (Экран Управление)
Перейдем к разработке экрана управления, вид которого представлен на рисунке:
42
В левом верхнем углу разместим ГЭ Кнопки
и Текст для ввода настроек
, выделим ГЭ
регуляторов. Для этого перейдем в режим редактирования
ЛК и вызовем окно его свойств:
в поле Текст введем надпись Крег;
откроем бланк Действия
и ПК раскроем меню По нажатию
(mousePressed);
выберем из списка команду Передать значение;
43
в раскрывшемся меню настроек выбранной команды в поле Тип передачи
выберем из списка Ввести и передать:
щелчком ЛК в поле Результат вызовем табличный редактор аргументов;
создадим еще один аргумент и зададим ему имя Крег;
изменим тип аргумента на IN/OUT, кнопкой Готово.
Подтвердим привязку атрибута ГЭ к этому аргументу. Создайте помимо Крег и
другие аргументы, задайте их значения по умолчанию:
Справа от кнопки Крег создайте ГЭ Текст. Измените его вид индикации и привяжите к аргументу Крег.
44
Такие же действия проделаем с Тиз (время изодрома) и Тпр (время предварения). Для задания параметров регулятора по контуру расхода сделайте тоже самое, привязав ГЭ Кнопки и Текст к Крег_F, Тиз_F, Тпр_F.
Организуем ввод управляющего воздействия (аргумент Тзад) с ползункого прибора, выбрав на инструментальной панели ГЭ Прибор
и далее Ползунок:
Создадим ГЭ Кнопка (Заданная температура) для задания
и отображения величины параметра управления, привязав его к
Тзад. Пределы ползункового задатчика установим согласно рисунку:
Дополним экран Управление элементом Тренд. Создадим
кривые Тзад и Твых. Привяжем их к агрументам Тзад и
Твых (изменить Задаваемая величина на Тзад и Твых).
Создадим кнопку для Тех. Процесс
перехода на экран Тех_процесс как на странице 37.
для
Аналогично контуру регулирования температуры добавьте Тренд, ползунковый задатчик, Кнопку задания расхода привязав их к Fзад, Fвых.
Создание программы регулирования температуры
45
Создадим программу в узле RTM_1 как показано на рисунке:
Нажав два раза на Программа#1 выберем пункт Аргументы.
Создадим ниже перечисленные аргументы:
Сделаем привязки всех аргументов как показано на рисунке:
46
Зададим также значения по умолчанию и единицы измерения выше названных
аргументов.
Далее создадим программу на языке FBD диаграмм. Кликните на Программа#1 и выберите FBD диаграмма.
Сделаем программу как на рисунке:
47
Как следует из программы в схеме АСР имеются:
1. Блоки сравнения с отрицательной ОС;
2. ПИД-регуляторы температуры и расхода в объектах;
3. Объекты регулирования;
4. Задатчик начальной температуры и расхода холодной воды.
48
Блок сравнения подает сигнал рассогласования заданной температуры Тзад и
действительной Твых на выходе объекта в ПИД-регулятор:
О=Х–Y=Тзад–Твых.
Тот же блок присутствует в контуре регулирования
расхода холодной воды.
Блоки FBD диаграмм находятся справа экрана монитора. Необходимый элемент просто перетаскивается
на окно с программой.
Для задания параметра
на входе блока кликните
по нему два раза и введите либо константу, либо из списка выберите
параметр. Блоки между
собой соединяются перетаскиванием выхода одного блока на вход другого.
Блок ПИД-регулятора формирует выходное значение Q по ПИДзакону от величины, поданной на вход INP:
i
KD × (INPi - INPi -1 )
+ KI × Dt × å INPk =
Q i = KP × INP +
Dt
k =1
Q i = k рег × INP +
t пр × (INPi - INPi -1 )
Dt
i
+ t из × Dt × å INPk
k =1
где i – текущий такт пересчета, KP (kрег), KD (tпр) и KI (1/tиз) – соответственно коэффициенты при пропорциональной, дифференциальной и интегральной составляющих, Dt – период пересчета блока в секундах (длительность такта).
49
Для ограничения величины управляющего воздействия используются входы
блока MIN (Тмин) и MAX (Тмакс). Если величина управления меньше MIN, то Q
= MIN, если величина управления больше MAX, то Q = MAX, при этом в обоих случаях накопление интегральной составляющей закона регулирования прекращается.
Данный блок вычисляет величину управляющего воздействия по значению рассогласования регулируемой величины и задания, которое предварительно вычисляется с помощью блока сравнения X-Y.
Передаточная функция ПИД-регулятора из курса ТАУ:
1
Wрег (P) = k рег × (1 +
+ t пр P) ,
t из P
где kрег, tпр, tиз – коэффициент усиления регулятора, время предварения и изодрома.
Данный блок моделирует объект управления для отладки алгоритмов регулирования или подготовки демонстрационных проектов. Он представляет собой комбинацию апериодического (инерционного) звена первого порядка и звена запаздывания, т.е. передаточная функция блока имеет вид:
k об
Wоб (P) =
e - tP
Tоб P + 1
где kоб и Tоб – соответственно коэффициент усиления и постоянная времени инерционного звена первого порядка, t > 0 – время запаздывания.
Кроме того, на выходной сигнал блока можно наложить помеху в виде случайной составляющей, синусоидального сигнала или случайных бросков. Здесь же
можно задать случайное колебание динамических характеристик объекта.
Входным по отношению к моделируемому объекту является вход INP. Входы
K, T и N используются для задания соответственно коэффициента усиления kоб,
постоянной времени Tоб и времени запаздывания t. Последние два параметра
задаются в тактах пересчета, максимальное значение времени запаздывания – 4.
Вход SNS предназначен для управления случайными помехами, вносимыми в
работу объекта.
Примем в работе значения параметров объекта 1 (аппарат нагрева) kоб=1,
Tоб=7 сек, t=0 сек, значение помехи SNS = 1 бит (добавление к выходному сигналу случайной величины в диапазоне от 0 до 1%), объекта 2 (трубопровод)
kоб=1, Tоб=3 сек, t=l/v=5м/0.9 м/с=5.55 сек, значение помехи SNS = 1 бит.
Блок X+Y предназначен для задания начальной температуры воды
равной 10° (Тнач=10):
O= Твых+10.
Добавьте в программу блок расчета настройки ПИД-регулятора:
50
Параметры объекта 1 (аппарат нагрева)
Km=1 (kоб=1), Tm=7 (Tоб=7 сек,) Hm=0 (t=0
сек). Добавьте второй такой блок и задайте
для объекта 2: Km=1 (kоб=1), Tm=3 (Tоб=3
сек,) Hm=5.55 (t=5,55 сек)
Скомпилируйте программу клавишей F7.
Далее нажмите на F5, чтобы запустить программу в режиме отладки. Коэффициенты настроек регулятора отобразятся справа на выходе блока CALC. Запишите
их для дальнейшего использования. Нажмите на иконку
.
Сохраните проект с помощью иконки . На инструментальной панели выберете ЛК
и далее с помощью иконки
на инструментальной панели запустите проект на исполнение.
Введите запомненные коэффициенты регуляторов:
С помощью кнопок задания температуры и расхода сформируйте задание
температуры горячей воды Тзад=70°С и расхода холодной воды Fзад=60%.
Наблюдайте вид переходного процесса.
На экране технологического процесса видно установившееся значение выходной величины Твых равной заданной температуре Тзад:
51
Время переходного процесса определяется из тренда. Формат времени
тренда часы/минуты/секунды.
Индивидуальное задание по работе:
1. По созданной АСУТП разработать схему автоматизации и отобразить ее в
отчете.
2. Изменить параметры объектов для контуров управления температурой в
аппарате и расходом холодной воды в трубе по варианту задания. Вариант задания выбирается исходя из номера буквы в алфавите по инициалам студента. Для контура управления температурой в аппарате: номер
первой буквы Фамилии студента в алфавите – коэффициент усиления
объекта kоб, Имени – постоянная времени объекта Tоб, время запаздывания t принять равным нулю. Для контура управления расходом в трубе:
коэффициент усиления объекта kоб принять равным единице, постоянная
времени объекта Tоб=3, время запаздывания t принять равным «Отчеству» студента.
Например: Петров Иван Васильевич
П–17
И–10
В–3
Получаем
передаточную
функцию
для
контура
температуры
17
17
1
, для контура расхода воды Wрасх (P) =
Wтемп (P) =
e -0×P =
e -3×P .
10P + 1
10P + 1
3P + 1
52
1
А
17
П
2
Б
18
Р
3
В
19
С
4
Г
20
Т
5
Д
21
У
6
Е
22
Ф
7
Ё
23
Х
8
Ж
24
Ц
9
З
25
Ч
10
И
26
Ш
11
Й
27
Щ
12
К
28
Ы
13
Л
29
Э
14
М
30
Ю
15
Н
31
Я
16
О
32
Коэффициенты настроек регулятора рассчитайте снова с учетом варианта
задания с помощью блока CALC.
3. Произвести проверку правильности расчетов переходных процессов в
программе VisSim, построив их графики с учетом параметров регуляторов и объектов.
Лабораторная работа №4
Создание АСУТП подачи воды на основе лабораторно-промышленного
комплекса (ЛПК)
Цель работы: необходимо построить систему контроля и управления ТП
ЛПК подачи воды, исполнительных механизмов и аппаратных средств автоматизации.
Рассматриваемый технологический процесс (ТП) ведется на одном участке подачи воды. Технологическая задача – поддержание постоянного расхода,
давления в магистрали подачи воды, уровня в приемном баке. Регулирование
расхода, давления и уровня в магистрали производится путем изменения количества подаваемой воды насосом переменной подачи или запорным клапаном.
Алгоритм управления – пропорционально-интегрально-дифференциальный
(ПИД).
Структурная схема АСУТП
Схема взаимодействия технических средств автоматизации представим в
виде рисунка:
53
SCADA-система Trace Mode v 6.06
ADAM OPC сервер
Порт COM1
ПК
ADAM5000 Порт RS-232
Slot2:
ADAM5060
Аналоговый вывод
управл. воздействия
Дискретный вывод
управления клапанами
Slot1:
ADAM5024
Аналоговый ввод
значения уровня
Аналоговый ввод
значения давления
Аналоговый ввод
значения расхода
Slot0:
ADAM5017
Объект управления – установка перекачивания воды
Контроллер ADAM 5000 с установленными модулями ADAM5017H,
ADAM5024, ADAM5060 представлен на рисунке:
Конвертер
ADAM 5000
ADAM5017H
Slot 0
ПК со
SCADA
Trace Mode
Блок
питания
ADAM5024 ADAM5060
Slot 1
Slot 2
Slot 3
PWR
RUN
TX
RX
RESET
+
GND
INIT
COM
Технические характеристики ADAM 5000 представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Спецификация контроллера ADAM 5000
Конструкция:
Вид монтажа:
Тип процессора:
Частота процессора
Оперативная память
Энергонезависимая память
Шина расширения:
Тип:
Пластиковый корпус
Монтаж на DIN рейку, Монтаж на стене
Intel 80188
40 МГц
32 кб
125 кб, Flash
Локальная шина процессора
54
Слотов:
Модули расширения:
Условия эксплуатации:
Температура:
Влажность:
Размеры:
Ширина:
Высота:
Глубина:
4
[ADAM-5013], [ADAM-5017], [ADAM-5017H-A],
[ADAM-5018], [ADAM-5024-A], [ADAM-5050-A],
[ADAM-5051], [ADAM-5051D-A], [ADAM-5051S],
[ADAM-5052-A], [ADAM-5055S], [ADAM-5056],
[ADAM-5056D-A],
[ADAM-5056S],
[ADAM5056SO], [ADAM-5060], [ADAM-5068-A], [ADAM5080
-10...+70 °С
5...95
231 мм
110 мм
75 мм
Перед созданием операторского интерфейса в SCADA-системе следует
настроить OPC сервер для работы с контроллером ADAM 5000.
OPC (OLE for Process Control) – семейство программных технологий,
предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации
и технологическими процессами. ОРС в настоящее время является стандартом,
который признан разработчиками, системными интеграторами и пользователями АСУТП. Сегодня практически все производители программного и аппаратного обеспечения АСУТП разрабатывают продукты, соответствующие этому стандарту.
Для создания ОРС сервера следует запустить ADAM OPC Server c рабочего стола Windows или через меню Пуск и в нем добавить устройство с именем adam. Нажав на Настройка настройте параметры портов, изменив скорость передачи на 57600. Далее нажмите ОК.
Найдите установленные модули ввода-вывода, нажав на кнопку Определить. Подтвердите сделанные изменения нажатием кнопки ОК окна Параметры устройства.
55
Создайте каналы ввода-вывода, выбрав в меню Добавить подменю Создать теги автоматически. Тег – это метка-идентификатор для обозначения
физического канала данных.
56
Таким образом, созданный ОРС сервер содержит теги: 8 каналов аналового ввода данных, 4 канала аналового вывода, 6 каналов дискретного вывода.
Создание экранов АРМ
Для создания схемы технологического процесса подачи воды в TRACE
MODE следует первоначально создать рисунок ЛПК ауд. 401 каф. АПП на бумаге с указанием мест расположения датчиков и исполнительных устройств.
Полученный студентом рисунок переносится в проект TRACE MODE с использованием навыков и знаний построения АСУТП, приобретенных в ходе выполнения предыдущих лабораторных работ.
Сократить время разработки можно использованием файла проекта лабораторной работы №3. Удалим все каналы узла RTM_1.
57
Создадим новые экраны в этом узле.
Переименуем экраны в ЛПК, Управление, Кривая_расхода.
Создадим схему технологического процесса подачи воды в канале ЛПК,
нажав на него два раза. Пример схемы ЛПК приведен на рисунке ниже. На экран ЛПК добавлены стрелочные приборы, показывающие давление, расход и
уровень. Для перехода между экранами добавлены кнопки Управление, Снятие кривой разгона.
Для создания баков добавим новый графический объект. Сохраните свой
проект. Далее из C:\Trace Mode IDE 6 Base\Demo\ откройте файл facilities.prj.
Откройте элемент tank_59, как показано на рисунке:
Выделите элементы рисунка и скопируйте.
Откройте Ваш проект и создайте в Ресурсы\Емкости Графический_обьект_1
(ПК/Вставить на синем экране). Переименуйте Графический_обьект_1 в
58
tank_59. Нажмите ЛК два раза на tank_59 и вставьте ПК мыши скопированный
объект бака).
Насос, клапаны находятся в ресурсах проекта. Вентили и трубы создаются с
помощью объемных фигур. Соединительные линии, элементы ручного управления создаются с помощью ГЭ Линия
. Добавить окружности в проект
можно с помощью ГЭ Эллипс из меню Плоские фигуры.
Добавление
в
схему
индикации
движения
воды
элементов
fluid_flow_right_blue, fluid_flow_left_blue осуществляется перетаскиванием их
на экран из библиотеки видеоклипов.
59
60
Лабораторно-промышленный комплекс состоит (табл. 2) из верхнего и нижнего
баков, расположенных один над другим так, что вода из верхнего бака по соединительной трубе через клапан с ручным управлением самотеком поступает
в нижний. Подачу воды из нижнего в верхний бак осуществляет циркуляционный насос с электродвигателем. Далее поток воды раздваивается: одна часть
направляется по переточной трубе обратно в нижний бак, а другая по основной
магистрали в верхний. На пути следования потоков установлены запорные вентили и регулирующие клапана. Верхний и нижний баки оснащены мерными
стеклами с вентилями. На комплексе смонтированы датчики: уровнемер типа ;
диафрагма; расходомер типа ; датчик давления типа АИР-20/М2-ДИ; манометр
МТП-100 показывающий установленный по месту. Все датчики имеют электрический выход в стандартном диапазоне 4-20 мА и предназначены для работы в контуре автоматических систем регулирования уровня, расхода, давления.
Воздушка связывает емкости установки с атмосферой для стабилизации давления внутри аппарата и осуществления его «дыхания». Удаление избытка воды
осуществляется по сливной трубе.
Таблица 2 – Оборудование ЛПК
Обозначение на схеме
Название
Комментарий
Верхний бак
Нижний бак
Циркуляционный насос с
электродвигателем
Насос шестеренчатого
типа
Запорный вентиль
Элемент ручного управления
Регулирующий клапан
Элемент автоматического управления
Клапан с ручным регулированием
Элемент ручного управления
61
Мерное стекло с вентилями
Отслеживание уровня в
баках
Уровнемер
Установлен в верхнем
баке
Диафрагма
Датчик не используется
Датчик расхода
Установлен в разрыве
основной магистрали
Датчик давления
Установлен на основной
магистрали
Датчик давления
Манометр МТП-100 показывающий
Стрелочные приборы привязываются к созданным аргументам экрана ЛПК:
Давление, Уровень, Расход. Аргументы создаются при выборе активного экрана ЛПК и подменю Вид\Аргументы экрана.
Создайте каналы Давление, Расход, Уровень, открыв свойства экрана ЛПК и
нажав на иконку .
62
Нажав в навигаторе проекта на канал Давление, проведем масштабирование и
сглаживание показаний датчика давления. Укажем апертуру и коэффициент
сглаживания значений давления как показано на рисунке. Так как требуется перевод аппаратного значения давления составляющее 4-20 мА (унифицированный сигнал) в реальное 0-100 кПа введем в In максимальное значение 20 мА,
минимальное 6 мА (согласно испытаниям минимальный уровень давления соответствует 6 мА), в A максимальное значение 100 кПа, минимальное 0 кПа.
Получим параметры Множитель и Смещение нажатием кнопки Рассчитать.
Для канала Расход также проведем масштабирование и сглаживание показаний
датчика расхода. Введем в In максимальное значение 20 мА, минимальное 4 мА
(согласно испытаниям минимальный уровень расхода соответствует 4 мА), в A
максимальное значение 9 м3/ч, минимальное 0.18 м3/ч. Получим параметры
Множитель и Смещение нажатием кнопки Рассчитать.
63
Для канала Уровень масштабирование и сглаживание проводить не требуется.
Создание экрана Управление
На экране Управление слева представлены тренды, показывающие давление,
расход и уровень. Тренды давление и расход содержат кривые, показывающие их
заданное значение и выходное значение
для исполнительного механизма.
Привязка трендов в процессе создания кривых
осуществляется к соответствующим аргументам. Для
этого создайте аргументы представленные на рисунке.
В правой части экрана Управление отображены
блоки автоматического регулирования давления и расхода. Задание требуемого давления выполнено в виде
кнопки и привязано к Давление_Зад. ГЭ Текст красного цвета отображает значение требуемого давления.
Настройки регулятора давления K, Ti, Tpr выполнены
в виде кнопок и привязываются к аргументам K, Ti,
Tpr. Значения этих параметров отображаются в ГЭ
Текст ниже кнопок. Показание датчика давления ото-
64
бражается в ГЭ Текст синим цветом. Величина выходного давления показывается зеленым цветом (привязка к Давление_Вых).
Такие же блоки и привязки сделаны для контура регулирования расхода.
Переход между экранами осуществляется кнопками ЛПК, Снятие кривой разгона.
65
Создайте каналы и привязки, открыв свойства экрана Управление.
Расход, давление, уровень привяжите к одноименным каналам узла RTM_1.
Для аргументов Расход_Вых, Давление_Вых создайте новые каналы,
выбрав их из списка и нажав на иконку .
Создание экрана Кривая разгона
Снятие кривой разгона требуется для определения параметров объекта
регулирования. На экране представлены тренды, отображающие показания с
датчиков давления и расхода, т.е. кривые привязаны к созданным аргументам
экрана Давление, Расход. Управление электродвигателем насоса подачи воды
осуществляется через частотный преобразователь Mitsubishi S500. Входным
сигналом для преобразователя является унифицированный токовый сигнал 420 мА. 4 мА соответствует 4 Гц (4 оборотам в секунду) вала электродвигателя,
66
20 мА – 25 Гц. Задание оборотов ротора двигателя реализовано ГЭ Кнопка.
Кнопка и Текст привязываются к аргументу Двигатель, по которому создается новый канал Двигатель в узле RTM_1.
67
Давление и расхода с датчиков показываются ГЭ Текст с привязкой к аргументам Давление и Расход. Обороты двигателя в Гц рассчитываются в программе Обороты_двигателя на языке ST.
Далее создайте каналы и привязки, открыв свойства экрана Кривая_разгона. Расход, давление привяжите к одноименным каналам узла
RTM_1. Для аргумента Двигатель создайте новый одноименный канал, выбрав его из списка и нажав на иконку . Двигатель_Гц привяжите к аргументу Кривая_разгона_Двигатель_Гц программы Обороты_двигателя как показано на рисунке:
Переход между экранами осуществляется кнопками ЛПК, Управление.
Программа Обороты_двигателя
Создайте новую программу в узле RTM_1 и переименуйте ее в Программа:Обороты_двигателя.
Создайте
аргументы
программы
Кривая_разгона_Двигатель, Кривая_разгона_Двигатель_Гц и привяжите их к
одноименным аргументам экрана Кривая_разгона.
68
Текст программы на языке ST представлен ниже:
Математическая модель составляется по экспериментальным данным.
Программа Регулирование
Создайте новую программу в узле RTM_1 и переименуйте ее в Программа:Регулирование. Создайте аргументы программы и привяжите их к одноименным аргументам экрана Управление. Аргументы Fвх и Pвх привязываются к каналам Расход и Давление узла RTM_1.
Программа на языке FBD для контура регулирования давления показана
на рисунке:
69
В результате создания дерево проекта будет следующим:
70
Создание каналов ввода показаний датчиков и вывода управляющих воздействий на исполнительные устройства
Создайте в Источники/Приемники ПК мыши группу OPC_1. Внутри
этой группы OPC_Сервер_1. Далее создайте компоненты OPC (6 шт.) и переименуйте их как показано на рисунке:
Каналы Давление_OPC, Уровень_OPC, Расход_OPC служат для ввода
показаний датчиков, поступающих в Trace Mode с контроллера ADAM 5000 с
модуля ADAM5017H установленного в слоте 0.
Нажмите ЛК мыши два раза на Давление_OPC, вызвав свойства этого канала.
С помощью кнопки Обзор выберете из списка сервер Prosoft.Adamopc и в левой части окна Slot0_AI_00.
71
Уровень_OPC, Расход_OPC таким же образом назначаются соответственно на
Slot0_AI_02, Slot0_AI_01.
Каналы Давление_Вых_OPC, Расход_Вых_OPC, ДвигательМА служат
для вывода управляющего воздействия на электродвигатель насоса через частотный преобразователь Mitsubishi S500 в виде токового сигнала 4-20 мА.
Для этих каналов измените направление на Output и привяжите их с помощью кнопки Обзор к одному и тому же токовому выходу модуля
ADAM5024 Slot1_AI_00.
Методом drag-and-drop перетащите Давление_OPC на канал Давление
узла RTM_1, Уровень_OPC на канал Уровень, Расход_OPC на канал Расход,
Давление_Вых_OPC на канал Давление_Вых, Расход_Вых_OPC на канал
Расход_Вых, ДвигательМА на канал Двигатель.
Произведите масштабирование канала Давление_Вых. Измените тип канала на Output. Введем в A максимальное значение 100 кПа, минимальное 0
кПа, в Q максимальное значение 20 мА, минимальное 6 мА. Получим параметры Множитель и Смещение нажатием кнопки Рассчитать.
72
Канал Расход_Вых_OPC масштабируется как показано на рисунке:
73
Проведение работы
Путем внешнего осмотра изучите состав лабораторно-промышленного
комплекса (ЛПК). Откройте запорные вентили на пути следования воды перед запуском насоса! Положение вентиля открыто/закрыто определяется
буквами О/З и стрелками на ручке. Далее включите питание на электрощите.
Запустите компьютер, создайте OPC
сервер и загрузите свой проект в
TRACE MODE. Перед запуском насоса
выберите режим управления EXT
(кнопка PU/EXT), означающий управление оборотами двигателя с внешнего
источника, такого как компьютер. Запустите насос нажатием кнопки RUN.
Запустите свой проект в TRACE
MODE, нажав на иконки
и
. Перейдите на экран снятия кривой разгона.
Снятие кривой разгона по каналу Давление. Задавая значение управляющего
тока для двигателя насоса в диапазоне 4-20 мА с помощью кнопки Задание
оборотов двигателя в мА, снимите показания давления, оборотов двигателя и
заполните таблицу. Следует записывать установившееся значение давления.
Обороты,
мА
4
Обороты,
Гц
4
5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
25
Давление, Pmin
кПа
Pmax
Расход,
м3/ч
Fmax
Fmin
Для снятия кривой разгона согласно ТАУ на вход объекта следует подать
скачкообразный сигнал в размере 15-25% от максимального. Входным воздействием на объект (трубопровод) хвх является токовый сигнал задания оборотов
двигателя насоса, поступающий на частотный преобразователь Mitsubishi S500
в диапазоне 4-20 мА. Выходным параметром Рвых является давление, измеренное датчиком давления в диапазоне 0-100 кПа. По заданию преподавателя подайте на вход обьекта хвх (8-12 мА). На экране монитора в тренде Давление наблюдайте график изменения давления Рвых, пример которого приведен на рисунке.
Пунктиром показано заданное значение давления хвх соответствующее давлению Рвых. уст..
74
Рвых
Тоб
Тоб
Рвых. уст.=kобхвх
Тоб
t
3Тоб
t
tпер
Коэффициент усиления объекта определяется отношением kоб=Рвых. уст./xвх.
Время запаздывания t и постоянная времени Тоб определяются из графика.
Время t в TRACE MODE в тренде отображается в формате час:минута:секунда.
В Программа:Регулирование для блока CALC контура регулирования
давления задайте параметры объекта Km=kоб, Tm=Tоб Hm=t, REG=1. Скомпилируйте программу клавишей F7. Далее нажмите на F5, чтобы запустить программу в режиме отладки. Коэффициенты настроек регулятора отобразятся
справа на выходе блока CALC. Запишите их для дальнейшего использования.
Нажмите на иконку
.
Создание математических моделей. По таблице требуется создать модель Обороты, Гц=F(Обороты, мА), где F – функция линейной зависимости вида Обороты, Гц=а*Обороты, мА+b. Обработать табличные данные и получить
математическую модель можно с помощью табличного процессора Microsoft
Excel.
Математическая модель соответствия оборотов двигателя в Гц и мА используется в программе Обороты_двигателя. В нее следует вставить выражение:
Кривая_разгона_Двигатель_Гц=а* Кривая_разгона_Двигатель+b,
где а и b – коэффициенты математической модели, полученной в Microsoft Excel.
Для внесения изменений в программу Обороты_двигателя следует остановить монитор реального времени, внести правки в проект и запустить свой
проект снова, нажав на иконки
и
.
Автоматическое регулирование давления воды в трубопроводе. В МРВ
перейдите на экран Управление. Задайте запомненные настройки регулятора и
требуемое давление по заданию преподавателя с помощью кнопки Задание
75
требуемого давления. Пронаблюдайте действия регулятора по выходу на требуемое значение давления в виде кривой тренда Давление.
Индивидуальное задание по работе
1. По созданной АСУТП разработайте схему автоматизации.
2. Для созданных каналов регулирования заполните таблицу параметров
сигналов на схеме автоматизации процесса подачи воды:
AI, AO, DI, DO – аналоговый ввод/вывод, цифровой ввод/вывод. Число бит
определяется типом аргумента канала.
3. Снимите кривую разгона по каналу Давление, подав на вход частотного
преобразователя Mitsubishi S500 токовый сигнал xвх значение которого
№ Наименование сиг- КонТип
тур
п/п
нала
2
1
Давление в основной магистрали
3
1
Объект
4
5
AI
Трубопровод
НПредел
Нижняя Верхняя
Тип
ВПредел
граница граница
сигнала
6
7
8
9
10
4-20 mA
Размер
ность
ИмяКанала
ЧилоБит
11
14
15
кПа
Давление
4
2
3
выбирается из таблицы:
Вариант
1,2
xвх, мА
11.5 11
3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20
12
13 11.5
12.5
13.5
12.2
13.2
12
4. В автоматическом режиме реализовать поддержание давления воды в
трубопроводе Pзад по вариантам:
Вариант 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20
Рзад, кПа 62
42
30
35
40
45
50
55
60
65
5. Проверить на устойчивость систему автоматического регулирования подачи воды по каналу Давление методом Найквиста-Михайлова. Определить параметры устойчивости.
Содержание отчета
1. Структурная схема АСУТП.
2. Схема контроллера ADAM 5000 с установленными модулями.
3. Схема автоматизации АСУТП подачи воды.
4. Фотографии и характеристики датчиков ЛПК.
5. Таблицу параметров сигналов на схеме автоматизации процесса подачи
воды всех контуров управления.
76
6. Структура проекта в SCADA TRACE MODE (скриншот открытого навигатора проекта).
7. Содержимое Источники/Приемники, ОРС сервера. (скриншот).
8. Экран ЛПК, его агрументы и привязки (скриншоты).
9. Экран Управление, его агрументы и привязки (скриншоты).
10. Экран Кривая_разгона, его агрументы и привязки (скриншоты).
11. Содержимое
каналов
Программа:Регулирование,
Программа:Обороты_двигателя. Скриншоты аргументов, привязок и листинги
программ.
12. Содержимое каналов Давление, Уровень, Расход, Давление_Вых, Расход_Вых, Двигатель (нажмите на канал ЛК мыши два раза, сделайте
скриншот полученного окна).
13. Таблица оборотов двигателя в Гц и мА, давления, расхода. Математические модели соответствия оборотов двигателя в Гц и мА, оборотов двигателя в Гц и давлением в кПа.
14. Тренд кривой разгона по каналу давления (скриншот), параметры объекта
регулирования и настройки регулятора.
15. Тренд кривой переходного процесса поддержания давления воды в трубопроводе.
16. График устойчивости АСР подачи воды по каналу Давление с параметрами устойчивости.
Контрольные вопросы
1. С какой целью применяется масштабирование каналов Давление, Расход.
2. Какие методы фильтрации сигналов имеются в TRACE MODE.
3. Как осуществляется масштабирование входных и выходных каналов.
4. Поясните назначение ОРС сервера.
5. Перечислите основные понятия языка программирования техно-FBD.
6. Назначение входов/выходов FBD-блоков используемых в лабораторной
работе.
7. Понятие номера блока.
8. Как осуществляется определение параметров объекта регулирования.
9. Как осуществляется определение настроек регулятора.
10. Перечислите основные понятия языка программирования техно-ST.
11. Назначение команд ST-программы, используемых в лабораторной работе.
77
Библиографический список
Основная литература
1. Грибанов, А. А. Интегрированные системы проектирования и управления [Текст] : учеб. пособие / А. А. Грибанов ; Фед. агенство по образованию,
ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2008. – 144 с.
Дополнительная литература
2. Гордеев, А. В. Операционные системы: учебник для вузов / А. В. Гордеев. – 2-е изд. – М. [и др.] : Питер, 2005. – 415с.
3. Иванова, Г. С. Объектно-ориентированное программирование [Текст] :
доп. М-вом образования Рос. Федерации в качестве учеб. для студентов высш.
учеб. заведений / Г. С. Иванова, Т. Н. Ничушкина, Е. К. Пугачев; под ред. Г. С.
Ивановой. – Изд. 3-е, стер. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. – 368 с.
4. Харин, В. Н. Информатика. Математическое и программное обеспечение [Текст]: учеб. пособие в 3-х ч. Ч 3. Программное обеспечение / В. Н. Харин,
В. Н. Межов; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж,
2007. – 204 с.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
4 031 Кб
Теги
обеспечение, система, управления, грибановой, программного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа