Проект автоматизации процессов ферментации и концентрирования кормовых дрожжей

Выберем пункт контекстного меню “Новая – Functional Block Diagram”. Откроется окно ввода имени программы. Задаем имя программы FBD1.

Рисунок 2.10 – Окно создания программ проекта

 

Программа FBD1  появится в списке программ. Используя блоки и элементы библиотеки, создадим блок-схему программы (рисунок 2.11)

 

Рисунок 2.11 – Программа FBD1

 

Отладка программы

Для отладки программы существует режим эмуляции, который предназначен для отладки программы непосредственно в среде UltraLogik32 без целевого контроллера. В этом режиме работа контроллера эмулируется специальной программой, выполняемой на компьютере системы программирования.

Сделаем щелчок на изображении контроллера  на дереве проекта. В правой части менеджера проекта откроется раздел “Контроллер”. В поле “Компилятор” сделаем щелчок на кнопке и выберем из списка компиляторов строку Emulator.

Скомпилируем проект (сделаем щелчок на кнопке “Компилировать” < >). Откроется окно “Эмулятор” (рисунок 2.12).

 

Рисунок 2.12 – Окно эмуляции проекта

 

В левой части окна отобразится иерархическое дерево выполняемой программы и точки останова, если они установлены. В правой части окна откроются два списка – список глобальных переменных и список локальных переменных. Выберем пункт “Добавить Сетевые переменные в Список”, откроется окно со списком всех сетевых переменных проекта (рисунок 2.13).

 

Рисунок 2.13 – Окно добавления сетевых переменных

 

Отметим переменные, которые должны визуализироваться в списке и  сделайте щелчок на кнопке <ОК>. Отмеченные переменные будут помещены в список отладки. Далее необходимо активизировать “режим переменные”. Для этого выберем пункт меню “Отладчик – Переменные…”, откроется окно выбора сетевого адреса (рисунок 2.14).

 

Рисунок 2.14 – Окно выбора сетевого адреса

 

Установим курсор на строке с номером узла  и сделаем двойной щелчок. Система установит связь с узлом, и в окне “Переменные” (рисунок 2.15) будет отображен список переменных выбранного узла. В заголовке окна будет указан адрес узла.

 

Рисунок 2.15 – Окно переменные

 

Список является динамическим, т.е. отражает реальное значение переменных с частотой сетевого обмена.

Перейдем на вкладку «Контроллер-эмулятор и нажмем кнопку «выполнить программу»

Изменим значение “FALSE”, всех переменных DI на значение “TRUE”. Сделаем это следующим образом: выполним двойной щёлчок левой кнопкой мыши на строке с нужной переменой (например, DI1), это активизирует окно “Редактирование значения” (рисунок 2.16). В поле “Значение ” выберите “TRUE”. Нажмите <Ok>.

 

Рисунок 2.16 – Окно Редактирование значения

 

Таким же способом поменяем значения «0» всех переменных AI на значение «1».

Убедившись в работоспособности  программы, сохраняем проект. [61]

 

2.3.5 Краткое описание технологии ОРС

 

Назначение OPC

Технология связывания и внедрения  объектов для систем промышленной автоматизации OPC (OLE for Process Control) предназначена для обеспечения универсального механизма обмена данными между датчиками, исполнительными механизмами, контроллерами, устройствами связи с объектом и системами представления технологической информации, оперативного диспетчерского управления, а также системами управлениями базами данных. Производители аппаратных средств, пользуясь спецификацией OPC, имеют возможность разрабатывать единственный сервер OPC для обеспечения единственного и наиболее общего способа организации доступа к данным и передачи в адрес приложений-клиентов различных производителей программного обеспечения для промышленной автоматизации.

OPC различных производителей обладают своими достоинствами и недостатками. В дипломном проекте будет использоваться Fastwel Modbus OPC Server, т.к. это продукт полностью совместим с контроллером ADAM-5511

 

2.3.6 Fastwel Modbus OPC Server

 

Fastwel Modbus OPC Server является приложением  Windows, реализующим функциональность  мастера протокола Modbus RTU (сервер так же поддерживает протоколы TCP и ASCII, но RTU позволяет осуществить обмен данными с наивысшей скоростью), и поддерживающим интерфейс OPC Data Access 2.0.

Fastwel Modbus OPC Server предназначен для  обмена данными между

 приложениями Windows, реализующими интерфейс клиента OPC Data Access, и подчиненными узлами в сетях с протоколом Modbus TCP и Modbus over Serial Line.

Modbus OPC Server поддерживает следующие  типы объектов данных, определяемых  прикладным уровнем протокола  Modbus:

• Input Register (входной регистр) -- объект, доступный только для чтения и представляющий 16-разрядное значение из области выходных данных подчиненного узла сети Modbus;
• Holding Register (выходной регистр) - объект, доступный для записи и чтения, и представляющий 16-разрядное значение в области входных данных подчиненного узла сети Modbus;
• Discrete Input - объект, доступный только для чтения и представляющий битовое поле в области выходных данных подчиненного узла Modbus;
• Coil - объект, доступный для записи и чтения, и представляющий битовое поле в области входных данных подчиненного узла Modbus;

Modbus OPC Server обеспечивает выполнение  следующих функций:

• создание, сохранение и автоматическую загрузку конфигурации при запуске сервера, обеспечивающей доступ к регистрам и битовым полям подчиненных узлов сети Modbus;
• чтение и запись отдельных регистров и битовых полей по запросу клиентов OPC;
• чтение и запись групп смежных регистров и битовых полей по запросу клиентов OPC;
• преобразование типов сетевых данных в типы INT, LONG, FLOAT, BIT, WORD. [62]

 

 

2.3.7 Понятие SCADA-системы

 

Под SCADA–системой следует понимать специализированное программное обеспечение, реализующее интерфейс между  человеком и системой управления, коммуникацию с внешним миром. Широкое распространение получили следующие SCADA–системы: Genesis, Trace Mode, InTouch, Citect, IGSS.

Практически все современные SCADA–системы выполняют следующие

функции:

• сбор информации о контролируемых технологически параметрах;
• сохранение принятой информации в архивах;
• вторичная обработка принятой информации;
• графическое представление хода технологического процесса;
• прием команд от оператора;
• регистрация событий, связанных с контролируемым процессом;
• оповещение персонала об аварийных ситуациях на производстве;
• создание разного рода документов о ходе процесса;
• автоматическое управление ходом технологического процесса.

 

2.3.8 Система Trace Mode

 

Среди всего многообразия SCADA–систем  можно выделить Trace Mode, созданную  на территории Российской Федерации. Перед другими SCADA–системами у нее следующие преимущества на территории Российской Федерации:

• осуществляется поддержка в Российской Федерации;
• вся документация на русском языке;
• полностью русифицированный программный продукт;
• поддерживает не только IBM совместимые зарубежные контроллеры MicroPC, ADAM, PCL, MIC2000, но и отечественные МФК, «Круиз», продукцию L-card.

Основные понятия характерные для среды Trace Mode

Проект— математические и графические  элементы системы, которые функционируют  на различных операторских станциях и контроллерах, входящих в одну АСУ ТП и объединенных информационными связями и системой архивирования.

Узел — любое устройство в рассматриваемом проекте на котором запущено программное обеспечение Trace Mode. Узлом может быть как станция оператора, так и микроконтроллер, осуществляющий сбор информации или управляющий технологическим процессом.

Канал — информационная структура, которая включает в себя переменные, константы, методы формирования и преобразования значений переменных.

База каналов — совокупность всех каналов, математических объектов, FBD-программ и IL-программ, созданных для каждого узла.

Объект базы каналов — совокупность любых каналов, которой приписан определенный набор свойств и атрибутов.

Все многообразие каналов можно  разбить на входные (Input) и выходные (Output). У каждого канала есть набор атрибутов, то есть набор переменных, констант идентификаторов.

Есть четыре основных значения любого канала:

• In— входное;
• A— аппаратное;
• R— реальное;
• Q— выходное.

Входной канал получает значение от внешних источников (от микроконтроллера, платы ввода/вывода, к примеру) или от системной переменной (длина архива к примеру). Преобразование данных изображено на рисунок 2.17.

 

Рисунок 2.17 – Преобразование сигнала входным каналом

 

С источника данные поступают во входное значение. Затем происходит масштабирование по формуле:

 

A = In · KX + Z,         (2.1)

где: KX— множитель;

Z— смещение.

 

После масштабирования значение поступает  в аппаратное значение.

Аппаратное значение проходит трансляцию (первичная математическая обработка), фильтрацию одиночных пиков или фильтрацию малых изменений, экспоненциальное сглаживание.

Фильтрация пиков заключается  в том, что изменение значения игнорируется в течении одного такта  пересчета, если изменение превысило  установленное значение DPic(Пик).

Фильтрация малых изменений  заключается в том, что игнорируются изменения значения, если это изменение  меньше данной величины APert.

Экспоненциальное сглаживание  производится, если значение DSmoot принимает  значение из диапазона (0;1]. Для отмены сглаживания можно установить DSmoot (Сглаж.) равным 0.

Результат фильтрации и сглаживания  подается в реальное значение.

Выходное значение входного канала всегда неопределенно.

Выходной канал передает данные внешнему или внутреннему преемнику. Преобразование данных в выходном канале изображено на рисунок 2.18.

 

Рисунок 2.18 - Преобразование сигнала выходным каналом

 

Входное значение проходит экспоненциальное сглаживание, линейное сглаживание  или апертуру, клиппирование (ограничение  реального значения). Результат указанных преобразований поступает в реальное значение. Реальное значение после трансляции поступает в аппаратное значение. Аппаратное значение проходит масштабирование и поступает в выходное значение.

Масштабирование производится по формуле:

 

Y = (A + Z) · KX        (2.2)

 

Можно создать в Trace Mode следующие  виды каналов:

• канал FLOAT (вещественное число, 4 байта);
• канал HEX 16 ( целое число без знака, 2 байта);
• канал HEX 32 (целое со знаком, 4 байта);
• канал Double FLOAT (вещественное число, 8 байт);
• канал TIME (дата, время);
• событие (для мониторинга объекта с фиксацией возникновения/исчезновения события);
• канал CALL (служит для вызова различных компонент).

Пример готовой мнемосхемы, выполненной  в программе TraceMode, представлен на рисунке 2.19 [63].

 

Рисунок 2.19 – Фрагмент графического экрана

 

2.4 Проектирование системы управления

 

Одной из основных задач химической промышленности является создание новых  высокоэффективных процессов и  совершенствование уже действующих. Ее решение возможно только с помощью разработки и использования систем автоматического проектирования и оптимизации процессов. В основе таких систем лежит метод математического моделирования – изучение свойств объекта на математической модели.

Целью математического моделирования является определение оптимальных условий протекания процесса, управление им на основе математической модели и перенос результатов на объект.

 

2.4.1. Моделирование системы автоматического регулирования расхода воды

 

В дипломном проекте представлено регулирование расхода воды в трубопроводе.

В качестве объекта регулирования  рассматривается отрезок трубы  между клапаном (поз. 3-3) и датчиком (поз. 3-1). Расход рабочего тела через датчик определяется разностью давлений перед и за ним.

В качестве исполнительного устройства используется клапан с пневматическим исполнительным механизмом.

Фрагмент функциональной схемы регулирования расхода воды представлен на рисунке 2.20.

Р1 – давление на входе, Па; Р0 – давление на участке после регулирующего крана, Па; Р2 – давление после датчика, Па; Q – расход рабочего тела, м3/с.

Рисунок 2.20 – Функциональная схема регулирования расхода

 

Структурная схема регулирования расхода воды в трубе представлена на рисунке 2.21:

λвозм – возмущающее  воздействие; λрег – регулирующее воздействие; hвых – сигнал расхода воды в трубе; hзад – сигнал заданного расхода; Δ – рассогласование; u – сигнал управления.

Рисунок 2.21 – Структурная схема системы автоматического управления расходом воды

 

2.4.2 Содержательное описание объекта регулирования

 

Объект регулирования –  участок трубопровода.

Рабочее тело – вода.

Регулируемый параметр – расход рабочего тела.

Конструктивные параметры объекта:

длина участка трубы  l = 2, м;

диаметр трубопровода d=25, мм.

Номинальные  значения параметров процесса

номинальный расход воды =10, м3/ч.

Датчик расхода формирует на выходе токовый сигнал, пропорциональный значению расхода жидкости на выходе.

Регулятор представляет собой  промышленный контроллер ADAM-5511 с программой ПИД-регулирования, на вход которого поступает сигнал рассогласования, сформированный элементом сравнения «ЭС» как разность сигналов датчика и задатчика, а на его выходе формируется управляющий сигнал.