Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра инженерной кибернетики
Программно-технические комплексы управления
Методические указания к курсовой работе
для студентов всех форм обучения специальностей 5В0702 – Автоматизация и управление
Алматы 2010
СОСТАВИТЕЛЬ: А.А.Копесбаева. Программно-технические комплексы управления. Методические указания к курсовой работе для студентов всех форм обучения специальностей 5В0702 – Автоматизация и управление - Алматы: АИЭС, 2010 - 15 с.
Настоящие методические указания включают в себя методические рекомендации и примеры выполнения курсовой работы по дисциплине «Программно-технические комплексы управления» в рамках дисциплин по выбору для специализации «Автоматизация и управление».
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей 5В0702 – Автоматизация и управление.
Тема: «Проектирование системы управления и регулирования технологическим объектом в программной среде SCADA»
Цель курсового проекта проектирование диспетчерского пункта автоматической системы управления технологическим процессом.
Цель достигается выполнением следующих задач:
1. Для определенного объекта управления (задание курсовой по дисциплине МПКСУ) составить формальное представление
· подсистемы измерения,
· подсистемы управления и регулирования,
· подсистемы защиты и контроля.
2. Составить базы каналов в одном из SCADA программ.
3. Составить управляющие программы.
4. Составить диспетчерский пункт представления данных.
5. Организовать документирование информации.
6. Выполнить расчет цифрового регулятора инженерным методом для выбранного объекта по его характеристикам.
7. Снять графики переходных характеристик регулятора с расчетными параметрами, организовать таблицу архивных данных двух независимых экспериментов, организовать документирование аварийных сигналов.
1. Порядок выполнения работы
1.1 Для определенного объекта управления (задание курсовой по дисциплине МПКСУ) составить формальное представление:
· подсистемы измерения;
· подсистемы управления и регулирования;
· подсистемы защиты и контроля.
В этом
разделе ведется подготовка к созданию диспетчерского пункта. Система управления
и регулирования в общем случае представляет собой взаимодействие подсистем.
Рассмотрим формальное представление подсистемы измерения системы управления и
регулирования уровнем воды в баке насосной станции (рисунок 1).
|
 |
Рисунок 2 - Формальное представление подсистемы управления и регулирования
Рисунок 3 - Формальное представление подсистемы защиты и сигнализации
1.2 Составить базы каналов в одном из SCADA программ. Базы каналов это перечень каналов ввода-вывода контроллера. Перечень каналов составим в виде таблицы символов следующего вида:
Т а б л и ц а 1
|
Адрес |
Статус
|
Область значений |
Символ |
Тип |
Комментарии |
|
Подсистема измерения |
|||||
|
PIW272 |
Вход |
0-10 Вольт |
AN1 |
INT |
Измерительный датчик уровня
|
|
|
|
|
|
|
|
Затем выберем один из программных продуктов проектирования диспетчерского пункта. Выбор обоснуем количеством входных и выходных параметров. Приведем описание создания базы каналов. В Pro Tool Pro, например, это будет перечень переменных (Tags), в Trace Mode создаются базы каналов. В любом случае, это описание средств, связывающих реальные сигналы с виртуальными, в создаваемом диспетчерском пункте (ДП).
Немаловажно указать техническую базу выполняемого проекта. Этот курсовой проект должен базироваться на курсовой работе по дисциплине МПКСУ. Поэтому в данной работе нет необходимости обосновывать выбор технического обеспечения, а следует лишь указать типы центрального процессора, модулей ввода-вывода.
1.3 Составить управляющие программы. Выполнение этого пункта задания необходимо начать с составления алгоритмических схем подсистем автоматизации. Например, в рассматриваемом примере алгоритмическая схема нормирования сигнала уровня выглядит следующим образом:
 |
Рисунок 4 - Пример алгоритмической схемы нормирования
Рисунок 5 – Пример алгоритмической схемы включения IM_1,IM_2
Рисунок 6 – Пример алгоритмической схемы защиты и сигнализации
Для подсистемы регулирования и управления необходимо правильно выбрать тип регулятора - импульсный или непрерывный. Далее следует привести тексты программных продуктов на языках программирования СПЛК (LD, FBD, STL). Язык программирования определяется из соображения удобства программирования. Эти компоненты проекта можно также привести из предыдущей курсовой работы.
Пример реализации программного обеспечения:
Функция FC1. Функция чтения и нормирования аналогового сигнала.
|
CALL “SCALE” IN :=”AN_UROV” HI_LIM :=#u_max LO_LIM :=#u_min BIPOLAR:=#polar RET_VAL:=MW90 OUT :=MD150 L #l_max L #l_min -R T LD 14 L #u_max L #u_min -R T LD 18 L #u_min |
L MD 150 +R T LD 22 L LD 14 L LD 18 /R T LD 26 L LD 22 L LD 26 *R T LD 30 L #l_min L LD 30 +R T #l
|
Организационный блок OB1.
Б) Подсистема управления и регулирования.
|
CALL FC 1 u_min:=DB2.DBD0 u_max:=DB2.DBD4 l_min:=DB2.DBD8 l_max:=DB2.DBD12 polar:=FALSE l :="L" CALL "TIM_S5TI" IN :=MD100 RET_VAL:=MW120 L MW 120 ITD T "Ti" CALL "TIM_S5TI" IN :=MD104 RET_VAL:=MW124 L MW 124 ITD T "Tm" CALL "TIM_S5TI" IN :=MD108 RET_VAL:=MW128 L MW 128 ITD T "T_impulsa" CALL "TIM_S5TI" IN :=MD112 RET_VAL:=MW132 L MW 132 ITD T "T_pausi" AN "man_avt" = M 8.0 CALL "CONT_S" , DB1 COM_RST :="reset" LMNR_HS :=M2.1 LMNR_LS :=M2.2 LMNS_ON :=M8.0 LMNUP :="man_bolse" LMNDN :="man_manse" PVPER_ON:= CYCLE :=T#105MS SP_INT :="zadanie" PV_IN :="L" PV_PER := GAIN :="Kp TI :="Ti" DEADB_W :=0.000000e+000 |
PV_FAC :=1.000000e+000 PV_OFF :=0.000000e+000 PULSE_TM:="T_impulsa" BREAK_TM:="T_pausi" MTR_TM :="Tm" DISV :=0.000000e+000 QLMNUP :="vih_bolse" QLMNDN :="vih_mense" PV := ER :=MD80 A "vih_bolse" = "IM_2" JC m1 AN "vih_bolse" AN "vih_mense" JCN end L 0 T "REG" JU end m1: L 1 T "REG" end: NOP 0 A "vih_mense" = "IM_1" JC m2 JU end2 m2: L -1 T "REG" end2: NOP 0 AN "man_avt" JCN n2 A "D_UROV_1" = "IM_1" A "D_UROV_2" = "IM_2" A "D_TEMP" = "IM_1" = "IM_2" n2: NOP 0 AN T 1 L S5T#10M SS T 1 A T 1 R T 1 S "Nasos" A "Dozator" AN T 1 R "Nasos" |
В) Подсистема защиты и сигнализации.
|
O ( L 0 L "L" =R ) O ( |
L 1000 L "L" =R ) ="avar" ="avar_lamp" |
1.4 Составить диспетчерский пункт представления данных. Этот раздел работы является основным в данной работе. На основе приведенного выше описания базы каналов в таблице 1, структурных схем представления подсистем составляются объекты диспетчерского пункта:
· переменные;
· окна наблюдения и управления;
· тренды;
· сообщения;
· отчеты;
· архивы;
· отчеты.
Создание каждого объекта должно сопровождаться следующими действиями:
· Наименование объекта. Наименование должно отражать функциональное назначение объекта, например: «окно настройки», «уровень в мм», «архив выхода регулятора», «сообщение о превышении уровня» и т.д.
· Описание свойств объекта, сопровождая это описание реальными окнами из программного обеспечения SCADA. Так как создание диспетчерского пункта не реальное, а объектное программирование, то описание программирования сопровождается окнами с пояснениями графических элементов.
Далее созданный проект должен быть откомпилирован, загружен в симулятор или реальный контроллер и отлажен. Во время отладки могут быть внесены изменения от начала проекта. Все изменения и корректировки необходимо отразить в этой работе, сопровождая их комментариями. По результатам выполненных работ необходимо привести результаты действия диспетчерского пункта в реальном времени, сопровождая их комментариями.
Пример последовательности создания диспетчерского пункта на основе SCADA ProToolPro6.0. Этот программный продукт предназначен для визуализации технологических процессов средней степени автоматизации. Данная система позволяет легко создавать виртуальные приборы и средства визуализации, но не предназначено для обработки больших массивов информации. В данной курсовой работе не требуется выполнения большого объема обработки массивов информации, поэтому можно воспользоваться этим программным продуктом.
Создание 4-х окон диспетчерского пункта:
а) главное окно диспетчера;
б) окно отображения значений с датчика (подсистема измерения);
в) окно визуализации объекта;
г) окно настройки параметров регулятора и отображения выходных значений регулятора (подсистема управления и регулирования и подсистема контроля и сигнализации.)
Рисунок 7 – Вкладка создания окон
Для того, чтобы создать графики переходных режимов для наблюдения их в реальном масштабе времени необходимо предварительно создание трендов.
Три переменных должны будут наблюдаться на одном графике для сопоставления в реальном масштабе времени.
Рисунок 8 – Вкладка создания трендов
В реальном масштабе времени данные могут быть зафиксированы с некоторой погрешностью, поэтому быстро меняющиеся процессы необходимо записывать в архивы для последующей обработки (для постобработки). Создаем архивы тех переменных, для которых создавали графики. Следующая вкладка демонстрирует создание архивов.
Рисунок 9 – Вкладка создания архивов
В качестве документирования создадим отчет. Кроме отчета может быть протокол, сообщение или аварийная сигнализация. Создание отчета для документирования параметров объекта и процессов выполняем в окне отчетов.
Рисунок 10 – Вкладка создания отчетов
Внешний вид главного окна диспетчера должен быть окном выбора режимов с помощью управляемых виртуальных кнопок выбора окон:
Main Menu – переход на главное меню,
Exit – выход из реального режима,
Datchik – переход в окно измерения и наблюдения,
Object – переход в окно визуализации объекта,
Regulirovanie – переход в окно регулирования,
Create report - вывод отчета.
Рисунок 11 – Главное окно управлений в онлайн режиме
Рисунок 12 – Окно наблюдения датчиков в онлайн режиме
Рисунок 13 – Окно наблюдений объекта в онлайн режиме
Рисунок 14 – Окно регулятора в онлайн режиме
1.5 Организовать документирование информации
Теперь следует создать документирование в виде архивов, сообщений и отчетов. Каждому из этих объектов следует дать наименование и определить свойства. Все эти действия сопровождать окнами программирования с комментариями.
Рисунок 15 – Отчет рабочего режима объекта
1.6 Выполнить расчет цифрового регулятора инженерным методом для выбранного объекта по его характеристикам.
Выполнение этого пункта необходимо для того, чтобы провести эксперименты в следующем пункте задания. Поэтому расчет необходимо выполнить по заданным в таблице 2 параметрам или для данных реального объекта, если проект выполняется для реального объекта.
Т а б л и ц а 2
|
№ варианта |
Коб |
Тоб |
τоб |
Тип объекта |
|
1 |
2 |
2 |
0,1 |
Инерционный |
|
2 |
4 |
4 |
0,4 |
Интегральный |
|
3 |
5 |
5 |
0,8 |
Интегральный |
|
4 |
0,5 |
5 |
1 |
Инерционный |
|
5 |
0,2 |
10 |
2 |
Интегральный |
|
6 |
0,4 |
8 |
6 |
Интегральный |
|
7 |
1 |
7 |
1 |
Инерционный |
|
8 |
1,5 |
6 |
8 |
Инерционный |
|
9 |
2,5 |
5 |
2 |
Интегральный |
|
10 |
4,5 |
1 |
4 |
Интегральный |
|
11 |
4,3 |
12 |
4 |
Инерционный |
|
12 |
3,2 |
25 |
13 |
Интегральный |
|
13 |
1,3 |
20 |
4 |
Инерционный |
|
14 |
1,6 |
34 |
12 |
Инерционный |
|
15 |
2 |
30 |
14 |
Интегральный |
|
16 |
3 |
8 |
2 |
Инерционный |
|
17 |
5 |
9 |
1 |
Интегральный |
|
18 |
3 |
2 |
5 |
Инерционный |
|
19 |
4 |
0,1 |
0,03 |
Инерционный |
|
20 |
8 |
3 |
1 |
Интегральный |
|
21 |
2 |
4 |
1 |
Инерционный |
|
22 |
3 |
6 |
1 |
Инерционный |
|
23 |
1 |
8 |
2 |
Интегральный |
|
24 |
5 |
7 |
3 |
Инерционный |
|
25 |
2 |
9 |
1 |
Интегральный |
В качестве метода расчета следует применить один из приведенных в лекциях инженерных методов расчета.
1.7 Снять графики переходных характеристик регулятора с расчетными параметрами, организовать таблицу архивных данных двух независимых экспериментов, организовать документирование аварийных сигналов. Выполнение этого пункта следует реализовать в созданном программном обеспечении. Привести по результатам экспериментов протоколы данных, графики обработанных данных, отчеты по аварийным сигналам, имитируя эти ситуации на контроллере или в симуляторе. В таблице приведены обязательные ситуации для имитации экспериментов на лабораторных стендах 9 или 10 лабораторных работ (в зависимости от типа регулятора). Здесь предполагается, что используется ПИ-регулятор импульсный или аналоговый.
Т а б л и ц а 3.
|
№ варианта |
1 эксперимент |
2 эксперимент |
3 эксперимент |
|||
|
Импульсн. |
Аналог. |
Импульсный |
Аналоговый |
Импульсный |
Аналоговый |
|
|
1-5 |
Выход регулятора при расчетных параметрах |
Ти = Ти/2 Тп=2Тп |
Кп=2Кп Ти=Ти/2 |
Сигнал датчика больше заданного |
||
|
6-10 |
Выход рег. при двух скачках задания |
Тм = 2Тм τи = 2τи |
ПИД –рег. |
Сигнал с датчика плавно возрастает |
||
|
11-15 |
Выход регулятора при трех ступенях изменения задания |
Ти = 3 Ти Тп =Тп/2 |
П -регулятор |
Сигнал с датчика плавно возрастает, а затем снижается |
||
|
16-20 |
Выход регулятора при скачках задания от малого до большого и наоборот |
Ти= 3Ти Тм= 3Тм |
Кп = 0,5Кп Ти = 5Ти |
Сигнал датчика в начальный момент больше заданного, а затем уменьшается до нуля |
||
2. Требования к оформлению и защите курсового проекта
2.1 Требования к содержанию курсовой работы:
1. Содержание.
2. Введение.
3. Структурная схема системы управления (формальное представление подсистем).
4. База каналов в одном из SCADA программ.
5. Управляющие программы с комментариями.
6. Описание порядка проектирования диспетчерского пункта представления данных.
7. Описание организации документирования информации, протоколы документов.
8. Порядок и результаты расчета цифрового регулятора инженерным методом для выбранного объекта по его характеристикам.
9. Графики переходных характеристик регулятора для трех экспериментов, таблицы архивных данных трех независимых экспериментов, отчеты по документированию трех экспериментов.
2.2 Требования к защите курсового проекта.
Защита курсового проекта состоит в представлении доклада по работе (3-5 минут), ответы на вопросы по выполненной работе:
1. Какие функции выполняет каждая из проектируемых подсистем?
2. В каком стандарте выполняется программирование свободно-программируемых контроллеров (СПЛК)?
3. Дайте определение SCADA систем.
4. Обоснуйте выбор программного обеспечения для вашего проекта.
5. Перечислите объекты, созданные для диспетчерского пункта.
6. Что такое режим реального времени? Какой режим является альтернативным режиму реального времени?
7. Как создаются графики переходных процессов в окне диспетчерского пункта?
8. Какие параметры являются определяющими при выборе SCADA систем?
9. Что такое база каналов в техническом значении?
10. Какие модули называются сигнальными?
11. Назовите стандартные значения входных и выходных электрических сигналов контроллеров.
12. Перечислите уровни промышленных сетей.
13. Что такое архив? Отчет? Сообщение? Алармы?
14. Какие основные режимы работы системы должны быть предусмотрены при автоматизации управления технологическим процессом?
15. Перечислите функции редактора представления данных и редактора шаблонов в SCADA системе?
Список литературы
1. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. Проф. В.П. Дьяконова.-М.:СОЛОН-Пресс, 2004. – 256 с.:ил. – (Серия «Библиотека инженера»).
2. А.А.Копесбаева Микропроцессорные средства и программно-технические комплексы. Методические указания к лабораторным работам (для студентов специальности 36.03 Автоматизация технологических процессов и слушателей ФПК). – АИЭС, Алматы 2001 год.
3. А.А.Копесбаева, А.Б.Файзулина, А.А.Рябцев. Микропроцессорные средства и программно0технические комплексы. Методические указания к выполнению лабораторных и семестровых работ (для студентов специальности 36.03 Автоматизация технологических процессов), Часть 2. – АИЭС. - Алматы 2001 год.
4. Сайты: www.autoprocess.ru; www.industrialauto.ru; Wladimir.Dezjuk@siemens.com;www.abb.de\controlsystems;www.schneider-electric.ru
5. Manual_rus. –CD-ROM фирмы Siemens/ Департамент «Автоматизации и Приводов» - г. Алматы, пр. Достык, 117/6.
6. Э.Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 516 с.:ил
7. Микропроцессорные средства в системах управления./ Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В0702. – Автоматизация и управление. Копесбаева А.А., Ибрашева А.Т. - Алматы, АИЭС, 2008. - 46 с.
8. А.А.Копесбаева Микропроцессорные комплексы в системах управления. - Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальностей 5В0702. – Автоматизация и управление. – Алматы .:АИЭС, 2009. – 47 с.