4.2 Создание программы для scada в среде IX Developer

Прежде чем начать работать с графической частью проекта, необходимо произвести основные настройки (выбрать разрешение монитора, тип контроллера, создать теги и алармы).

П ри создании нового проекта (в меню меню File – New) появляется окно, где в несколько шагов необходимо выбрать разрешение монитора оператора (рисунок 4.1), контроллер (рисунок 4.2) и указать название проекта, путь расположения будущих файлов проекта (рисунок 4.3).

Рисунок 4.1 – Окно выбора разрешения монитора оператора

В этом окне необходимо выбрать разрешение монитора, на котором будет отображаться графическая часть программы для SCADA. Также имеется возможность выбора стандартных панелей оператора, разработанных поставщиком среды разработки iX Developer. Для перехода к выбору контроллера необходимо нажать кнопку «Next».

Рисунок 4.2 – Окно выбора контроллера

В данном меню необходимо сначала выбрать производителя контроллера, а затем модель контроллера. Среда разработки iX Developer может работать с контроллерами и оборудованием различных производителей и имеет обширную библиотеку драйверов для связи с ними. Т.к. ранее был выбран контроллер фирмы Mitsubishi семейства Melsec FX3U, то в списке производителей выбираем MELSEC, а затем в появившемся списке моделей контроллеров - FX3U. Для завершения создания проекта необходимо нажать кнопку «Next». В появившемся меню задать название проекта и директорию для его хранения на компьютере (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Окно задания названия проекта и директории его хранения

С оздание проекта закончено. Рассмотрим основные элементы рабочего стола iX Developer (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Основные элементы рабочего стола iX Developer

В области рабочего стола отображаются графические страницы и страницы конфигурации компонентов проекта, такие как элементы управления и функции. В области рабочего стола может быть показан только один экран или компонент за один раз. Когда одновременно открыто несколько экранов или компонентов, в верхней части рабочего стола отображаются вкладки с названием данных страниц или компонентов. Нажатие на вкладку активирует

его содержимое для редактирования. Если открытых вкладок больше, чем может быть отображено, навигационные стрелки в верхней части области рабочего стола можно использовать для прокрутки между ними [15].

На представленном рисунке:

A – Редактор проекта;

B, C, D – Ленты вкладок, групп элементов управления, элементов управления соответственно;

E – Панель быстрого доступа;

F – Мини панель инструментов;

G – Контекстное меню.

Редактор проекта – набор меню необходимых для редактирования проекта (создание тегов, создание алармов, ограничения уровня доступа пользователей, работа с графическими страницами).

Лента вкладок расположена в верхней части окна инструментов. Каждая вкладка ленты содержит одну или несколько групп элементов управления. Каждая группа элементов управления содержит набор связанных элементов управления. С помощью элементов управления в проекте редактируется дизайн графических страниц и настраиваются объекты.

Панель быстрого доступа всегда находится в верхней части области рабочего стола. Она содержит элементы «Сохранить», «Отменить», «Повторить», «Запуск» и «Симуляция».

При щелчке правой кнопкой мыши на объекте в iX Developer, появляются мини панель инструментов и контекстное меню. Мини панель инструментов содержит команды, специфичные для iX Developer, например, чтобы соединять объекты, теги и управляющие элементы.

Контекстное меню содержит регулярно используемые команды, такие как копирование, вставка и т.д.

Перед созданием графических страниц необходимо описать все необходимые для работы системы теги и алармы.

Тег – это имя переменной, значение которой будет поступать от ПЛК. Чаще всего теги - это присвоенные имена маркеров M и регистров данных D. Для связи переменных ПЛК со средой SCADA, необходимо создать теги, присвоив им уникальные имена, чтобы в последующем можно было удобно их использовать.

Чтобы создать теги в Редакторе проектов следует выбрать меню Tags(рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Выбор меню тегов

В появившемся окне присутствуют следующие поля (рисунок 4.6):

Name – уникальное название переменной в проекте iX Developer;

Data type – тип данных возможен Digital (цифровой тип, возможны значения 0 или 1 - BIT) и Integer (аналоговый тип, целочисленные значения – INT16, INT32);

Access Right – права доступа к тегу (разрешена только запись, только чтение, либо и запись и чтение);

Controller - номер маркера или регистра данных, используемого в ПЛК;

Description – описание тега;

I nitial value – исходное значение тега.

Рисунок 4.6 – Создание тегов

Ниже представлена таблица 4.1 с тегами, используемыми в проекте.

Таблица 4.1 Теги используемые в проекте.

M_Alarm_Min_Level_E24	M2012	Уровень в емкости Е24 ниже заданного уровня
M_Alarm_P_Max_X19_1	M2013	Фильтр Х19-1 засорен
M_Alarm_P_Max_X19_2	M2014	Фильтр Х19-2 засорен
M_Alarm_P_Max_X19_3	M2015	Фильтр Х19-3 засорен
M_Alarm_Time_E22	M2016	Лимит времени простоя воды в емкости Е22
M_Run_Filter_X19_1	M2017	Пуск/останов фильтра X19_1 (закрытие клапана воды)
M_Run_Filter_X19_2	M2018	Пуск/останов фильтра X19_2 (закрытие клапана воды)
Продолжение таблицы 4.1
M_Run_Filter_X19_3	M2019	Пуск/останов фильтра X19_3 (закрытие клапана воды)
Gotovn_Mg	M2020	Готовность сульфата магния
Gotovn_NaH	M2021	Готовность раствора соды
M_Run_Cook_NaH_E24	M2022	Приготовление раствора соды. Пуск
M_Run_Cook_Mg_E25	M2023	Приготовление магний-сульфата. Пуск
M_Run_Cook_Water_E23	M2024	Приготовление воды. Пуск
M_Pump_Run_H15_1	M2025	Ручное включение оборудования (Н15_1)
M_Pump_Run_H15_2	M2026	Ручное включение оборудования (Н15_2)
M_Pump_Run_H27	M2027	Ручное включение оборудования (Н27)
M_Pump_Run_H28	M2028	Ручное включение оборудования (Н28)
M_Pump_Run_H29	M2029	Ручное включение оборудования (Н29)
M_Pump_Run_H4_1	M2030	Ручное включение оборудования (Н4_1)
M_Pump_Run_H4_2	M2031	Ручное включение оборудования (Н4_2)
M_Pump_Run_H31	M2032	Ручное включение оборудования (Н31)
Zadanie_Time_Wash_With_Water_X19_1	D2013	Задание времени промывки водой фильтра X19_1, мин
Zadanie_Time_Wash_With_Water_X19_2	D2014	Задание времени промывки водой фильтра X19_2, мин
Zadanie_Time_Wash_With_Water_X19_3	D2015	Задание времени промывки водой фильтра X19_3, мин
Zadanie_Time_Water_Drain_X19_1	D2016	Задание времени слива воды для фильтра X19_1, мин
Zadanie_Time_Water_Drain_X19_2	D2017	Задание времени слива воды для фильтра X19_2, мин
Zadanie_Time_Water_Drain_X19_3	D2018	Задание времени слива воды для фильтра X19_3, мин
Zadanie_Time_Activation_Mg_X19_1	D2019	Задание времени активаци сульфатом магния для фильтра X19_1 , мин
Zadanie_Time_Activation_Mg_X19_2	D2020	Задание времени активаци сульфатом магния для фильтра X19_2 , мин
Zadanie_Time_Activation_Mg_X19_3	D2021	Задание времени активаци сульфатом магния для фильтра X19_3 , мин
Zadanie_Time_Activation_NaH_X19_1	D2022	Задание времени активаци раствором соды для фильтра X19_1 , мин
Окончание таблицы 4.1
Zadanie_Time_Activation_NaH_X19_2	D2023	Задание времени активаци раствором соды для фильтра X19_2 , мин
Zadanie_Time_Activation_NaH_X19_3	D2024	Задание времени активаци раствором соды для фильтра X19_3 , мин

После создания тегов следует создать алармы. От эффективности подсистемы алармов зависит скорость идентификации неисправности, возникшей в системе, или технологического параметра, вышедшего за установленные регламентом границы. Быстродействие и надежность этой подсистемы могут существенно сократить время простоя технологического оборудования. Например, если оператор не получит вовремя информацию о том, что двигатель насоса перегрелся, это может привести в лучшем случае к выходу насоса из строя, а в худшем - к крупной аварии. Причины, вызывающие состояние аларма, могут быть самыми разными. Неисправность может возникнуть в самой SCADA-системе, в контроллерах, каналах связи, в технологическом оборудовании. Может выйти из строя датчик или нарушатся его метрологические характеристики. Параметры технологического процесса могут выйти за границы, установленные регламентом и так далее.

Подсистема алармов - это обязательный компонент любой SCADA-системы. Но возможности подсистем алармов различных SCADA-систем разные. С другой стороны, когда речь идет о типах алармов, то все SCADA-системы поддерживают дискретные и аналоговые алармы.

Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной. При этом для срабатывания аларма можно использовать любое из двух состояний: TRUE/ON (1) или FALSE/OFF (0). По умолчанию дискретный аларм может срабатывать на ON или OFF, в зависимости от настройки SCADA-системы.

Аналоговые алармы базируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы [14]. Условия срабатывания аналоговых алармов, в среде разработки iX Developer задаются в следующих комбинациях:

• EqualTo (равенство значения переменной и заданного значения);

• LessThan (значение переменной меньше заданного значения);

• GraterThan (значение переменной больше заданного значения);

• NotEqualTo (значение переменной не равно заданному значению);

• EqualToLessThan (значение переменной меньше либо равно заданному значению);

• EqualToGreaterThan (значение переменной больше либо равно заданному значению);

• RisingEdge (значение переменной увеличилось);

• FallingEdge (значение переменной уменьшилось).

Заданное значение в ходе технологического процесса может изменяться либо оператором, либо программно (автоматически).

Для создания категории алармов в Редакторе проектов iX Developer следует выбрать меню Alarm Server (рисунок 4.7).

Рисунок 4.7 – Выбор меню алармов

В появившемся окне присутствуют следующие поля (рисунок 4.8):

Name – уникальное название аларма в проекте iX Developer;

Text – текст, который выводится на экран монитора оператора при срабатывании аларма;

Tag - тег, который приводит в действие аларм;

Expression – выражение, в которое можно записать условие срабатывания аларма (срабатывание нескольких тегов и оперантов);

Condition – условие срабатывания аларма (EqualTo, LessThan и т.д.).

Н а рисунке 4.8 также представлены алармы используемые в проекте и настройки данных алармов.

Рисунок 4.7 – Созданные для проекта алармы

Настройка проекта iX Developer закончена. Теперь можно приступить к графической части. Для начала необходимо создать графические страницы, на которых будет отображаться вся необходимая для оператора информация. Страницы можно создавать, либо выбрать из имеющихся заготовок (рисунок 4.8).

Р исунок 4.8 – Выбор графической страницы из имеющихся заготовок.

Также можно отредактировать внешний вид страницы (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 – Редактирование внешнего вида графической страницы

Поля для редактирования:

Actions – настройка действий системы, при переходи на данную графическую страницу;

Colors – настройка цветового решения для графической страницы (заполнение, цвета, градиенты);

Misc – задание номера графической страницы и ее название.

Далее необходимо нарисовать схему технологического процесса очистки, отобразить на ней все объекты управления и контроля. Для этого воспользуемся лентой элементов управления (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 – Лента элементов управления

С помощью данных элементов можно нарисовать простейшие фигуры (прямая линия, прямоугольник), вставить элементы управления ЧМИ (кнопки, поля ввода информации, поля отображения информации, счетчики, тренды, регуляторы, элементы алармов и др.), вставить элементы позволяющие использовать возможности системы (медиапроигрыватель, браузер), вставить элементы взаимодействия с графической страницей (ползунки, переключатели, ссылки на другие страницы).

После вставки элемента управления на графическую страницу необходимо его настроить. При двойным клике мыши по элементу вызываются 2 меню настройки: в верхней части страницы – настройки работы элемента, в правой части – графические настройки элемента. На рисунке 4.11 представлен пример настройки элемента, отображающего уровень раствора соды в баке Е24.

Р исунок 4.11 – Пример настройки элемента отображающего уровень раствора соды в баке Е24

В верхней части задаются такие настройки как:

Min Value – минимальное значение уровня в баке;

Max Value – максимальное значение уровня в баке;

Major Ticks – верхняя отметка уровня в баке;

Minor Ticks – нижняя отметка уровня в баке;

Style – цвет и расположение элемента относительно страницы;

Tag – тег по которому работает данный элемент;

Transparent – прозрачность элемента.

В правой части задаются такие графические настройки как видимость элемента, цвет заполнения элемента (цвет жидкости), цвет элемента при аварии и др.

Для отображения состояния тех или иных элементов системы использовалось несколько изображений элемента с различной окраской (рисунок 4.12).

Рисунок 4.12 – Настройка отображения элемента

В приведенном примере показано как будет изменять окраска элемента «Насос» в зависимости от активного тега: серый цвет – насос выключен, зеленый цвет – насос в работе, красный цвет – авария насоса. Данное решение позволяет оператору контролировать состояние агрегатов, не прибегая к дополнительным манипуляциям с графическими страницами.

При разработке операторских интерфейсов пользователю приходится применять графические объекты, представляющие собой технологические аппараты (колонны, емкости, теплообменники и т.д.), участки трубопровода, клапаны и такие агрегаты, как насос, электродвигатель и т.д. Как правило, это сложные объекты, полученные объединением множества простых объектов.

Создание каждого из этих объектов требует много времени. Для ускорения работы над проектом в среде разработки iX Developer предусмотрена библиотека объектов, которая включает более множество готовых графических компонентов. Библиотека состоит из большого количества разделов (клапаны, переключатели, иконки, компрессоры, датчики, насосы и т.д.), каждый из которых содержит широкий набор объектов определенного типа (рисунок 4.13).

Рисунок 4.13 – Раздел агрегаты в библиотеке элементов

Д ля наглядности работы входов и выходов ПЛК, а также удобства при наладке оборудования и программы были созданы графические страницы с отображением состояния входов и выходов ПЛК (рисунки 4.14, 4.15).

Рисунок 4.14 – Страница состояний входов ПЛК

Рисунок 4.15 – Страница состояний выходов ПЛК

Результатом сделанной работы в области SCADA является графическая страница в iX Developer (рисунок 4.16). 

Рисунок 4.16 – Графическая часть SCADA-системы разработанная для системы очистки сточных вод

На рисунке отображена схема очистки дождевых и производственных сточных вод КПУП «Гомельводоканал». Она позволяет контролировать и управлять технологическим процессом очистки на всех его этапах. На графической странице отображаются:

• состояния всех элементов системы (зеленый цвет элемнта – в работе, серый цвет элемента – выключен, красный цвет элемента – авария);

• показания датчиков (уровень воды в жидкости, уровень рН, расход жидкости, частота вращения двигателя, давление на фильтрах, положения задвижек).

Оператор может осуществлять:

• пуск/стоп насосов, вывод их в ремонт, назначать их статус для ротации (основной, дополнительный), задавать рабочую частоту насосов;

• управлять задвижками, регулировать степень открытия;

• управлять регулятором подачи реагентов, регулировать степень открытия;

• задавать значения давлений для фильтров, при которых системы будет выводить их на промывку, задавать значение необходимого уровня рН;

• переводить все элементы системы в ручной режим и вручную управлять процессом очистки.

Для мониторинга работы оборудования создана страница построения графиков (трендов) (рисунок 4.17).

Рисунок 4.17 – Настройка графиков

Каждому контролируемому параметру присваивается цвет линии, которая будет отражать изменение параметра во времени. Контроль определенных параметров позволяет анализировать работу системы, находить слабые места и оптимизировать работу системы для более эффективного расходования электроэнергии и реагентов.

Для управления частотой вращения насосов в программе управления был использован ПИД-регулятор. Это позволяет регулировать частоту вращения насосов в зависимости от загруженности системы. Данное решение позволяет снизить электропотребление и снизить расходы. Для настройки ПИД-регулятора была создана специальная страница (рисунок 4.18). Настройка ПИД осуществляется путем задания коэффициентов Кр, Тi в специальных полях ввода. На этой странице также имеется возможность калибровки показаний датчиков. В специальные поля ввода необходимо ввести минимальные и максимальные значения величины в дискретах (Y1, Y2), минимальные и максимальные значения физической величины (D1, D2). Данное решение позволяет изменять диспетчеру пределы измерения датчиков в случае их замены и не прибегать к помощи программистов для перенастройки ПЛК.

Рисунок 4.18 – Страница настройки параметров аналоговых датчиков и ПИД-регулятора