1.2Основи проектування промислових систем управління

Питання розділу:

• Рекомендації що до складання технічних завдань при проектуванні систем автоматичного управління

• Принципи вибору апаратного забезпечення систем управління

• Огляд методів та засобів розробки програм користувача для автономних систем управління

На практиці при складанні систем автоматичного управління технологічними процесами та промисловими установками (далі об'єктами автоматизації) ставляться задачі проектування, уведення в експлуатацію, а також подальшого обслуговування цих систем

З ціллю успішного та ефективного рішення намічених завдань спеціалісти по проектуванню, програмуванню та пуску-налагодженню повинні досягнути повного взаєморозуміння з представниками замовника (а саме, технологами та обслуговуючим персоналом) з питань призначення та функціонування об’єкта автоматизації.

Робиться це за допомогою технічного завдання. При написанні технічного завдання рекомендується чітко та по можливості повно сформулювати й привести наступне:

• опис призначення об'єкта автоматизації

• технологічну схему об'єкта автоматизації

• технічні дані давачів та виконавчих елементів

• опис порядку взаємодії компонентів об'єкта автоматизації

1. Опис призначення об'єкта автоматизації

У якості відправної крапки при формулюванні призначення об'єкта автоматизації можуть служити відповіді на наступні основні питання:

• назва об'єкта автоматизації

• завдання об'єкта автоматизації

• що виробляється

• технологічні вимоги (наприклад, продуктивність, час реакції)

• об'єкт автономний чи є частиною ієрархічної системи

• які давачи та виконавчі елементи використовуються

• які органи керування та індикації необхідні операторові

• зовнішні умови в місці встановлення об'єкта (температура, запиленість, небезпека вибухів, вплив вібрацій, електромагнітні поля)

• які джерела електроживлення використовуються

• вид приводу (електричний, гідравлічний, пневматичний)

2. Технологічна схема об'єкта автоматизації (Рисунок 1.2 .9)

Словесний опис об'єкта автоматизації доповнюється графічними матеріалами, на яких звичайно зображують:

• взаємне розташування компонентів об'єкта автоматизації

• місце встановлення давачів та виконавчих елементів

• напрям руху інформації, енергії або матеріалу

Рисунок 1.2.9 – Технологічна схема об'єкта автоматизації

3. Технічні дані давачів та виконавчих елементів

Технічні дані давачів та виконавчих елементів рекомендується представляти у вигляді таблиці з вказанням їх умовного позначення, назви номінальних параметрів, див. Таблиця 1.2 .1.

Таблиця 1.2.1– Технічні дані давачів та виконавчих елементів

Обозначение	Bezeichnung	Kennwerte (Schaltfunktion, Spannungsort, Schalpegel, Anschlußwerte, Schutzart, Signalform)
S01 B01 Y1a/b M01 K01	Grenztaster Zylinderschalter mit Leuchtdiode 5/2Wegeventil Drehstrommotor Drehstromschutz	1 Schließer , 1 Öffner , U:24V- 1 Schließer , U:24-42V-, P:5,5W/VA, tc:ca 1.5 ms, Ia:ca 3ms, IP66 Up:24V- , P20:2.5W, IP 65 1.5k, IP 44, UN:24V, DC, PA:3W tc:ca 25ms, t: ca 8ms.

4. Опис порядку взаємодії компонентів об'єкта автоматизації

Порядок взаємодії компонентів об'єкта автоматизації доцільно представити у вигляді наочних функціональних діаграм. Цей спосіб представлення інформації описує хід протікання технологічних процесів незалежно від виду компонентів системи, місця їх встановлення та виду монтажу. Він є, таким чином, універсальною мовою формулювання технічних завдань.

На основі технічного завдання здійснюється вибір апаратного забезпечення системи управління що проектується. Спочатку слід визначитися з апаратною платформою (на основі промислових комп'ютерів або на основі логічних контроллерів що програмуються), а також - з видом її виконання з точки зору ефективності рішення для конкретних умов.

При виборі фірми-виробника систем автоматизації слід враховувати наступні моменти:

• системи автоматизації якого виробника вже функціонують на підприємстві

• чи є у виробника систем автоматизації технічна підтримка при проектуванні та вводі в експлуатацію

• яка оцінка надійності обладнання та умов сервісного обслуговування

Наступний етап створення САУ - розробка програмного забезпечення.

У пам'яті мікропроцесорних систем управління можна виділити 2 групи програм - це операційна система та програма користувача.

Операційна система з самого початку інтегрується виробником у пам'яті мікропроцесорної системи при її виготовленні. Вона організовує всі внутрішні процеси системи управління, не пов'язані з конкретною задачею автоматизації, а саме:

• “гарячий” та “холодний” пуск системи

• передача управління програмі користувача

• розпізнання переривань

• розпізнання помилок

• управління пам'яттю

• комунікація з іншими пристроями

Вплив на операційну систему допускається тільки за допомогою параметрів у системній області пам'яті.

Програма користувача розробляється на етапі проектування системи автоматизації та заноситися в завантажувальну область пам'яті автономної системи управління.

Програма користувача виконує всі функції, необхідні для розв'язання конкретних завдань автоматизації.

До них відносяться:

• початкове скидання або встановлення змінних при запуску

системи управління

• обробка вхідних та формування вихідних аналогових і

дискретних сигналів

• обробка сигналів переривання

• реакція на помилки.

На сьогодні існує 5 форм запису програми користувача, які інтегровані в мови програмування всіх ведучих фірм-виробників систем автоматизації - це:

• дві текстові форми запису

• дві графічні форми запису

• а також гібридна форма запису, яка характеризується наявністю як текстових, так і графічних елементів.

Наприклад, мова програмування фірми Siemens STEP 7 підтримує всі 5 вказаних форм запису програми користувача:

• FUP від німецької Funktionsplan або схема на логічних елементах, див. Рисунок 1.2 .10

• KOP = Kontaktplan (релейно-контакторна схема, див. Рисунок 1.2 .10)

• AWL = Anweisungsliste (мова команд, див. Рисунок 1.2 .10)

• SQL = (структурований текст)

• Graph = мова послідовних схем

• А також додатково уведено ще один спосіб запису – HiGraph –

мова графів

Рисунок 1.2.10– Приклади FUP, KOP, AWL-форми запису

Написання, налагодження та завантаження програми користувача здійснюється на комп'ютерах за допомогою спеціального програмного забезпечення. Це означає, що комп'ютер та контроллер повинні мати інтерфейс для швидкого обміну інформацією.

Сучасні програмні пакети надають користувачу наступні можливості:

• розбиття програми користувача на блоки;

• контекстна підказка;

• можливість уведення команд за допомогою мишки та

функціональних клавіш;

• синтаксичний контроль та допомога при наборі програми;

• автоматичне відображення програми різними способами;

• можливість уведення коментарів з підтримкою національних

мов;

• документування програм;

• підтримка тестування та уведення в експлуатацію програм користувача.

Розглянемо програмне забезпечення SIMATIC S7 для проектування систем автоматизації фірми Siemens. Базовий пакет, SIMATIC Manager, розроблений фірмою Siemens, див. Рисунок 1.2 .11, є Windows-додатком та надає повний комплекс інструментів для:

• конфігурування апаратного забезпечення

• параметрування (настроювання параметрів модулів)

• програмування (уведенню програми користувача)

• введення в експлуатацію (діагностики й тестування)

Рисунок 1.2.11– Вікно Simatic Manager

Серед основних інструментів пакета SIMATIC Manager наступні:

• HARDWARE-CONFIGURATIONS-EDITOR, див. Рисунок 1.2 .12

Призначено для набору за допомогою бібліотек конфігурації контроллера та обладнання, які є в його складі, включаючи присвоєння та настроювання їх адреси та параметрів.

Рисунок 1.2.12– Вікно Hardware Configurations Editor

• PROGRAM-EDITOR, див. Рисунок 1.2 .13

Призначено для уведення програми користувача з використанням різних форм запису, таких як FUP, KOP, AWL. При цьому використовується бібліотека програмних елементів та система оповіщення про синтаксичні та інші помилки.

Рисунок 1.2.13– Вікно Program - Editor

• SYMBOL-EDITOR, див. Рисунок 1.2 .14

Призначено для об'яви SYMBOL-TABELLE, тобто таблиці глобальних змінних, яка містить символічні операнди та їх адреси.

Рисунок 1.2.14– Вікно Symbol Editor

• COMMUNICATIONS-EDITOR, див. Рисунок 1.2 .15

Призначено для проектування логічних комунікаційних зв'язків.

Рисунок 1.2.15– Вікно Communications Editor

Кінцевий результат роботи з пакетом SIMATIC Manager - так званий S7-проект, який пересилають у завантажувальну область пам'яті процесорного модуля. При наявності зв'язків між середовищем проектування (PC) та автономною системою (контроллером) можна здійснювати тестування та діагностику розробленого S7-проекту в режимі реальної години.

Структура S 7-проекту.

S7-проект має ієрархічну структуру, яку утворюють папки та об'єкт, див. Рисунок 1.2 .16.

Рисунок 1.2.16– Приклад графічного відображення даних S7-проекту

Таким чином, у цьому розділі були дані рекомендації по складанню технічних завдань при проектуванні систем автоматичного управління, а також по вибору їх апаратного забезпечення.

В закінчення був наданий огляд методів та засобів розробки програм користувача для автономних систем управління.