8. Реализация расчитаной системы регулирования

8.1. Обоснование выбранных программных и технических средств

В данном проекте рассчитаны системы автоматического регулирования: одноконтурная и каскадная. Которые состоят из каналов:

- внутреннего (зависимость расхода пульпы от положения регулирующего органа);

- основного (зависимость температуры расплава от положения регулирующего органа);

- канала по возмущению (зависимость температуры расплава от подачи шихты).

Проанализировав полученные характеристики и качество полученных переходных процессов, к реализации была принята каскадная система автоматического регулирования.

В процессе получения тетрахлорида титана при проектировании хлорирующей установки закладывается автоматический контроль и управление. Процесс получения продукта в хлораторах является непрерывным, что создает условие для его автоматизации. Все значения контролируемых величин обрабатываются в контроллере и выводятся с помощью кабеля по интерфейсу RS-232 на ПЭВМ. Составим структурную схему управления данным технологическим процессом.

Составим структурную схему управления данным технологическим процессом.

Рис. 8.1. Структурная схема АСУТП

На 1 уровне: располагаются датчики, исполнительные механизмы. На этом уровне собирается первичная информация о технологическом процессе. Они располагаются вблизи объекта управления.

На 2 уровне: находится промышленный микропроцессорный контроллер CompactLogix 1769-L31. На этом уровне полученные с датчиков сигналы обрабатываются в устройствах связи с объектом. Устройства связи с объектом представляют собой модули ввода (1769-IT6, 1769-IR6, 1769-IF4, 1769-OB32) и вывода (1769-OF2), они соединяются с контроллером по системной шине через разъемы находящиеся в корзине.

На 3 уровне: Установлено АРМ оператора-технолога, на котором установлено специальное программное обеспечение, с его помощью оператор или диспетчер получает информацию о ходе технологического процесса. На этом уровне осуществляется диспетчерское управление и сбор данных от контроллера, их обработка и отображение результатов на АРМ оператора. Производится накопление обработанных результатов.

Реализация выполнена на контроллере CompactLogix 1769-L31.

Контроллер CompactLogix отличается от контроллеров своего семейства Logix, тем что он малогабаритный, используется в небольших производствах и имеет цену на порядок ниже своих старших собратьев.

Система CompactLogix это:

Единая – допускает простую интеграцию с существующими системами на основе PLC. Пользователи могут посылать или передавать сообщения к программам контроллера или от них, используя прозрачность сетей.

Быстрая – платформа CompactLogix поддерживает быструю передачу данных по задней шине шасси, обеспечивая тем самым быстродействующее управления.

Масштабируемая – обеспечивает модульный подход к управлению. Установив столько контроллеров и коммуникационных модулей, сколько необходимо, можно построить мультипроцессорную систему в одном шасси. Можно выбрать объем памяти контроллера, который необходим для выполнения прикладной программы.

Промышленная - предложенная аппаратная платформа разработана так, чтобы противостоять вибрации, экстремальным температурам и электрическому шуму, связанному с тяжёлыми промышленными условиями.

Интегрированная - установленная платформа включает в себя разнообразные технологии управления – управление последовательными и непрерывными процессами,

управление приводами и движением.

Компактная - отвечает потребностям множества применений, где управление сильно распределено.

Архитектура системы CompactLogix

Обеспечивая управление последовательными и непрерывными процессами, управление движением в сочетании с коммуникациями и современным вводом-выводом, позволяет получить компактную, конкурентную по цене платформу. Система является модульной, так что можно эффективно её проектировать, монтировать и модифицировать - при значительной экономии средств на обучение и проектирование.

Система CompactLogix может быть чем угодно - начиная от простого шасси до широко развернутой системы, состоящей из множества шасси и сетей, работающих совместно.

Простая система CompactLogix состоит из одиночного контроллера и модулей ввода-вывода в одном шасси, эта система будет применена к данному курсовому проекту.

Целью реализации является выполнение следующих задач регулирования:

- коррекция задания внутреннего регулятора в зависимости от изменения температуры расплава;

- стабилизация расхода пульпы орошения, которая будет осуществляться во внутреннем контуре предлагаемой каскадной схемы регулирования;

- коррекция возмущающего воздействия, расход хлора, оказывающего возмущение на работу схемы регулирования.

Для контроллера CompactLogix 1769-L31, выбираются следующие блоки, расположенные все в одной корзине:

1. 1769-IF4 – модуль ввода аналоговый, 4 канала (расход хлора и пульпы в хлоратор).

2. 1769-IT6 – модуль ввода аналоговый для термопар, 6-ти канальный.

2. 1769-IR6 – модуль ввода аналоговый для термометров сопротивления, 6-ти канальный.

3. 1769-OB32 – модуль ввода дискретный, для управления схемой сигнализации, 32 канала.

4. 1769-OF2 – модуль аналогового вывода, 2 канала, сигнал с которого, 4-20 mA идет на электропневмопреобразователь ЭП-3211, с которого пневматический сигнал 20-100 кПА приходит на исполнительный механизм МИМ-250 и регулирующий клапан изменяет свое положение.

4. 1769-РА – блок питания, подключается к промышленной сети переменного тока напряжением 220В - 240В с выходным напряжение 24В постоянного тока, питает контроллер и все его модули.

5. 1769-А4 – шасси (корзина), 4 слота, в ней расположены все модули контроллера, сам контроллер и блок питания для них; вся передача данных происходит по задней шине шасси.

Схема аппаратной и программной реализации представлена на отдельном формате А1. Рассмотрим и опишем программную реализацию.

Рис. 8.2. Программная реализация в CompactLogix, выполненная на релейной логике

Рис. 8.3. Реализация реального дифференцирующего звена, выполненная во встроенной подпрограмме, программы RSLogix 5000

Для начала описания программной реализации ознакомимся с инструкциями, которые будем применять.

Описание применяемых инструкций

MOV – эта инструкция является выходной, значение для перемещения (копирование). Инструкция MOV копирует источник (Source) в назначение (Destination). Источник остается неизменяемым.

Рис. 8.4. Инструкция перемещения MOV

СРТ – инструкция СРТ выполняет арифметические операции, которые определяются в выражении. Когда она разрешена, инструкция СРТ вычисляет выражение и помещает результат в назначении.

Преимущество математической инструкции СРТ над другими инструкциями в том, что она позволяет вам вводить сложные выражения в одну инструкцию, но она медленнее остальных.

Рис. 8.5. Математическая инструкция СРТ

Где: назначение (Destination) – тег для сохранения результата;

выражение (Expression) – выражение состоящее из тегов и/или непосредственных величин, разделенных операторами.

Эту инструкцию я использовал для того чтобы перевести числовые значения технологических параметров в проценты.

Используемая формула:

После преобразования:

%

Где - 0 %;

- максимальное значение, которое может измерить прибор;

- значение измеряемой величины в данный момент;

- 100 %;

- минимальное значение, которое может измерить прибор;

y - переведенное числовое значение в проценты.

JSR – эта инструкция выходная, позволяет переходить к отдельному файлу подпрограммы.

Рис. 8.6. Выходная инструкция JSR

Routine name – имя выполняемой подпрограммы.

В моем случае имя подпрограммы DERV, в ней выполняется расчет реально дифференцирующего звена каскадно-комбинированной АСР.

ADD – инструкция вычисления, производит математические, арифметические операции, используя выражение или специфическую арифметическую инструкцию.

Инструкция ADD является выходной.

Рис. 8.7. Выходная инструкция ADD

назначение (Destination)- тег для сохранения результата.

Инструкция ADD складывает источник В (Source В) с источником А (Source A) и помещает результат в назначении.

PID – закон ПИД регулирования (в нашем случае ПИ – закон регулирования).

Инструкция PID управляет переменной процесса. Инструкция PID получает переменную процесса (PV) из аналогового входного модуля и изменяет выход переменной

управления (CV) в аналоговом выходном модуле с целью поддержания переменной процесса возле желаемой уставки.

Рис. 8.8. Выходная инструкция PID

Где: Переменная процесса (Process variable) – вводится величина, которой хотим управлять;

Задание (Tieback) - выход аппаратной ручной/автоматической станции, который шунтирует выход контроллера; ввести 0, если не нужно использовать этот параметр.

Управляющая переменная (Control variable) – величина которая идет на конечное управляющее устройство (клапан, заслонка. и т.п..); если вы используете зону нечувствительности, то управляющая переменная должна быть REAL или она установится в 0, когда ошибка будет в пределах зоны нечувствительности.

Внешний контур ПИД (PID Master Loop) – PID тег внешнего контура ПИД; если используется подчиненное управление и этот ПИД - подчиненный контур, то ввести имя основного ПИД; ввести 0, если не нужно использовать этот параметр.

Бит установившегося значения (Inhold bit) – текущее состояние бита установившегося значения аналогового выходного канала 1769 для поддержки безударного включения регулятора; ввестие 0, если не нужно использовать этот параметр.

Установившееся значение (Inhold Value) – величина данных считанная из аналогового выходного канала 1769, для поддержки безударного включения регулятора;

ввести 0, если не нужно использовать этот параметр.

Уставка (Setpoint) – только для отображения, текущая величина уставки.

Переменная процесса (Process Variable) – только для отображения; текущая величина промасштабированной переменной процесса.

Выход % (Out put %) – только для отображения; текущее значение выхода в процентах.

В моем дипломном проекте я использую ПИ – закон регулирования.

Описание программной реализации

В инструкции MOV поступают сигналы от модулей ввода. Эта связь образовывается благодаря адресам, прописанным в модулях ввода. В каждой инструкции MOV прописан адрес соответствующего модуля, у модуля ввода для термопар 1769-IT6 адрес Local:3:I, у модуля ввода 1769-IF4:I адрес Local:1. В инструкциях также прописывается и номер канала модуля, на который приходит сигнал от датчиков, сигнал от термопары приходит на 0 – ой канал модуля 1769-IT6:I, сигнал расхода пульпы приходит на 0 – ой канал модуля 1769-IF4:I, сигнал расхода хлора приходит на первый канал модуля 1769-IF4:I.

Дальше инструкции MOV передают полученные данные от модулей в инструкции СРТ, в которых происходит пересчет этих данных в процентное отношение, с помощью формулы, прописанной в этой инструкции.

Инструкция JSR служит для перехода к подпрограмме DERIVATIVE, в которой реализуется реально дифференцирующее звено логикой функциональных блоков, это делается потому, что релейной логикой реально дифференцирующее звено не описывается.

После того как произвели пересчет величин в проценты, инструкция СРТ сохраняет полученные результаты в следующих инструкциях MOV из которых они уже приходят на регуляторы. Настроечные параметры регуляторов заносятся в них также, с помощью инструкции MOV.

Далее данные после регуляторов поступают в инструкцию СРТ, в которой прописывается адрес Local:2:О модуля вывода 1769-OF2.

Описание аппаратной схемы реализации каскадной системы

Температуру расплава в хлораторе буду измерять посредством термоэлектрического преобразователя ТХА (ГОСТ 6616-94), т.к. диапазон температур этого прибора: -40-1200 ˚С. Сигнал от термоэлектрического преобразователя (1а – измерение температуры расплава в хлораторе) приходит на вход 0-го канала термопарного модуля 1769-IT6. В нем происходит преобразование термоэдс в цифровой сигнал, который через внутреннюю шину шасси поступает в процессорный модуль контроллера CompactLogix 1769-L31.

Для того чтобы измерять расход пульпы, подаваемой в хлоратор, будем использовать диафрагму ДКС 0,6-80-А/Б-1, камерная, исполнение 1, условное давление 0,6 МПа, условный диаметр: 80 мм и датчик давления Метран–150 CD, выходной сигнал 4-20 мА.

На входы (канал 0, канал 1) модуля 1769-IF4 приходят унифицированные токовые сигналы (4 – 20 mA): расход хлора и расход пульпы в хлоратор. Далее сигналы через внутреннюю шину шасси поступает в процессорный модуль контроллера CompactLogix 1769-L31.

В контроллере происходит обработка всех сигналов, дальше они из контроллера через внутреннюю шину шасси поступают на вход модуля вывода унифицированных аналоговых сигналов 1769-OF2, где происходит преобразование сигнала из цифрового в аналоговый и через канал 0 унифицированный токовый сигнал в виде управляющего воздействия поступает на вход электропневмопреобразователя ЭП-3211, в котором токовый сигнал преобразуется в пневматический и поступает на исполнительный механизм МИМ-250, который приводит в действие регулирующий клапан подачи хлора в хлоратор.

Питание контроллера и всех модулей ввода – вывода, осуществляется от блока питания Power Supply 1769-РА4 через заднюю шину шасси. Сам блок питания питается от промышленной сети переменного тока напряжением 220-240В, выходное напряжение 24В постоянного тока.

Для того чтобы осуществить передачу данных с контроллера на верхний уровень – ПЭВМ, используется шина RS–232. На третьем уровне находиться компьютер со SCADA - системой, которая осуществляет сбор информации и диспетчерское управление. SCADA - система выполнена на базе программы RS View.

RS View обменивается информацией с контроллерами фирмы Allen-Bradley с помощью собственного драйвера, обеспечивая высокий уровень целостности данных и производительности.

С помощью компонентов программы RS View можно выполнять следующие действия:

- создавать графические объекты и анимировать их;

- производить контроль сигналов тревоги, просматривать отчеты о тревогах;

- регистрировать данные, отслеживать информацию о системе в процессе ее работы;

- отслеживание трендов, визуальное представление значений тегов в реальном времени, это дает операторам возможность непосредственно отслеживать работу установки;

- можно установить защиту, с помощью которой будет ограничен доступ пользователей или групп пользователей к определенным действиям или запретить им изменять определенные значения тегов;

- можно произвести защиту на уровне системы, что позволяет заблокировать пользователей в приложении RS View, так, что они не смогли выйти в операционную систему Windows, это делается для того, что бы оператор не отвлекался от технологического процесса.

Рассмотрим как работать в программе RS View.

Работа в Project Manager (Менеджере проекта)

Project Manager является главным для работы с RSView. Всякий раз, когда создаем проект, появляется Project Man­ager с именем проекта.

Рис. 8.9. Окно программы

Окно Project Manager разделено на две панели. Когда вновь создаем проект, на левой панели появляется набор папок, а правая панель пустая. По мере создания компонентов проекта они появляются на правой панели.

Project Manager управляет компонентами, а не файлами. Компонент представляет собой ссылку на файл, или, иным словами, путь к физическому файлу. Этот путь может вести к файлу, находящемуся в папке под директорией проекта, к файлу за пределами директории проекта, или к файлу на другом компьютере.

Добавление компонентов к проекту.

Одни и те же файлы могут использоваться более чем в одном проекте, что достигается путем добавления к проекту компонентов с помощью опции Add Existing (добавить существующий). Когда добавляем компонент в Project Manager, мы не перемешаем файл в данный проект. Напротив. Мы создаем ссылку на местоположение этого файла. Когда выделяем компонент на правой панели Project Manager, путь к данному файлу появляется в линейке состояния.

Когда перемешаем файл, ссылка на файл нарушается и имя компонента в Project Manager закрашивается серым, пока не будет обновлена ссылка на этот файл. Для обновления ссылки на файл пользуемся опцией Add Existing.

Добавление компонента к проекту осуществляется следующим образом:

1. Нужно выбрать редактор, который использовался для создания нужного нам компонента. Например, чтобы добавить компонент графики, нужно выделить редактор графических изображений (Graphic Display).

2. Щелкнем правой кнопкой мыши для вывода на экран контекстного меню, и щелкнем на Add Existing.

3. Найдем компонент, который мы хотитим добавить, в диалоговом окне Add Existing Component File (добавить существующий файл-компонент), и щелкнем на Open (открыть). Нужный компонент появится в правой панели Project Manager.

Переименование компонента

Переименование компонента изменяет имя физического файла. Если изменить имя файла, к которому обращается другой проект, этот компонент (ссылка на файл) будет закрашен серым. Для обновления ссылки на такой файл, нужно выбрать Refer­ence (ссылку) в Project Manager, щелкнуть на Rename (переименовать), и напечатать новое имя файла.

Для переименования компонента:

1. Выбрать компонент на правой панели Project Manager.

2. Щелкнуть правой кнопкой мыши, затем щелкнуть на Rename (переименовать).

Рис. 8.10. Окно переименования файла

3. Нужно напечатать новое имя в поле То (куда).

4. Щелкнуть на ОК.

Удаление компонента

Если больше ненужно использовать какой-либо файл в проекте. Можно удалить его из соответствующего проекта этот компонент (ссылку на файл), используя команду Remove (удалить).

При выполнении этой команды компонент (ссылка на файл) удаляется из Project Manager. Это не влияет на физический файл.

Для удаления компонента:

1. Выбрать компонент на правой панели Project Manager.

2. Щелкнуть правой кнопкой мыши, затем щелкните на Re­move (удалить).

Подсоединение к устройствам производства Allen-Bradley

Для подсоединения к устройствам производства Allen-Bradley, RSView использует прямое соединение с драйверами RSLinx и WINtelligent LINX.

Осуществление связи с помощью прямых драйверов

Связь посредством прямых драйверов осуществляется с участием:

каналов

- устройств связи программного обеспечения драйверов связи (RSLinx или WINtelligent LINX)

- узлов (устройств управления)

Ниже на рисунке 9.9 показана станция RSView с ее каналами и узлами.

Рис. 8.11. Станция RSView с каналами и узлами

Канал связи

Канал связи представляет собой соединительный элемент между станцией RSView и сетью, к которой присоединены программируемые контроллеры.

Устройство связи - устройство связи соединяет каналы связи с компьютером. Можно использовать внутренние устройства, или внешние устройства, присоединяемые через серийный порт.

Драйвер связи - драйвер связи представляет собой программное средство, обеспечивающее сообщение компьютера с устройством связи. Дня связи с программируемыми контроллерами производства Allen-Bradley нужно пользоваться RSLinx for Windows NT 3.51 или более поздней версии, а также WINtelligent LINX for Windows 95.

Узел (устройства управления) - узел представляет собой программируемый контроллер, присоединенный к магистрали или сети. Когда станция RSView будет создана, она должна периодически обновлять свою таблицу значений. Это делается путем сканирования ее узлов.

Установка связи с продуктами фирмы Allen-Bradley при отсутствии технических или программных средств - в RSView можно установить связь, даже если нет одного или всего из нижеперечисленного:

- инсталлированных драйверов RSLinx или WINtelligent LINX;

- инсталлированных соответствующих технических средств связи.

Краткое описание действий - выполнить нижеприведенные действия для установки прямой драйверной связи с программируемыми контроллерами производства Allen-Bradley.

1. Запустите RSView32 и создайте или откройте проект.

2. В редакторе Channel (канал) выберать канал и присвойте ему соответствующий тип сети.

В поле Primary Communication driver (основной драйвер связи) присвоить каналу драйвер. Если у нет загруженных драйверов, щелкните на None Loaded (ничего не загружено).

3. В редакторе Node (узел) создать узлы для каждого программируемого контроллера, с которым хотим установить связь.

4. Если нужно изменить частоту сканирования узлов по умолчанию, нужно открыть Scan Class (класс сканирования) и отредактировать классы сканирования.

5. В редакторе Tag Database (база тегов) создать теги. Для каждого тега выберать Device (устройство) в качестве источника данных и присвоить узлы и классы сканирования, которые задали.

6. Проконтролировать связь.