Курсовая работа - Интегрированные системы проектирования и управления (SCADA-системы)

Подождите немного. Документ загружается.

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение

2. Описание объекта автоматизации

2.1. Функциональная схема объекта автоматизации

2.2. Составление структуры САУ и определение параметров регулятора

3. Требования, предъявляемые к SCADA-системе

4. Разработка концепции SCADA-системы

4.1. Выбор и конфигурирование контроллеров ввода-вывода

4.2. Создание блок-схемы стратегии в редакторе задач Task

4.3. Создание графического интерфейса оператора

5. Проверка работоспособности созданной системы

Литература

1. Введение.

АСУ ТП в большинстве случаев являются системами организационно-

техническими, что означает наличие функций, выполняемых человеком

(оператором). Взаимодействие между оператором и технологическим

процессом осуществляется с помощью программного обеспечения,

получившего общее назначение SCADA.

«SCADA-система» (Supervisory Control And Data Acquisition System) –

система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. В

названии присутствуют две основные функции, возлагаемые на SCADA-

систему:

- сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

- управление технологическим процессом.

Функции, которые возлагаются на любую SCADA-систему, независимо от

того, является она широко тиражируемым продуктом известной компании

или создана специалистами отдела АСУ ТП предприятия для своих

конкретных нужд, следующие:

- прием информации о контролируемых технологических параметрах от

контроллеров нижних уровней и датчиков;

- сохранение принятой информации в архивах;

- вторичная обработка принятой информации;

- графическое представление хода технологического процесса, а также

принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме;

- прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних

уровней и исполнительных механизмов;

- регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим

процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и

обслуживание системы;

- оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об

обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым

технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных

средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях;

- формирование сводок и других отчетных документов на основе

архивной информации;

- обмен информацией с автоматизированной системой управления

предприятием или с так называемой комплексной автоматизированной

системой (КАС);

- непосредственное автоматическое управление технологическим

процессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Таким образом, SCADA-система собирает информацию о

технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет

историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в

том объеме, в котором это необходимо.

Перечисленные ранее функции могут выполняться набором прикладных

программ, разработанных на практически любом языке высокого уровня

общего назначения. Причем, по быстродействию, ресурсоемкости и другим

показателям эффективности программного обеспечения такие программы

могут даже опережать аналогичное ПО, созданное с помощью

специализированных инструментальных SCADA-систем. Но

инструментальные SCADA-системы позволяют значительно ускорить

процесс создания ПО верхнего уровня АСУ ТП, не требуя при этом от

разработчика знаний современных процедурных языков программирования

общего назначения.

Помимо этого SCADA-системы имеют набор специфических механизмов

обмена данными с аппаратурой ввода-вывода и встроенную поддержку

устройств ввода-вывода, что упрощает реализацию поддержки как

имеющихся на объекте, так и вновь появившихся контроллеров и устройств

связи с объектом (УСО).

2. Описание объекта автоматизации

2.1. Функциональная схема объекта

Объект представляет собой ректификационную колону:

Исходные данные:

Значение регулируемого параметра (состав дистиллята) : Q=25,5% , t=195

Предельные значения параметра: ∆Q=0,5% , ∆t=±10 C

Тип регулятора: ПИ, ПИ

Схема регулирования объекта:

Для удержания состава дистиллята в заданных пределах нужно постоянно

измерять его величину и величину расхода хладоносителя с помощью

датчика состава дистиллята и датчика температуры. Сигналы от датчиков

поступают на УСО – устройство согласования с объектом управления

(аналого-цифровой преобразователь), которое преобразует его в цифровой

код. После этого полученный код подается на АРМ диспетчера. В

соответствии с заложенной программой и опорным значением, АРМ

диспетчера выдает сигнал на УСО, (цифро-аналоговый преобразователь). В

соответствии с величиной этого сигнала регулирующий орган осуществляет

поворот вентиля крана.

2.2. Составление структуры САУ и определение параметров

регулятора

В общем виде структура системы автоматического регулирования

выглядит так:

Наша система представляет собой замкнутую систему с единичной

обратной связью, в которой:

1. регулятор 1, регулятор 2 – динамическая система, целенаправленно

вводимая в контур, чтобы придать замкнутой системе желаемые свойства (в

нашем случае ПИ-регуляторы).

2. объект управления – это физическая система, подлежащая

управлению.

3. регулирующий орган – клапан, который регулирует подачу продукта.

Структурная схема регулирования в общем виде:

где

Q (состав дистиллята) –входная величина;

дистиллят - регулируемая (выходная) величина;

ε - ошибка рассогласования, отклонение регулируемой величины от

заданной;

(p), W

(p) – передаточные функции регуляторов;

pо

(p) – передаточная функция регулирующего органа;

об

(p) – передаточная функция объекта регулирования.

Определение параметров:

1. Передаточная функция регулирующего органа:

Примем W

pо

(p)=1

2. Передаточные функции регуляторов:

 

kpW

1



Чтобы обеспечить отклонение регулируемой величины ∆Q=±0,5% и

∆t=±10 C вычислим коэффициент передачи регуляторов:

T – постоянная времени;

р –

коэффициент регулятора.

ε=1/k, отсюда К

рассогл

≈1/ε

По заданию допустимое отклонение ±5%, следовательно, коэффициенты

регуляторов найдем как:

=25,5/0,5=51;

=195/10 = 19,5

Тогда примем:

pег1

(p)=51,

pег2

(p)=19,5.

3.Требования, предъявляемые к SCADA-системе.

Для данного объекта необходимо разработать SCADA-систему (система

диспетчерского управления и сбора данных), которая выполняла бы

следующие функции:

 прием информации о контролируемых технологических параметрах

(состав дистиллята, расход хладоносителя);

 непосредственное автоматическое управление технологическим

процессом.

 оперативное управление ходом технологического процесса (изменение

параметров регулятора);

 сохранение принятой информации для дальнейшей обработки и

формирования сводных данных (месячного отчета);

 графическое представление хода технологического процесса

(мнемосхема объекта), принятой и архивной информации в удобной для

восприятия форме (индикаторы, графики);

 оповещение персонала об обнаруженных аварийных событиях

(индикация аварии);

 ведение журнала аварий, тревог;

4.Разработка концепции SCADA-системы.

Для создания SCADA-системы регулирования давления в

ректификационной колонне будем использовать пакет Genie 3.0. Данное

инструментальное средство выбрано по следующим соображениям:

 с помощью данного пакета можно реализовать все требования

предъявляемые к системе;

 SCADA система, созданная на базе пакета Genie 3.0, не требует

большой вычислительной;

 в качестве УСО данное программное обеспечение поддерживает

контроллеры серии ADAM-4000.

4.1.Выбор и конфигурирование контроллеров ввода-вывода.

В качестве УСО будем использовать контроллеры серии ADAM-4000.

1. Для преобразования аналогового сигнала с датчиков состава остатка и

расхода теплоносителя (входные сигналы) в цифровой вид выберем

контроллеры ADAM-4014D со следующими характеристиками.

ADAM-4014D (модуль аналогового ввода):

 1 аналоговый вход (диапазон входного напряжения от -10В до

+10В);

 1 дискретный вход или один канал счетчика событий;

 2 дискретных выхода или 2 выхода-защелки сигнала аварийного

дискретного управления по верхней и нижней границам входного сигнала;

 1 дискретный светодиодный дисплей.

2. Для преобразования цифрового сигнала с выхода регулятора (выходной

сигнал) в аналоговый будем использовать контроллер ADAM-4021.

ADAM-4021 (модуль цифрового вывода):

 12 разрядный ЦАП;

 программная настройка вывода на В или мА;

 контроль состояния выхода;

 программируемая скорость изменения сигнала на выходе;

 гальваническая развязка 500В.

4. Для преобразования цифрового сигнала от кнопки аварийного

отключения (выходной сигнал) будем использовать контроллер ADAM-4050.

ADAM-4050 (Модуль дискретного ввода/вывод):

 7 дискретных входов;

 входное напряжение от 0 до 30 В;

 8 выходов типа «открытый коллектор»;

 предусмотрена возможность работы с электронными реле.

5. Для связи АРМа диспетчера с контроллерами будем использовать

преобразователь интерфейса RS-232 в RS-485.

ADAM-4520 (Модуль преобразователя RS-232 в RS-485)

 скорость передачи до 38,4 кбит/с;

 автоматический контроль направления передачи;

 гальваническая изоляция 500 В;

 длина сегмента линии до 1200 м;

 напряжение питания 10…30 В.

Конфигурирование модулей производится с помощью программы

Advantech ADAM API.

4.2.Создание блок-схемы стратегии в редакторе задач Task.

В редакторе задач Task необходимо создать блок-схему стратегии,

которая состоит из функциональных блоков, выполняющих определенные

функции. Для передачи данных от одного функционального блока к другому

нужно определить связи.

Описание блоков.

Блоки аналогового ввода AI1 и AI2, предназначены для приема

информации от внешних устройств, датчиков состава остатка и расхода

теплоносителя соответственно. При настройке данных блоков в поле

«Устройство» необходимо указать порт, к которому подключено устройство

(COM 2), а в поле «модуль» - название модуля (АDAM-4014D) .

В полях Список опрашиваемых каналов: Первый в списке: Последний в

списке должны быть установлены нулевые значения для того, чтобы при

исполнении стратегии осуществлялся опрос только канала с номером 0 для

ввода в блок аналогового ввода сигнала синусоидальной формы (канал 1 –

для ввода сигнала прямоугольной формы, канал 2 – треугольной).

Блок аналогового вывода (AO1), предназначен для передачи

управляющего сигнала к усилителю и исполнительному механизму.

Конфигурация блока аналогична настройкам блока аналогового ввода,

только в поле «модуль» нужно указать ADAM-4021.