Istnieje wiele metod przekształcania algorytmów wprogram sterujący.

Transkrypt

1 Metody programowania sterowników swobodnie programowalnych Wykład 4

2 Metody programowania sterowników swobodnie programowalnych Istnieje wiele metod przekształcania algorytmów wprogram sterujący. W1993 r. wnormie: IEC Second Edition Programmable Controllers Part 3: Programming Languages. dokonano uporządkowania (standaryzacji) metod programowania. Wtrzeciej części tej normy określono dwie grupy języków programowania: języków tekstowych, języków graficznych,

3 Metody programowania sterowników swobodnie programowalnych W grupie języków tekstowych zdefiniowano: język instrukcji listy IL (Instruction List) podobny do asemblera, język strukturalny ST (Structured Text) podobny do języków algorytmicznych jak: FORTRAN, PASCAL, itp.

4 Języki tekstowe Język instrukcji listy IL (Instruction List) podobny do asemblera. Język strukturalny ST (Structured Text) podobny do języków algorytmicznych jak: FORTRAN, PASCAL, itp.

5 Języki tekstowe Są wniewielkim stopniu wykorzystywane wprogramowaniu sterowników automatyki budynkowej (WAGO,SAIA PCD). Główne zastosowanie tych metod to programowanie sterowników przemysłowych. Języki tekstowe dają możliwość tworzenia indywidualnych dowolnych algorytmów. Większa pracochłonność w porównaniu do metod graficznych, większa trudność w stosowaniu przez początkujących programistów, mniejsza przejrzystość kodu oraz funkcji regulacyjnych przyczyniły się do mniejszego zastosowania wautomatyce budynkowej.

6 Języki graficzne W grupie języków graficznych opisano i zdefiniowano dwa rodzaje: język schematów drabinkowych LD (Lauder Diagram), język schematów blokowych FBD (Function Block Diagram).

7 Język schematów drabinkowych LD Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku drabinkowym (LD) - sterownik WAGO

8 Język schematów drabinkowych LD (najczęściej spotykany w automatyce przemysłowej np. SIMATIC) Jest podobny do schematów stykowo-przekaźnikowych układów sterowania. Pozwala wprosty iczytelny sposób programować sterowniki wykorzystując elementy algebry Bool a [bul a]. Program działania sterownika jest przedstawiany graficznie za pomocą symboli styków, cewek oraz linii łączących w układzie poziomym ipionowym. Linie łączące operandy zastępują instrukcje np.: sumy, iloczynu logicznego itp. Połączenie elementów graficznych stanowi obwód. Wszystkie obwody zaczynają się szyną zasilającą od strony lewej, od której prąd może płynąć do strony prawej.

9 Język schematów drabinkowych LD Elementy wejściowe styki: - - styk normalnie otwarty, przewodzi prąd gdy skojarzona znim zmienna logiczna ma wartość 1, - / - styk normalnie zamknięty, przewodzi prąd gdy skojarzona znim zmienna logiczna ma wartość 0. Elementy wyjściowe cewki: -( )- zwykła cewka, skojarzona znią zmienna logiczna ma wartość 1, gdy płynie przez nią prąd lub 0, gdy prąd nie płynie, -(/ )- cewka negująca, ustawia skojarzoną znią wartość logiczną odwrotnie jak cewka zwykła. W obwodach schematu drabinkowego mogą występować także określone normą IEC1131 standardowe funkcje i bloki logiczne jak: elementy bistabilne, czasomierze, liczniki.

10 Język schematów drabinkowych LD Jest zdecydowanie dedykowany do realizacji sterowania opartego na sygnałach binarnych (sterowanie napędami: pompy, wentylatory, przenośniki oraz realizacja warunków logicznych). Opanowanie tego języka wymaga znajomości algebry Bool a. W języku tym jest programowana większość sterowników przemysłowych oraz niektóre stosowane w automatyce budynkowej.

11 Język schematów blokowych FBD

12 Oprogramowanie sterownika kotłowni -sterownik IAC 600 f-my Satchwell

13 Język schematów blokowych FBD Wykorzystuje w programowaniu standardowe funkcje, rysowane wformie prostokątów. Liczba i rodzaj funkcjonalnych bloków jest zróżnicowana i zależy od producenta oprogramowania narzędziowego. Poszczególne bloki obejmują wszystkie niezbędne w sterowaniu funkcje jak: matematyczne, logiczne, regulacyjne (P, PI, PID), czasowe oraz konwersja typu danych. Wejścia do każdego bloku znajdują się zwykle zlewej strony a wyjścia z prawej. Bloki łączy się liniami tworząc w ten sposób obwód sterowania.

14 Przykładowy algorytm zrealizowany czterema znormalizowanymi metodami programowania Wprzykładzie pokazano strukturę programów wykonanych przy pomocy języków tekstowych i graficznych, realizujących tę samą funkcję przez sterownik firmy WAGO. Oprogramowanie narzędziowe firmy WAGO umożliwia oprogramowanie sterowników we wszystkich językach opisanych przez normę IEC1131. Algorytm dotyczy sterowania wentylatorem z kontrolą sprężu przez presostat różnicy ciśnień, z termostatem przeciwzamrożeniowym, termokontaktem i czujnikiem dymu.

15 Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Schemat układu automatycznej regulacji TK/NTC M Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) T H ΔP T T TK/NTC T M Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) T T H Tn=f(Tw), Tw=f(Tz) K M ΔP ~ ΔP ~ A0R NT AI AO DI DO

16 Opis realizowanej funkcji: Wentylator może pracować w trybie ręcznym lub automatycznym. W trybie automatycznym załączanie i wyłączanie odbywa się zgodnie z harmonogramem czasowym Zegar przy załączonym trybie Automatycznie. Tryb Ręcznie jest przewidziany do pracy ciągłej. Warunkiem pracy wentylatora jest brak awarii z termokontaktu silnika, brak blokady pożarowej oraz prawidłowy stan termostatu przeciwzamrożeniowego. Po załączeniu jest uruchamiany Timer1, odliczający czas podtrzymania blokady presostatu na wentylatorze. Po upływie zadanego czasu podtrzymanie presostatu jest wyłączane.

17 Opis realizowanej funkcji: W przypadku zadziałania presostatu (stan prawidłowy) wentylator pracuje nadal. W sytuacji gdy po zniknięciu podtrzymania nie pojawi się potwierdzenie pracy z presostatu, wyjście cyfrowe sterujące wentylatorem jest wyłączane. Gdy podczas pracy wentylatora pojawi się sygnał awarii z termostatu przeciw zamrożeniowego, ztermokontaktu lub z systemu przeciw pożarowego, bądź też zniknie potwierdzenie zpresostatu, wysterowanie wentylatora jest wyłączane. W przypadku powrotu sygnału z termostatu przeciw zamrożeniowego do stanu normalnego wentylator wystartuje samoczynnie. Patrz przykład z laboratorium w SATCHNET

18 Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku blokowym (FBD) - WAGO

19 Język schematów drabinkowych LD Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku drabinkowym (LD) - sterownik WAGO

20 Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku instrukcji (IL)-WAGO

21 Język strukturalny ST (Structured Text) Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku tekstowym strukturalnym (ST) sterownik WAGO

22 Język schematów blokowych FBD przykład 2 W drugim przykładzie pokazano programy realizujące tę samą funkcję, wykonane w języku schematów blokowych FBD przy pomocy programów narzędziowych trzech różnych producentów sterowników: WAGO, Johnson Controls Int. oraz Honeywell

23 Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed zamarznięciem Opis realizowanej funkcji: Podczas normalnej pracy Regulator1 (układ regulacji PID) wysterowuje zawór nagrzewnicy odpowiednio do aktualnych wartości temperatury regulowanej iwartości zadanej. W momencie pojawienia się sygnału awarii z termostatu przeciwzamrożeniowego, zawór nagrzewnicy otwierany jest na 100%. Po zniknięciu sygnału awarii ztermostatu układ wraca do normalnej pracy. Patrz przykład 2zlaboratorium wsatchnet

24 Zabezp. przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy sterownik XL50(500) firmy Honeywell.

25 Język schematów blokowych. Program zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego nagrzewnicy Program realizowany przez sterownik WAGO

26 Zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy realizowane przez sterownik FX firmy Johnson Controls.

27 Zalety języka schematów blokowych FBD Jest najbardziej popularnym językiem programowania sterowników stosowanych wautomatyce budynkowej. Do zalet języka schematów blokowych należą : - łatwość realizacji algorytmów opartych na obróbce sygnałów analogowych, - łatwość tworzenia bibliotek gotowych aplikacji i ich modyfikacji, - łatwość odczytu algorytmu sterowania (w niektórych sterownikach istnieje możliwość odczytu programu wformie graficznej), - jest to język łatwy do opanowania przez początkujących programistów.

28 Wady języka schematów blokowych FBD Do wad tego języka należy konieczność dostosowywania istniejących bloków do potrzeb sterowania oraz utrudniona realizacja skomplikowanych warunków logicznych.

29 Dziękuję za uwagę!

30 Automatyka w inżynierii środowiska Wykład 5 Komputerowe systemy monitoringu i zarządzania

31 Komputerowe systemy monitoringu i zarządzania District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating

32 Systemy monitoringu (telemetrii) i nadrzędnego sterowania (zarządzania) w ciepłownictwie Produkcja Elektrociepłownie Kotłownie Dystrybucja Grupowe węzły cieplne Przepompownie Szpitale Biura Banki Przemysł Mieszkania Odbiorcy

33

34 Zarządzanie budynkiem - system zintegrowany Zdalny dostęp do informacji ILERPLANT CH ILERPLANT CH

35 Wykład 6 AUTOMATYKA 35

36 Wykład 6 AUTOMATYKA 36

37 Funkcje systemu monitoringu Sterowanie i regulacja Pomiary i kontrola Sygnalizacja (alarmy) Rejestracja i przetwarzanie danych (raporty) Wizualizacja (trendy) Zabezpieczenia i blokady

38 Typowa struktura otwartego systemu zarządzania Poziom zarządzania Poziom komunikacji Poziom pola

39 POZIOM ZARZĄDZANIA 1. Serwery komputerowe, stanowiska pomocnicze i urządzenia peryferyjne. 2. Na poziomie tym istnieje pełny dostęp do wszystkich informacji zbieranych przez system. Tu dokonywana jest archiwizacja danych pomiarowych, ich obróbka i analiza. Koordynowane są wszystkie zadania i inicjowane działania dotyczące funkcjonowania urządzeń uzbrojenia technicznego budynku mających wpływ na wielkość zużycia energii. Z poziomu zarządzania poprzez sieć konfigurowany jest system.

40 POZIOM KOMUNIKACJI 1. Na poziomie tym odbywa się sterowanie zbieraniem i przepływem informacji. 2. Tu koncentrują się wszystkie magistrale sieciowe i przygotowywane są dane dla sterowania nadrzędnego.

41 POZIOM POLA 1. Regulatory i sterowniki wykonujące funkcje regulacji i sterowania autonomicznego, pośredniczące w zbieraniu informacji o parametrach pracy i stanie systemów uzbrojenia technicznego oraz w sterowaniu nadrzędnym.

42 SPOSOBY PRZESYŁANIA DANYCH 1. Własny kabel transmisyjny / światłowód 2. Modemy radiowe 3. Telefony GSM (900/1800) 4. Telefony lokalne / modemy telefoniczne 5. Pager 6. Internet

43 Sposoby przesyłania danych (1) Kabel transmisyjny/światłowód duży koszt inwestycyjny bardzo mały koszt eksploatacji duża pewność i szybkość przesyłania danych mały zasięg działania, ograniczenia w długości magistrali danych Najczęściej spotykany sposób przenoszenia danych

44 Sposoby przesyłania danych (2) Modemy radiowe duży/średni koszt inwestycyjny (zezwolenie PAR, maszty radiowe) mały koszt eksploatacji (opłata roczna za częstotliwość radiową) mała/średnia szybkość przesyłania danych mały/średni zasięg działania, ograniczenia w zasięgu działania modemów radiowych wpływ zakłóceń radiowych na jakość przesyłu informacji

45 Sposoby przesyłania danych (2a) Modemy radiowe (19-32) GHz

46

47 Sposoby przesyłania danych (3) Telefony GSM, GPS - średni/mały koszt inwestycyjny - sredni/ duży koszt eksploatacji (możliwość negocjacji ceny z operatorem GSM) zasięg działania bardzo duży mała/średnia szybkość przesyłania danych

48 Sposoby przesyłania danych (4) Telefony lokalne/modemy telefoniczne SA, Netia ) mały koszt inwestycyjny (promocje Netii) mały/średni koszt eksploatacji zasięg działania bardzo duży średnia szybkość przesyłania danych (TP bardzo często stosowany sposób przekazywania danych

49 Sposoby przesyłania danych (5) Pager tylko informacje o alarmie (numer węzła cieplnego, rodzaj alarmu) mały koszt inwestycyjny mały koszt eksploatacji zasięg działania bardzo duży

50 Sposoby przesyłania danych -Internet mały/średni koszt inwestycyjny (sterownik + serwer internetowy) mały/średni koszt eksploatacji zasięg działania bardzo duży średnia/duża szybkość przesyłania danych sposób przekazywania danych w trakcie wdrażania konieczność wprowadzenia odpowiednich zabezpieczeń

51 Sposoby przesyłania danych standardy komunikacyjne Na rynku konkuruje kilka protokołów komunikacji, zmierzających do stania się standardem. Każdy znich posiada zarówno mocne jak i słabe strony.

52 Standardy komunikacji Echelon LONworks European Installation Bus (EIB) -KONEX Profibus Backnet M-bus Ethernet... i inne

53 Echelon LONWORKSORKS LONworks jest otwartym standardem komunikacyjnym stworzonym i opublikowanym przez firmę Echelon

54 System otwarty Jest to taki system, wktórym wszystkie elementy systemu komunikują się wykorzystując standardowy protokół komunikacyjny. Protokół komunikacyjny jest to zbiór zasad wymiany danych wsieci komputerowej. Zasady te sąspisywane wpostaci specyfikacji określającej wszystko co jest wymagane do zgodności ze standardem, począwszy od rodzaju medium komunikacyjnego (np. typu kabla) ażdo sposobu sformułowania każdego polecenia czy żądania.

55 Zalety protokołów otwartych Dowolność w wyborze najlepszych pod względem oferowanych możliwości i ceny usług, produktów i systemów niezależnie od ich producenta oraz możliwość ich instalacji w indywidualnie zaprojektowanym systemie Elastyczność w wyborze rozwiązań dla zmieniających się wymagań w stosunku do systemu.

56 Zalety protokołów otwartych Różne systemy i produkty od różnych producentów. Pełna współpraca oraz działanie uzupełniające się. Szeroki wybór rozwiązań. Kombinacje różnych aplikacji dla indywidualnych zastosowań. Bezproblemowa współpraca. Wspólne informacje i zasoby. Pełna współpraca w jednym systemie Pełna funkcjonalność przez cały okres eksploatacji. łatwa optymalizacja systemu w miarę zmiany potrzeb

57 Zalety protokołów otwartych Możliwość wyboru dowolnych produktów i systemów bez konieczności współpracy tylko z jednym producentem w przyszłości. łatwość rozbudowy systemu Niezależność od konkretnych systemów i producentów. Zmiana w miarę jak zmieniają się potrzeby. łatwość zwiększenia możliwości systemu kiedy rosną potrzeby

58 Zalety protokołów otwartych Niskie koszty przyszłych zmian w systemie. Oszczędności... Już na etapie planowania. Kupujemy to co rzeczywiście potrzebujemy. Możliwość wyeliminowania elementów redundantnych pozwala na obniżenie kosztów inwestycji, konserwacji i szkolenia personelu.

59 Dziękuję za uwagę!