Файл: Микропроцессорных контроллеров управления в задачах автоматизации.pdf

Рисунок 4.3 – Импульсы и PV регулятора CONT_S при GAIN=5
4.2.4 Объяснить результаты полученных переходных характеристик.
Сопоставьте графики выходных характеристик регулятора, объясните изменения на них, выделите составляющие переходных режимов регулятора.
4.2.5 Сделать выводы. Заполнить отчет.
Отчет должен содержать:
- цель работы;
- структурную схему программного обеспечения;
- экспериментальные графики переходных процессов;
- таблицы архивных данных;
- графики архивных данных.
Таблица 4.1 – Варианты заданий
Вариант
Тип объекта
Исследовать, изменяя следующий параметр
1
Интегрирующее звено
TMLAG
2
Интегрирующее звено второго порядка ti
3
Исполнительный механизм постоянной скорости
Ti
4
Температура жидкости
GAIN
5
Расход нефти
SP
6
Давление жидкости в трубопроводе tp
7
Инерционное звено первого порядка
TMLAG
8
Инерционное звено второго порядка ti

9
Последовательные звенья интегрирующее и инерционное первого порядка
Ti
10
Уровень жидкости в резервуаре
GAIN
Контрольные вопросы
1. Поясните, для каких целей используется импульсный регулятор для регулирования температуры перегретого пара?
2. Каковы функции подсистемы защиты регулятора?
3. Каково назначение переменной «перезапуск»?
4. Как реализован импульсный регулятор на контроллерах фирмы
Siemens?
5. Объясните: как формируется сигнал отклонения от желаемого значения на структурной схеме регулятора?
6. Объясните структуру программного обеспечения.
7. Как увеличить (уменьшить) постоянную времени интегрирования?
8. Как увеличить (уменьшить) период импульсов регулятора?
9. Объясните изменения на выходных переходных характеристиках регулятора.
10. Как и в каких целях формировались архивные файлы?
11. Перечислите составляющие SCADA системы TIA Portal.
12. Объясните, какие программные единицы проекта были созданы и в каком порядке они создаются.
Лабораторная работа №5. Определение зоны регулирования на
примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции
Цель работы: получить навыки работы с физическим стендом насосной станции. Определить зоны регулирования технологического объекта на примере системы регулирования - уровень жидкости насосной станции.
5.1 Задание к лабораторной работе
1. Ознакомиться с лабораторным стендом насосной станции.
2. В ручном режиме управляя ручными и автоматическими клапанами исследовать процесс регулирования.
3. Определить зоны регулирования технологического объекта на примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции.
4. Получить результаты исследования. Объяснить результаты полученных данных.
5. Сделать выводы. Заполнить отчет.
5.2 Порядок выполнения работы

5.2.1 Ознакомиться с лабораторным стендом насосной станции.
Лабораторный стенд "Насосная станция" ДП-СПЛК1 ТО-НС представляет собой: 2 резервуара с водой. Между двумя резервуарами проведены различные конфигурации трубопроводов, с механическими, аналоговыми и электрическими клапанами. Внешний вид стенда показан на рисунке 5.1, где 1 – шкаф управления ТО-НС (клиент); 2 – насос; 3 – аналоговый клапан; 4 – датчик уровня; 5 – датчик давления; 6 – датчик температуры; 7 – расходомер; 8 – электрические клапаны.
Рисунок 5.1– Лабораторный стенд «Насосная станция»
Управление и регулирование осуществляет контроллер (Simatic S-1200),
CPU 1212C, с модулем ввода / вывода аналоговых сигналов SIMATIC S7,
ANALOG INPUT/ OUTPUT SM 1234.
Схема конфигурации трубопроводом изображена на структурной схеме рисунка 5.2, выполненная для HMI панели. Панель отображает все текущие значения ИИС, предоставляет возможность выбора вида регулирования
(рисунок 5.3) конфигурации трубопровода, с помощью клапанов, включения насоса, управления системой в целом, модель объекта не определена.
4 1
8 7
3 2
5 6

Рисунок 5.2 – Конфигурация трубопровода. Окно управления
Рисунок 5.3 – Окно выбора регулятора
Разработано отдельное окно для регулирования уровня жидкости в баке
(рисунок 5.4). Окно позволяет выбрать необходимый режим работы регулятора. В автоматическом режиме необходимо лишь указать начальные параметры регулятора, при необходимости, или же в ручном режиме самостоятельно подавать сигнал на исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства выступает аналоговый клапан, на него подается управляющий сигнал с контроллера, и в зависимости от этого сигнала изменяется его положение в диапазоне от 0 до 100 %. Уровень отображается в миллиметрах (мм). Kp, Ti, Td – параметры ПИД регулятора.

При нажатии на кнопку «График», открывается окно с графическим отображением переходного процесса системы (рисунок 5.5). HMI панель поздних версий не позволяет осуществлять архивирование данных, и достаточно небольшая панель не позволяет полностью отображать необходимые данные, поэтому возникла необходимость в использовании PC станции (рисунок 5.6).
Рисунок 5.4 – Окно управления процессом регулирования уровня
Рисунок 5.5 – Окно визуализации графиков переходных процессов объекта
Для работы с функциональным блоком необходимо произвести конфигурацию контроллера, с включением контроллера SIMATIC S7-1212С - это модульный программируемый контроллер универсального назначения;
ЦПУ, и сигнальный модуль аналоговых сигналов SM 1234, как показано на

рисунке 5.6. Так же сконфигурировали дополнительное оборудования для проверки робастности регулятора по управляющему и возмущающему воздействию на регулируемы технологический объект, как показано на рисунке
5.7. Дополнительно к ЦПУ подключается HMI панель KTP600 Basic panel, и PC станция. Связь между устройствами осуществляется на основе сетей
PROFIBUS DP и/или PROFINET IO.
Рисунок 5.6 – Конфигурация оборудования
Рисунок 5.7 – Промышленная сеть
5.2.2 В ручном режиме управляя ручными и автоматическими
клапанами исследовать процесс регулирования.
В ручном режиме (рисунок 5.4) установите заданный вариант конфигурации трубопровода (рисунок 5.2). Откройте клапан на 50%.
Включите насос и на графике наблюдайте изменение уровня в баке реальное и отображаемой в диспетчерском окне. Согласно варианту задания, управляя ручными клапанами слива и подачи жидкости, добейтесь стабилизации уровня по заданию преподавателя Lst. Объясните функцию регулятора согласно выполненным действиям. Не меняя положений остальных клапанов, управляя положением электрического клапана на 10%, 20%, 30%, 40%...100%, определите на сколько процентов от установленного Lst возможно стабилизировать уровень жидкости посредством электрического клапана.
5.2.3 Определить зоны регулирования технологического объекта на
примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции.

Переведите систему в автоматический режим (рисунок 5.4). Задавая задание регулятору от 5% до 75%, определите зону регулирования диапазон
∆SP и ∆LMN. Заполните таблицу 5.2.
Таблица 5.2
№ SP%
LMN%
Lmm
L%
∆SP
∆LMN
5.2.4 Получить результаты исследования. Объяснить результаты
полученных данных.
Результаты исследований приведите в виде описания функции PID
Tuning. Составьте структуру программного и аппаратного обеспечения.
Поясните функцию регулятора и роль исполнительного электрического клапана в системе регулирования. Обработайте результаты эксперимента.
5.2.5 Сделать выводы. Заполнить отчет.
Отчет должен содержать:
- цель работы;
- структурную схему программного обеспечения;
- экспериментальные таблицы данных;
- анализ экспериментальных данных;
- выводы по работе.

5.3 Контрольные вопросы
1. Какова конфигурация программного обеспечения лабораторного стенда?
2. Какова конфигурация аппаратного обеспечения лабораторного стенда?
3. Какие физические параметры лабораторного стенда подлежат измерению и регулированию?
4. Как снять переходную характеристику объекта регулирования – уровень жидкости в резервуаре?
5. Как снять переходную характеристику объекта регулирования – расход жидкости в трубопроводе?
6. Как снять переходную характеристику объекта регулирования – давление в трубопроводе?
7. Какие режимы системы автоматизации предусмотрены в системе автоматизации?
8. Каковы функции ручного и автоматического режимов работы системы?
9. Какой тип регулятора используется для регулирования уровнем, расходом и давлением,
10. Как определить зону регулирования каждого из объектов регулирования?

Лабораторная работа №6. Исследование режима автонастройки на
примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции
Цель работы: получить навыки автонастройки на примере системы регулирования уровня жидкости насосной станции. Исследовать и освоить основные принципы режима автонастройки регулятора.
6.1 Задание к лабораторной работе
1. Исследовать функциональный блок PID_Compact, и принцип его работы.
2. Произвести настройку PID_Compact регулятора. Определить основные настроечные свойства регулятора.
3. Исследовать основные принципы работы лабораторного стенда, программного обеспечения и диспетчерского пункта.
4. Получить переходные характеристики регулирования уровня жидкости насосной станции с визуализацией их на HMI панель и РС станции.
5. Снять все значения уровня с последующим сохранением в архив.
6. Объяснить результаты полученных переходных характеристик.
7. Сделать выводы. Заполнить отчет.
6.2 Порядок выполнения работы
6.2.1. Вызов функционального блока PID_Compact.
Для начала работы необходимо запустить TIA Portal на кафедральном ноутбуке «Насосная станция»: Рабочий стол>> Папка Программы>> TIA Portal.
После открытия программы запустить готовый проект «Pump_station».
Таблица переменных проекта приведена в Приложении Б.
TIA Portal c серией контроллеров Simatic S7-1200 и выше предлагает новейший ПИД регулятор PID_Compact, который используется для управления технологическими процессами с непрерывными входными и выходными переменными. Функциональный программный блок PID_Compact представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – ПИД регулятор PID_Compact
PC станция - интерфейс для визуализации параметров процесса автоматизации, различных технологических объектов на персональном компьютере оператора или диспетчера. PC станция позволяет отображать все параметры системы, осуществлять контроль и управление за объектом в реальном режиме времени.
Для организационного проведения исследований и работы с проектом необходимо указать переменные - теги во вкладке PLC Tags. Все переменные приведены в Приложении В. Затем переходим во вкладку Program Blocks
(рисунок 2.19) в котором созданы программные блоки, каждый из которых содержит программный код.
PID_Compact вызывают в постоянном интервале времени цикла, поэтому рекомендовано вызывать его с помощью блока циклических прерываний ОB30, а не в главном блоке ОВ1.
PID контроллер измеряет временной интервал между двумя значениями, а затем оценивает результаты полученной временной выборки. Среднее значение временной выборки генерируется при каждом режиме переключения и при начальном старте. Если текущее время выборки сильно отклоняется от этого среднего значения, то возникает ошибка и PID_Compact переключается на режим "Inactive" (не активен).
PID контроллер измеряет временной интервал между двумя значениями, а затем оценивает результаты полученной временной выборки. Среднее значение временной выборки генерируется при каждом режиме переключения и при начальном старте. Если текущее время выборки сильно отклоняется от этого среднего значения, то возникает ошибка и PID_Compact переключается на режим "Inactive" (не активен).

Компонент PID_Compact может самостоятельно вычислить P-, I-, и D компоненты во время запуска (если настроен на "pretuning" - пред настройку).
Также регулятор включает в себя режим для "тонкой настройки", чтобы позволить оптимизировать параметры объекта.
При выборе работы с PID_Compact TIA Portal автоматически создаст технологический объект и «Data block» DB блок. Блок DB содержит все параметры, которые используются при настройке регулятора.
Каждый PID_Compact, при правильной работе, должен иметь свой собственный уникальный блок DB, как показано на рисунке 6.2. 1200 контроллеры программируются стандартными языками Step7 (LAD, FBD) и
SCL (Structured Control Language), новый язык программирования высокого уровня, который основан на языке Pascal.
Рисунок 6.2 – DB блок для регулятора PID_Compact
На рисунке 6.3 представлен компонент PID_Compact на трех языках программирования для S7-1200.
В Приложении Г описаны основные параметры блока PID_Compact, типы входных и выходных параметров, типы данных, их описание.
PID_Compact функционирует в пяти режимах, которые приведены в таблице 2.2. Если возникла ошибка, то регулятор переходит автоматически в режим не активности, по желанию пользователь можно произвести настройку блока, или выбрать ручной или автоматический режим работы.