69498

Лабораторный макет на базе ОВЕН ПЛК100

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

Целью данного дипломного проекта является разработка и внедрение в лабораторный комплекс макета на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) ОВЕН ПЛК-100. Использование подобного макета в учебных лабораториях существенно улучшит качество практических знаний, получаемых студентами на лабораторных работах

Русский

2015-01-11

9.14 MB

125 чел.

Лабораторный макет на базе ОВЕН ПЛК100

Содержание

Введение 4

1 Обзор технической литературы 5

1.1  Стенд Донского государственного технического университета 5

1.2  Стенд Харьковского авиационного института 7

1.3  Стенд Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева 8

1.4  Стенд Московского автомобильно-дорожного государственного  технического университета (МАДИ) 9

1.5  Стенд Пятигорского государственного технологического        университета 10

1.6  Выводы по главе 1 12

2 Анализ лабораторного комплекса 13

2.1  Структура лабораторного комплекса 13

2.2  Обзор объектов управления 15

2.3  Обзор устройств управления 17

     2.3.1  Модуль с реле-регулятором ТРМ501 17

     2.3.2  Модуль с регулятором ЭРВЕН 19

     2.3.3  Модуль с регулятором ТРМ 201 21

     2.3.4  Модуль с ПИД-регулятором ТРМ101 23

     2.3.5  Модуль с ПИД-регулятором ТРМ151 25

     2.3.6  Модуль с контроллером МПР 51 27

2.4  Выводы по главе 2 30

3 Разработка аппаратной части лабораторного макета 32

3.1  Описание средств автоматизации 32

3.2  Разработка структурной и функциональной схемы 37

3.3  Разработка схемы электрических соединений 39

3.4  Разработка конструкции устройства управления 40

3.5  Выводы по главе 3 45

4 Конфигурирование и программирование макета 46

4.1  Конфигурирование модулей 46

     4.1.1  Конфигурирование МВУ8 47

     4.1.2  Конфигурирование МВА8 48

4.2  Программирование в среде CoDeSys 50

     4.2.1  Описание среды программирования 50

     4.2.2  Создание и настройка проекта CoDeSys для работы

     с макетом 55

4.3  Программирование ПЛК и снятие характеристик с ОУ 60

     4.3.1  Простой двухпозиционный регулятор 60

     4.3.2  ПИД - регулятор 63

     4.3.3  Усовершенствованный двухпозиционный регулятор 66

4.4  Выводы по главе 4 68

5 Разработка АРМ оператора 69

5.1  Разработка программного модуля 69

     5.1.1  Выбор метода связи контроллера с компьютером 69

     5.1.2  Подготовка контроллера для связи с приложением 72

          5.1.2.1  Программирование ПЛК 72

          5.1.2.2  Создание символьного файла 73

          5.1.2.3  Настройка OPC-сервера CoDeSyS 75

     5.1.3  Описание программного продукта 77

5.2  Разработка АРМ оператора в Trace Mode 6 81

5.3  Выводы по главе 5 89

6 Разработка блока индикации. Конфигурирование панели оператора

ОВЕН ИП-320 90

6.1  Разработка блока индикации 90

     6.1.1  Разработка структурной и функциональной схем 91

     6.1.2  Разработка схем электрических соединений 94

     6.1.3  Разработка конструкции корпуса ИП320 97

6.2  Подключение и конфигурирование панели оператора 99

6.3  Вывод по главе 6 102

7 Экономическое обоснование разработки нового оборудования 103

7.1  Расчет капитальных затрат 104

7.2  Расчет экономического эффекта при создании новой техники 106

7.3  Выводы по экономической части 108

8 Безопасность жизнедеятельности 109

8.1  Профессиональные заболевания и меры профилактики 110

8.2  Порядок расследования аварий на объектах повышенной

опасности 117

Приложение А. (обязательное) Структурная схема макета 124

Приложение Б. (обязательное) Функциональная схема макета 125

Приложение В. (обязательное) Схемы электрических соединений 126

Приложение Г. (обязательное) Сборочный чертеж сменной части устройства управления 130

Приложение Д. (обязательное) Сборочный чертеж блока индикации 132

Приложение Ж. (обязательное) Схемы распайки кабелей панели ИП320 134

Приложение И. (обязательное) Структура ПО 136

Приложение К. (обязательное) Программный листинг 1367

Приложение Л. (обязательное) Авторская справка………………………….148

Приложение М. (справочное) Перечень принятых обозначений и
сокращений 149

Приложение Н. (справочное) Библиографический список 150


Введение

Современные экономические реалии и быстрое развитие техники и информационных технологий требуют от выпускников технических вузов соответствующего уровня теоретических знаний и практических навыков. Это достигается рациональным сочетанием лекционных занятий и лабораторных практикумов в процессе обучения, что, в свою очередь, требует постоянной модернизации материально-технической базы учебных лабораторий [1].

На базе средств автоматизации, предоставленных фирмой «ОВЕН» по программе поддержки высших учебных заведений, в 2007 году был спроектирован и изготовлен комплекс для проведения лабораторных работ на кафедре Автоматики и Телемеханики (АТ). Конструкция лабораторных макетов позволяет встраивать в комплекс новые средства автоматизации для расширения возможностей в обучении студентов, для получения ими практических навыков по специальности.

Целью данного дипломного проекта является разработка и внедрение в лабораторный комплекс макета на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) ОВЕН ПЛК-100. Использование подобного макета в учебных лабораториях существенно улучшит качество практических знаний, получаемых студентами на лабораторных работах. Его применение позволит проводить лабораторные занятия по таким дисциплинам, как: «Технические средства автоматизации и управления», «Микропроцессорные устройства систем управления»,  «Локальные системы управления» и др.

Для успешной разработки конструкции макета необходимо проанализировать лабораторный комплекс, использующийся на кафедре АТ, а также ознакомиться с существующими разработками макетов на базе программируемых контроллеров, применяющимися в других высших учебных заведениях.

Необходимо сконфигурировать модули ввода и вывода для работы с объектами управления, запрограммировать контроллер в среде CoDeSys и провести необходимые испытания различных программных алгоритмов. Также требуется разработать автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, используя среду программирования C++ Builder  и SCADA-систему Trace-Mode 6, для демонстрации возможностей взаимодействия программного обеспечения компьютера с контроллером.

В дипломное проектирование также включена разработка блока индикации на базе панели оператора ОВЕН ИП-320. Блок индикации позволит демонстрировать студентам возможности удаленного управления и наблюдения за объектом.


  1.  Обзор технической литературы

Стенд Донского государственного технического университета

В лаборатории «Системы и технологии автоматизации» кафедры «Автоматизация производственных процессов» (АПП) Донского государственного технического университета разработан на базе приборов ОВЕН и установлен стенд «Система контроля доступа и температуры в помещении». Стенд предназначен для выполнения лабораторных работ по дисциплинам   «Микропроцессорные системы управления», «Технические средства автоматизации» и др.

Рисунок 1.1 - Система контроля доступа и температуры в помещении

Разработанный лабораторный стенд позволяет на простейших реальных примерах освоить работу с дискретными и аналоговыми входами ОВЕН ПЛК150, а также научиться конфигурировать и программировать панель оператора ИП320.  Обучаемые получают начальные навыки программирования в среде CoDeSys на языках стандарта МЭК 61131-3. Схема стенда представлена на рис.1.2.

Рисунок 1.2 - Функциональная схема системы контроля доступа и температуры в помещении

Инфракрасные датчики ИКД1 и ИКД2 установлены внутри и снаружи помещения соответственно. Датчики оснащены электромагнитным реле, которое замыкается при их срабатывании. Выходы реле подключены к дискретным входам контроллера (ПЛК150). При срабатывании внешнего, а затем внутреннего датчика происходит регистрация посетителя, зашедшего в помещение, и значение счетчика числа посетителей на графической панели (ИП320) увеличивается на 1. Когда срабатывает сначала внутренний датчик, а затем внешний, значение счетчика уменьшается на 1. В обоих случаях изменение значения счетчика сопровождается звуковым сигналом длительностью 0.5 с, реализованным при помощи встроенного в ПЛК динамика.

Связь графической панели и ПЛК осуществляется по интерфейсу RS-485. При этом контроллер выступает в качестве ведущего. Кроме того, на панели отображается температура, передаваемая от аналогового входа ПЛК150.  Для измерения температуры используется термопреобразователь сопротивления (ДТС014-50М). Для питания панели стабилизированным напряжением используется блок питания БП14. ПЛК подключен к локальной сети по интерфейсу  Ethernet через коммутатор, за счет чего имеется возможность его программирования с любого из рабочих мест (ПК), подключенных к локальной сети.  Управляющая программа написана на языке CFC.


  1.  Стенд Харьковского авиационного института

Лабораторный стенд на базе приборов ОВЕН для изучения работы панелей оператора и модулей ввода-вывода для сети RS-485 разработан в Харьковском авиационном институте (Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского).

Рисунок 1.3 – Лабораторный стенд Харьковского авиационного института

В состав лабораторного стенда входят средства автоматизации фирмы ОВЕН:

  •  панель оператора ИП-320;
  •  модуль ввода МВА-8;
  •  модуль вывода МВУ-8;
  •  преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485 ОВЕН АС3;

На основе данного стенда организовано несколько лабораторных опытов, позволяющих изучить работу панели оператора ОВЕН ИП320 и модулей ввода-вывода:

  •  Построение сети RS-485, в которой панель оператора ИП320 работает в режиме Master, а модули МВА8 и МВУ8 – в режиме Slave.
  •  Конфигурирование с помощью ПК панели оператора ИП320 с целью вывода на индикатор панели графика зависимости температуры в печи от времени, а также сообщения о достижении температурой некоторого заранее установленного значения.
  •  Конфигурирование с помощью ПК модуля ввода МВА8 с целью подключения к нему термопары и передачи в сеть текущих значений температуры в печи.
  •  Конфигурирование с помощью ПК модуля вывода МВУ8 с целью аналогового вывода информации в виде напряжения (выходной элемент типа У) или тока (выходной элемент типа И), а также выключения питания печи с помощью электромагнитного реле (выходной элемент типа Р) при достижении температурой некоторого заранее установленного значения.

  1.  Стенд Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева

В Новомосковском институте РХТУ им. Д.И. Менделеева в лаборатории автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) кафедры «Автоматизация производственных процессов» на базе контроллера ПЛК150 используется установка для проведения лабораторной работы по изучению и исследованию систем адаптивного позиционного регулирования (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Лабораторный стенд на базе ПЛК150

В целом установка включает в себя: объект управления, приборы для измерения и регистрации технологической величины (температуры), средства регулирования (контроллер ОВЕН ПЛК150, реализующий алгоритм адаптивного трехпозиционного регулирования). Текущее значение температуры воды определяется с помощью термопар типа ДТПL-054 (градуировки ХК). Сигнал с одной термопары поступает в многоканальный измерительный преобразователь, который служит в системе для индикации температуры, а со второй термопары сигнал поступает на программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК150, который выполняет функции регулирования. Информация о текущем значении температуры отображается как на цифровом индикаторе, так и мониторе компьютера, подключенного к контроллеру посредством интерфейса RS-232. Программирование многоканального преобразователя выполняется средствами программирования самого прибора.

Лабораторный стенд позволяет синтезировать различные законы управления и наглядно демонстрировать их работу благодаря возможностям ПЛК150. В процессе выполнения работы студенты имеют возможность познакомиться с принципами работы таких систем управления, изучать приборы для измерения температуры, а также проводить сравнительный анализ различных законов управления и делать свой выбор в пользу того или иного регулятора.

  1.  Стенд Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)

На кафедре автоматизации производственных процессов Московского автомобильно-дорожного Государственного технического университета используется учебно-лабораторный стенд по изучению программируемых логических контроллеров на базе ОВЕН ПЛК150.

Данный учебно-лабораторный стенд позволяет изучать принципы программирования ПЛК на примере ОВЕН ПЛК150 с использованием различных языков программирования международного стандарта МЭК 6-1131-3 и программного пакета CoDeSys. В процессе работы студенты налаживают полный интерфейс для оператора с использованием ПК, разрабатывают программу и программируют ПЛК. На макете, имитирующем работу исполнительных механизмов технологического процесса горячего водоснабжения, можно проверять и налаживать разработанную программу управления и т.п.

Рисунок 1.5 - Функциональная схема лабораторного стенда.

Для организации данного стенда компанией ОВЕН, специализирующейся на разработке и поставке программных и аппаратных средств автоматизации, для кафедры АПП в рамках специальной программы по поддержке высших учебных заведений было предоставлено следующее оборудование:

  •  программируемый логический контроллер ПЛК150;
    •  модуль дискретного ввода/вывода (МДВВ);
    •  программное обеспечение для программирования контролеров - CoDeSys.

  1.  Стенд Пятигорского государственного технологического университета 

В Пятигорском Государственном Технологическом Университете используется лабораторный комплекс по обучению студентов работе с ПЛК и программными комплексами, работающими с ПЛК. В качестве ПЛК исользуется ОВЕН ПЛК150, а в качестве программного комплекса – среда программирования CoDeSys V2.3. Прообразом лабораторного комплекса послужила упаковочная машина, широко использующаяся в пищевом производстве.

Рисунок 1.6 - Лабораторный комплекс по изучению управления технологическим процессом

Комплекс состоит из следующих систем:

  •  температурная камера трехзонного регулирования температуры. Температура в камере по зонам поддерживается двумя вариантами: с помощью блоков управления симисторами и тиристорами или с помощью трехфазных твердотельных реле и поддерживает режимы сушки, выпечки, термоусадки пленки;
  •  система лентопротяжного механизма, скорость которого регулируется частотным преобразователем;
  •  пневматическая система открытия и закрытия входных и входных створок с оптическими датчиками наличия объекта на входе и выходе из камеры;
  •  система подготовки воздуха с релейной системой управления компрессором с электроконтактным манометром;
  •  система перемешивания и вытяжки воздуха, в которой регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока осуществляется широтно-импульсной модуляцией через твердотельные реле постоянного тока.

На базе лабораторного комплекса проводятся лабораторные работы по следующим курсам: «Электрооборудование промышленных предприятий» (ЭОПП), «Управление в технических системах» (УТС). По каждой из вышеперечисленных систем создана одна или несколько лабораторных работ, позволяющих получить навыки по согласованной работе ПЛК с различными системами.

По курсу ЭОПП проводятся следующие  лабораторные работы:

  •  изучение блока управления симисторами или тиристорами (БУСТ);
  •  изучение реле (твердотельных, промежуточных, времени) и коммутационного оборудования;
  •  изучение датчиков и преобразователей неэлектрических величин в электрические величины;
  •  работа частотного преобразователя;
  •  управление частотой вращения двигателя постоянного тока.

 

По курсу УТС проводятся лабораторные работы:

  •  изучение системы стабилизации температуры блоками БУСТ;
  •  изучение системы стабилизации температуры твердотельными реле;
  •  позиционные системы управления;
  •  управление преобразователем частоты через внешние терминалы;
  •  управление преобразователем частоты по локальной сети интерфейса RS-485;
  •  совместная работа ПЛК и пневмопривода.


  1.  Выводы по главе 1

Проведенное изучение существующих лабораторных установок показало необходимость создания макета, направленного на:

  1.  закрепление теоретических знаний студентов;
  2.  знакомство студентов с современными приборами автоматизации, в частности с программируемым контроллером
    ОВЕН ПЛК-100 и панелью оператора ОВЕН ИП-320;
  3.  изучение таких языков программирования, как: ST, FBD, IL, LD и др.
  4.  выработку практических навыков управления технологическим процессом по программному алгоритму;
  5.  знакомство и приобретение навыков работы с различными программными средствами: конфигураторами, SCADA-системами.

Исходя из описания лабораторных установок на базе программируемых логических контроллеров, можно сделать вывод о том, что разрабатываемый макет должен состоять из трех основных частей:

  1.  Устройство управления (УУ), состоящее из программируемого контроллера и модулей аналогового ввода и вывода;
  2.  Объект управления (ОУ);
  3.  Блок индикации, моделирующий возможность удаленного наблюдения и управления объектом.


  1.  Анализ лабораторного комплекса 

Для создания макета на базе ПЛК необходимо проанализировать существующий лабораторный комплекс. А именно, устройства управления, объекты управления, их структуру и состав, а также созданные на их базе лабораторные стенды.

Структура лабораторного комплекса

Состав и структура аппаратной части лабораторного комплекса по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления» приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структура лабораторного комплекса

Имеется в наличии два одинаковых макета, каждый из которых содержит нагревательный элемент, вентилятор и датчик температуры. Макет представляет собой камеру, выполненную в виде закрытого со всех сторон металлического корпуса с верхней панелью из оргстекла. Нагревательный элемент расположен на дне камеры, датчик температуры – в верхней ее части. Вентилятор размещается в одной из стенок камеры, в противоположной ее части имеется вентиляционное отверстие, при этом есть возможность полного или частичного его закрытия.

Третий макет содержит  вентилятор, два датчика температуры  ("сухой" и "влажный"), кипятильник,  две ванночки. Все комплектующие заключены в такой же корпус, как и в первом макете. На его дне размещена ванночка  с кипятильником (испаритель воды). Датчики температуры находятся в верхней части камеры, при этом измерительная часть "влажного" датчика обернута марлей, которая контактирует с водой в размещенной ниже ванночке. Вентилятор размещен в одной из стенок камеры, в противоположной ее части имеется вентиляционное отверстие, при этом также обеспечивается возможность полного или частичного его закрытия.

Лабораторный комплекс обеспечивает многофункциональность, мобильность и позволят проводить несколько лабораторных работ. Следовательно, при разработке макета, нужно обеспечить модульность, удобство транспортировки и простоту конструкции.

Исходя из имеющихся макетов, содержащих средства автоматизации ОВЕН, датчики и исполнительные механизмы, выделим из них три идентичных УУ и три ОУ: два одинаковых ОУ-1 и один более сложный ОУ-2, соответствующие рассмотренным выше макетам. УУ предназначено для связи регулятора с ОУ. Также УУ может обмениваться данными и с компьютером, если это предусмотрено техническими возможностями контроллера.

К каждому УУ можно подключить лишь один ОУ и один компьютер. Таким образом, есть три рабочих места для проведения одновременных лабораторных занятий студентов. Так как корпуса УУ и ОУ жестко не крепятся к подставкам и имеют небольшие габаритные размеры, то их можно легко переносить и переустанавливать в любой аудитории, где есть компьютеры (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 - Лабораторный комплекс в лаборатории 1-236


  1.  Обзор объектов управления

Объект регулирования — это технический объект, у которого регулируется какая - либо физическая величина или несколько физических величин. Примерами объектов регулирования являются: печь, в которой поддерживается температура; теплица, в которой поддерживается влажность и температура; емкость, в которой поддерживается уровень. Для осуществления регулирования создается контур регулирования - замкнутая цепь, состоящая из датчика, регулятора, исполнительного механизма и самого объекта регулирования. Часть контура, проходящую через регулятор, называют каналом регулирования. Один объект может включать один или несколько контуров регулирования.

Каждый из объектов управления лабораторного комплекса представляет собой металлический корпус, одна из стенок которого выполнена из оргстекла. На другой стенке размещены необходимые разъемы для питания и связи с УУ.

Все элементы ОУ подключаются к выходным разъемам через провода, для которых в корпусе выделено отдельное пространство, отделенное перегородкой, к которой и крепятся датчики и исполнительные механизмы. В нижней части корпуса размещена лампочка или кипятильник, в верхней – один или два датчика температуры, в зависимости от назначения ОУ. Так для исследования температурных режимов используется два идентичных объекта управления ОУ-1 (рис. 2.3), в каждом из них находятся один датчик температуры, вентилятор и лампочка накаливания.

В ОУ-2 (рис. 2.4), используемом для исследования влажностных и температурных режимов размещены два датчика, установленных один над другим. Под влажным датчиком закреплена ванночка с водой. В ОУ-2 также размещены один вентилятор и кипятильник, помещенный в металлическую емкость с водой. Вентилятор в обоих ОУ размещен между датчиками и нагревательным элементом, что обусловлено циркуляцией холодного воздуха вниз, тёплого – наверх. В стенке корпуса за вентилятором сделано отверстие с задвижкой для забора воздуха и проветривания корпуса. Все провода упорядочены в отведённом для них пространстве, чтобы они не мешали работе вентилятора. Подключение исполнительных устройств в ОУ-1 и ОУ-2 осуществлено к разъёмам АС-2F, а подключение датчиков – к разъёмам DB-15F.

Рисунок 2.3 – Внешний вид ОУ-1

Рисунок 2.4 – Внешний вид ОУ-2


  1.  Обзор устройств управления

Для обеспечения мобильности комплекса, его многофункциональности и удобства эксплуатации в УУ выделяют неподвижную и сменную части. Неподвижная часть представляет собой корпус, выполненный из оргстекла и металлических пластин, и расположенных в нём направляющими полозьями для сменных блоков комплекса. Сменная часть состоит из объединённых лицевой панели и металлической пластины с типовыми разъемами. На ней крепится регулятор или контроллер, для чего в лицевой панели сделано специальное отверстие, и адаптер – на горизонтальной пластине. Для некоторых средств автоматизации не предусмотрена связь с компьютером, поэтому адаптер не подключается.

На задней и верхней стенках корпуса УУ размещены все разъёмы и тумблеры. Одна из боковых стенок выполнена из оргстекла.

В неподвижной части устройства управления отдельно выполнены силовая и сигнальная разводки. Исполнительные механизмы подключаются к разъёму АС-2F, через четыре переключателя (для подключения двух ОУ) и разъём РП14-30Л – к контроллеру. Также объединено питание разъёмов АС-2М и РП14-30Л. К универсальному разъёму РП14-30Л подключаются ОУ и электронно-вычислительная машина (ЭВМ) через соответствующие разъёмы DB-9F и DB-15F. Разводка электрических соединений каждого сменного модуля УУ выполнена на основе схем подключения средств автоматизации ОВЕН, приведенных в паспортах на данные приборы. Лабораторный комплекс предполагает использование шести сменных модулей, содержащих следующие приборы:

  1.  реле-регулятор с таймером ОВЕН ТРМ501;
  2.  регулятор скорости вращения вентилятора ОВЕН ЭРВЕН;
  3.  одноканальный измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ201;
  4.  Пропорционально интегрально дифференциальный (ПИД) регулятор с универсальным входом ОВЕН ТРМ101;
  5.  двухканальный ПИД-регулятор, программируемый по времени ОВЕН ТРМ 151;
  6.  программируемый технологический контроллер для управления температурой и влажностью ОВЕН МПР 51.

  1.  Модуль с реле-регулятором ТРМ501

В состав сменного модуля входит только реле-регулятор с таймером ОВЕН ТРМ501, который не имеет возможности передавать данные на ЭВМ.

Микропроцессорный программируемый реле - регулятор с таймером ОВЕН ТРМ501 (рис. 2.5) предназначен для контроля и управления различными производственными технологическими процессами. Применяется для измерения и регулирования температуры.

Рисунок 2.5 – Внешний вид ОВЕН ТРМ501

Прибор ОВЕН ТРМ501 имеет следующие функциональные возможности:

  •  один универсальный вход для подключения первичных преобразователей (термопреобразователей сопротивления типа ТСМ/ТСП, термопар, датчиков с выходным сигналом тока/напряжения);
  •  преобразование сигнала датчика в значение реальной физической величины;
  •  регулирование входной величины по двухпозиционному закону: запуск и останов регулятора по встроенному таймеру или запуск и останов регулятора независимо от таймера;
  •  встроенный таймер с обратным отсчетом 1...999 секунд управляет процессом регулирования или работает независимо от регулятора;
  •  режим ручного управления процессом регулирования;
  •  дискретный вход для внешнего управления таймером;
  •  два выходных э/м реле: основное — для регулирования и дополнительное — для таймера или аварийного сигнала;
  •  индикация на встроенном трёхразрядном светодиодном цифровом индикаторе текущего значения входной величины и текущего времени таймера;
  •  сохранение в энергонезависимой памяти прибора заданных параметров измерения и регулирования.

Функциональная схема прибора приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 – Функциональная схема ОВЕН ТРМ501

Схема лабораторной установки приведенной на рисунке 2.7, предназначена для одноконтурного регулирования температурой воздуха в камере ОУ-1. При этом автоматически используется лишь один исполнительный механизм – нагреватель, а вентилятор или постоянно включен, или управляется в ручном режиме от кнопок на верхней панели управляющего устройства (УУ).

Рисунок 2.7 –Упрощенная схема экспериментальной установки с ТРМ501

  1.  Модуль с регулятором ЭРВЕН

В состав этого модуля также входит лишь регулятор скорости вращения вентилятора ЭРВЕН, который не имеет связи с компьютером.

Регулятор скорости вращения вентилятора ОВЕН ЭРВЕН (рис. 2.8), предназначен для поддержания по П - закону заданной температуры, измеряемой Positive Temperature Coefficient (PTC) датчиком, за счет изменения скорости вращения вентилятора.

Рисунок 2.8 – Внешний вид ОВЕН ЭРВЕН

Прибор ОВЕН ЭРВЕН имеет следующие функциональные возможности:

- измерение температуры объекта с помощью PTC датчика;

- плавное управление однофазным двигателем вентилятора мощностью до 500Вт;

- индикация температуры объекта;

- индикация относительной скорости вращения вентилятора в % от максимально возможной;

- аварийное сообщение на индикаторе при обрыве датчика;

- программирование кнопками на лицевой панели прибора;

- сохранение заданных параметров при отключении питания;

- защита параметров от несанкционированных изменений.

ЭРВЕН представляет собой П - регулятор с одним входом для подключения PTC-датчика, микропроцессорным блоком обработки данных, формирующим сигнал управления выходным устройством (ВУ). Температуру объекта измеряет PTC-датчик, подключаемый к входу прибора. Функциональная схема прибора приведена на рисунке 2.9. Схема экспериментальной установки, предназначенной для одноконтурного регулирования температурой воздуха, приведена на рисунке 2.10. Также как в схеме с предыдущим модулем при автоматическом управлении задействован лишь один исполнительный механизм – вентилятор (из-за наличия одного ВУ в регуляторе).

Рисунок 2.9 – Функциональная схема ОВЕН ЭРВЕН

Рисунок 2.10 – Схема экспериментальной установки с ЭРВЕН

  1.  Модуль с регулятором ТРМ 201

В состав сменного модуля входят одноканальный измеритель-регулятор ТРМ201-Щ1.Р и адаптер интерфейса АС3, предназначенный для связи прибора с компьютером.

Одноканальный измеритель-регулятор типа ТРМ201 (рис. 2.11) совместно с входным датчиком предназначен для контроля различных технологических производственных процессов и управления ими. Позволяет осуществлять следующие функции:

- измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) с помощью стандартных датчиков;

- регулирование измеряемой величины по двухпозиционному (релейному) закону;

- отображение текущего значения измеряемой величины на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;

- регистрация данных на ПК и установление конфигурации прибора с компьютера через интерфейс RS-485.

Рисунок 2.11 – Внешний вид ТРМ201

В процессе работы ТРМ201 производит опрос входного датчика, вычисляя по полученным данным текущее значение измеряемой величины, отображает его на цифровом индикаторе и выдает соответствующие сигналы на выходное устройство.

Функциональная схема прибора приведена на рисунке 2.12. Прибор включает в себя:

- универсальный вход для подключения первичных преобразователей (датчиков);

- блок обработки данных, предназначенный для цифровой фильтрации, коррекции и регулирования входной величины;- выходное устройство (ВУ), которое в зависимости от модификации прибора может быть ключевого или аналогового типа;- два цифровых индикатора для отображения регулируемой величины и ее уставки.

Логическое устройство (ЛУ), входящее в блок обработки данных, формирует сигналы управления выходным устройством в соответствии с заданными режимами работы.

Рисунок 2.12 – Функциональная схема ОВЕН ТРМ201

ЛУ установленного в модуль прибора ТРМ201 работает в режиме двухпозиционного регулятора, так как ВУ (выходное устройство) - ключевого типа (модификация ТРМ201-Щ1.Р).

Адаптер интерфейса RS-232/RS-485 ОВЕН АС3 (рис. 2.13) предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485 и подключения до 32 приборов к одному последовательному порту компьютера.

Рисунок 2.13 – Внешний вид адаптера ОВЕН АС3

Упрощенная схема лабораторной установки для исследования одноконтурной системы управления температурой воздуха в камере ОУ-1 с использованием вентилятора и лампы накаливания приведена на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 – Схема экспериментальной установки с ТРМ201

  1.  Модуль с ПИД-регулятором ТРМ101

В состав сменного модуля входят измеритель-регулятор микропроцессорный ТРМ101-РИ и адаптер интерфейса АС3, предназначенный для обмена данными с компьютером.

Прибор ТРМ101 (рис. 2.15) в комплекте с первичным преобразователем предназначен для измерения физического параметра контролируемого объекта, отображения измеренного параметра на встроенном цифровом индикаторе; а также для формирования сигналов управления встроенными выходными устройствами, которые осуществляют регулирование измеряемого параметра.

Рисунок 2.15 – Внешний вид ОВЕН ТРМ101

Прибор может выполнять следующие функции:

  1.  измерение температуры или другой физической величины;
    1.  регулирование измеряемой величины по ПИД - закону путем импульсного или аналогового управления;
      1.  автонастройка регулятора на установленном объекте;
      2.  определение аварийной ситуации при выходе измеряемого параметра за заданные границы и при обрыве в контуре регулирования;
      3.  обнаружение ошибок работы и определение причины неисправности;
      4.  работа в сети, организованной по стандарту RS-485;
      5.  дистанционное управление запуском и остановкой регулирования.

Функциональная схема прибора приведена на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 – Функциональная схема ОВЕН ТРМ101

Упрощенная схема экспериментальной установки одноконтурного регулирования температурой воздуха внутри ОУ-1 приведена на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17 – Схема экспериментальной установки с ТРМ 101

  1.  Модуль с ПИД-регулятором ТРМ151

Сменный модуль содержит двухканальный ПИД-регулятор, программируемый по времени ОВЕН ТРМ151-Щ1.РР.01 и адаптер интерфейса АС3 для связи с ЭВМ.

Универсальный двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151 (рис. 2.18) предназначен для построения автоматических систем контроля и управления производственными технологическими процессами в различных областях промышленности, сельского и коммунального хозяйства.

Рисунок 2.18 – Внешний вид ОВЕН ТРМ151

Прибор ТРМ151 выполняет следующие основные функции:

  1.  измерение двух физических величин, контролируемых входными первичными преобразователями;
  2.  цифровая фильтрация для уменьшения влияния на результат измерения промышленных импульсных помех;
  3.  коррекция измеренных величин для устранения погрешностей первичных преобразователей;
  4.  отображение результатов измерений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе;
  5.  регулирование измеренных физических величин по ПИД или двухпозиционному закону;
  6.  изменение уставок регулируемых величин по заданной программе;
  7.  формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе;
  8.  отображение на встроенном светодиодном цифровом индикаторе текущих значений параметров технологической программы и мощности, подаваемой на исполнительный механизм;
  9.  формирование команды ручного управления исполнительными механизмами и устройствами с клавиатуры прибора;
  10.  передача в сеть RS-485 текущих значений любых измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров программы технолога;
  11.  изменение значений программируемых параметров прибора с помощью клавиатуры управления на его передней панели;
  12.  сохранение заданных программируемых параметров в энергонезависимой памяти при отключении напряжения питания.

На рисунке 2.19 представлена структурная схема прибора.

Рисунок 2.19 – Структурная схема прибора ТРМ151

Схема экспериментальной установки, предназначенной для исследования двухконтурной системы регулирования (температуры воздуха и влажности) с использованием вентилятора и кипятильника, приведена на рисунке 2.20.

Рисунок 2.20 – Схема экспериментальной установки с ТРМ151

  1.  Модуль с контроллером МПР 51

В модуль входят регулятор температуры и влажности программируемый по времени ОВЕН МПР51 и адаптер интерфейса АС2, предназначенный для преобразования сигналов прибора в виде «токовой петли» в сигналы интерфейса RS - 232 и обратно.

Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4 (рис. 2.21) предназначен для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, в инкубаторах, при сушке макарон, изготовлении железобетонных конструкций, сушке древесины, в климатических камерах и пр. по заданной пользователем программе.

Рисунок 2.21 – Внешний вид ОВЕН МПР51

Прибор МПР51 позволяет осуществлять следующие функции:

  1.  измерение трех параметров: температуры камеры («сухого» термометра) Тсух; температуры «влажного» термометра Твлаж; температуры продукта Тпрод;
  2.  вычисление двух дополнительных параметров: разности температур сухого и влажного термометров и влажности  психрометрическим методом;
  3.  регулирование по заданной пользователем программе;
  4.  автонастройка ПИД-регуляторов;
  5.  установка уровней защиты настроек прибора для разных групп специалистов;
  6.  регистрация контролируемых параметров на ЭВМ через адаптер сети ОВЕН АС2 по интерфейсу RS 232.

Функциональная схема прибора (рис. 2.22) содержит:

  1.  5 входных устройств, на которые поступают сигналы от датчиков температуры «сухого» термометра Тсух, «влажного» термометра Твлаж, продукта Тпрод и датчиков положения «Задвижка 1» и «Задвижка 2»;
  2.  2 ПИД – регулятора;
  3.  4 компаратора, предназначенных для сравнения входной величины с эталонной;
  4.  6 цифровых фильтров для ослабления влияния внешних импульсных помех на качество регулирования;
  5.  устройство для вычисления разности температур Т и относительной влажности ;
  6.  задатчик программ управления (программ технолога);
  7.  8 выходных транзисторных ключей, использующихся для управления дополнительным оборудованием;
  8.  5 выходных реле для подключения выходных устройств;
  9.  устройство-сигнализатор об окончании выполнения программы технолога;
  10.  устройство связи с компьютером, индикаторы.

Рисунок 2.22 – Функциональная схема прибора МПР51

Адаптер интерфейса ОВЕН АС2 (рис. 2.23) применяется для подключения к последовательному COM-порту IBM-совместимого компьютера до 8 многоканальных приборов серий ТРМ32, ТРМ33, ТРМ38, МПР51 и др.

Функциональные возможности адаптера: подключение от 1 до 8 приборов к одному последовательному порту компьютера; преобразование сигнала интерфейса RS-232 в «токовую петлю» и обратно; наличие встроенного источника питания; гальваническая развязка.

Рисунок 2.23 – Внешний вид адаптера ОВЕН АС2

Упрощенная схема лабораторной установки, предназначенной для исследования двухконтурной системы регулирования (температуры воздуха и влажности) с использованием вентилятора и кипятильника, приведена на рисунке 2.24. Из-за отсутствия камеры, где можно измерять температуру продукта, к соответствующим входам контроллера подключено сопротивление 56 Ом – для имитации сигнала.

Рисунок 2.24 – Схема экспериментальной установки с МПР51

  1.  Выводы по главе 2

Таким образом, на основании проведенного анализа имеющегося лабораторного комплекса, необходимо спроектировать устройство управления на базе ПЛК. Оно должно быть реализовано в виде сменного блока, в котором будут располагаться все необходимые модули и контроллер. Расположить их необходимо таким образом, чтобы обеспечить наглядность силовой и сигнальной разводки. При необходимости сменный модуль можно будет подключить к неподвижной части для проведения лабораторных и практических занятий, т.е. модуль должен обладать конструктивной и электрической совместимостью с существующими макетами. Все эти требования должны быть положены в основу разработки электрических схем, внешнего вида и конструкции устройства управления.


  1.  Разработка аппаратной части лабораторного макета

Лабораторный комплекс состоит из ряда стендов, позволяющих осуществлять управление температурой воздуха и влажностью. Каждый из стендов состоит из УУ и ОУ. Объекты управления представляют собой сочетание имитаторов технологического оборудования и процессов, датчиков, исполнительных механизмов. Устройство управления необходимо реализовать по модульному принципу на основе сменного блока, содержащего контроллер и необходимые модули расширения.

Общая структурная схема исследуемых систем в лабораторном комплексе выглядит следующим образом (рис. 3.1):

Рисунок 3.1 – Структурная схема исследуемых систем регулирования

В качестве управляемой величины выберем температуру, т.к. при измерении влажности возникают неточности и скорость регулирования влажности ниже. Это послужило решающим фактором при выборе объекта управления, предназначенного для тестирования устройства управления.

Известные на данный момент способы измерения температуры можно поделить на две группы: контактные и бесконтактные методы. При использовании приборов первой группы (например, термопар, термоанемометров, акустических анемометров др.) приходится в той или иной степени принимать во внимание особенности теплообмена между объектом, термометром и внешней средой, так как контактные термометры непосредственно контактируют с объектом. При измерении температуры с помощью оптических методов (интерферометрический, оптико-голографический и др.) температурное поле объекта измерения не искажается. Высокая чувствительность и точность измерений обусловливают применение оптических методов в изучении сложных процессов, сопровождающихся резкими колебаниями характеристик процесса.

Описание средств автоматизации

Программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК100 (рис. 3.2) применяется для построения распределенных систем управления и диспетчеризации, причем как на базе проводных, так и беспроводных средств. Его применяют в таких отраслях как: производство и модернизация автоматики котельных, управление малыми станками и механизмами, климатическое оборудование, торговое оборудование, строительное производство, системы сбора данных и диспетчеризации, и т.д.

Рисунок 3.2 – Внешний вид ОВЕН ПЛК100

Функциональные возможности прибора:

  •  среда программирования CoDeSys;
  •  контроллер имеет встроенные интерфейсы Ethernet, RS-485,
    RS-232, USB;
  •  поддержка протоколов ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, DCON, Modbus TCP, GateWay;
  •  все дискретные входы могут функционировать в режиме импульсного счетчика, триггера или энкодера;
  •  возможность расширения путем подключения модулей ввода/вывода;
  •  встроенные часы реального времени;
  •  встроенный аккумуляторный источник резервного питания;
  •  встроенный динамик для подачи звуковых сигналов;
  •  возможность «горячей» замены программы без остановки контроллера.

Контроллер имеет четыре гальванические развязки по портам питания, вывода и интерфейсов RS-485, Ethernet, что повышает его электробезопасность. В нем применяется 32-х битный микропроцессор RISC-архитектуры. Объем оперативной памяти 8 Мбайт, объем памяти для хранения программ 4 Мбайт.  Большой объем внутренней памяти позволяет производить вычисления и составлять пользовательские программы для быстродействующих процессов или объектов высокого уровня сложности. Программирование и перепрошивка контроллера осуществляется по интерфейсам RS-232, Ethernet или USB. При этом подключение к ПК производится стандартным кабелем, входящим в комплект поставки. Будем использовать прибор с модификацией ПЛК100-220.Р. Это значит, что напряжение питания контроллера ~220 В, а дискретные выходы представляют собой 6 электромагнитных реле.

Возможная схема работы контроллера в промышленной сети приведена на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 – Возможная схема работы ПЛК100

Габаритные размеры прибора ПЛК100: 105х90х65 мм.

Чтобы подключить к контроллеру температурные датчики, потребуется разместить в корпусе устройства управления модуль ввода аналоговый. Выберем прибор того же производителя, а именно, ОВЕН МВА8 (рис. 3.4). Этот модуль имеет 8 универсальных входов для подключения датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня, и т.д. Обычно используется в качестве модуля расширения входов для ОВЕН ПЛК или других программируемых контроллеров. Связь контроллера с модулем осуществляется по интерфейсу RS-485.

Рисунок 3.4 – Внешний вид ОВЕН МВА8

Функциональные возможности ОВЕН МВА8:

  •  8 универсальных входов для подключения широкого спектра датчиков;
  •  цифровая фильтрация и коррекция входных сигналов;
  •  передача измеренных значений по интерфейсу RS-485;
  •  поддержка протоколов Modbus (ASCII, RTU), DCON, ОВЕН;
  •  помехоустойчивость благодаря импульсному источнику питания

Рисунок 3.5 – Функциональная схема ОВЕН МВА8

Габаритные размеры прибора МВА8: 157x86x57 мм.

Также в устройстве управления необходимо разместить модуль вывода для обеспечения возможности расширения лабораторного комплекса. Он используется для интеллектуального управления исполнительными механизмами. Будем использовать управляющий модуль вывода ОВЕН МВУ8 (рис. 3.6), имеющий до 8 каналов управления различными исполнительными механизмами.

Рисунок 3.6 – Внешний вид ОВЕН МВУ8


Функциональные возможности ОВЕН МВУ8:

  •  8 каналов управления различными исполнительными механизмами:
  •  2-х позиционными;
  •  3-х позиционными;
  •  Исполнительный механизм (ИМ) с аналоговым управлением
  •  непосредственное управление ИМ по сигналу SCADA-системы или программируемого контроллера;
  •  возможность интеллектуального управления:
  •  генерация управляющего ШИМ-сигнала заданной скважности по расчетной мощности, полученной из сети RS-485 от ПИД-регулятора;
  •  управление сложными системами ИМ, например системой «нагреватель – холодильник», группой ТЭНов, системами дискретной сигнализации и т.п.;
  •  контроль нахождения в заданных пределах значения физической величины, поступающей из сети RS-485;
  •  автоматический перевод ИМ в аварийный режим работы при нарушении сетевого обмена
  •  поддержка протоколов Modbus (ASCII, RTU), DCON, ОВЕН;
  •  помехоустойчивость благодаря импульсному источнику питания

Рисунок 3.7 – Функциональная схема ОВЕН МВУ8

Габаритные размеры прибора МВУ8: 157x86x58 мм.


  1.  Разработка структурной и функциональной схемы

Таким образом, в сменной части устройства управления будут находиться: контроллер ОВЕН ПЛК100, модуль ввода ОВЕН МВА8 и модуль вывода ОВЕН МВУ8. Необходимо подключить все эти устройства к сети RS-485, через нее будет происходить обмен данными между модулями и контроллером, а также возможен сбор данных от регуляторов, имеющих возможность подключения к промышленной сети. На базе УУ можно создать и более сложные системы с несколькими каналами управления, это необходимо отразить на схеме. Количество каналов управления определяет количество входов и выходов модулей. Для отображения поступающей на контроллер информации подключим его к компьютеру через интерфейс RS-232. Программирование контроллера будет происходить через вход на лицевой панели прибора. Также необходимо учесть возможность обмена данными контроллера с сетью Ethernet. Полученная структурная схема лабораторного стенда представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Структурная схема лабораторного стенда

Исходя из структурной схемы, построим функциональную схему стенда. Выберем такие же разъемы, которые используются в ОУ, и добавим необходимые разъемы для подключения к компьютеру, к сети Ethernet и к сети RS-485. Функциональная схема стенда изображена на рисунке 3.9.

 

Рисунок 3.9 – Функциональная схема стенда


  1.  Разработка схемы электрических соединений

Объект управления 1, как было определено выше, включает в себя два исполнительных устройства: вентилятор и лампу накаливания, а также датчик температуры. Подключение исполнительных устройств осуществляется через разъём АС-2F, подключение датчиков – через разъём DB-15F (рис.3.10).

 

Рисунок 3.10 – Схема электрических соединений объекта управления 1

Произведем разводку устройства управления. Вначале подключим неподвижную часть устройства управления, именуемую шасси. Здесь отдельно выполним силовую и сигнальную разводку. Исполнительные устройства (ИУ) подключаются к разъёму АС-2F, через четыре переключателя (для подключения нагревателя и вентилятора от двух ОУ) и разъём РП14-30Л – к контроллеру. Переключатели необходимы для ручного включения/выключения ИУ, а также для перехода в автоматический режим. Также нужно объединить питание разъёмов АС-2М и РП14-30Л. На второй, сигнальный разъем РП14-30Л, подключаем все датчики, Ethernet, RS-485 и RS-232.

Разводку подвижной части производим в соответствии с неподвижной частью. Разводим питание ~220 для модулей и контроллера. Датчики подключаем к входам МВА8, а ИУ к МВУ8 в соответствии со схемами подключения. К контроллеру подводим сеть Ethernet и RS-232. К модулям и контроллеру подводим сеть RS-485.

Разработаны схемы электрических соединений между объектом управления и устройством управления. Схемы электрических соединений приведены в приложении В.


  1.  Разработка конструкции устройства управления

Устройство управления состоит из стационарной и подвижной части.

Корпус с расположенными на нём разъёмами стационарный и универсальный, а сменная часть вдвигается с помощью специальных полозий.

Для того чтобы успешно спроектировать конструкцию подвижной части УУ, необходимо провести обзор готовой, использующейся в лаборатории стационарной части УУ.

В стационарной части УУ применяются универсальные разъемы с учетом подключения максимального количества устройств, используемых в лабораторных работах.

Подключение регуляторов к ЭВМ производится через разъем DB-9F, а подключение объектов управления осуществляется через разъемы DB-15F. Данные разъемы отличаются только количеством контактов и, соответственно, размерами, остальные характеристики у них одинаковые.

Рисунок 3.11 – Внешний вид DB-9F

Рисунок 3.12 – Чертёж разъёма DB

Таблица 3.1 – Размеры для DB-9F и DB-15F

Код разъёма

А

B

C

D

E

F

DB-9F

16,3

25,0

30,8

12,5

19,3

12,4

DB-15F

24,7

33,3

39,1

12,5

27,5

12,4

Основные характеристики данных разъёмов:

- материал корпуса: сталь, покрытая цинком или оловом;

- материал контактов: фосф.бронза, золото поверх никеля;

- изолятор: полистирол, усиленный стекловолокном UL -94V –O.

Электрические характеристики:

- предельный ток: 5 A (на контакт);

- предельное напряжение: 1000 В АС в течение 1 мин.;

- сопротивление изолятора: не менее 1000 МОм;

- сопротивление контакта: не более 10 v3 Ом.

Эксплуатационные характеристики: допустимые температуры: от -55 до +105 0C.

Для подключения сетевого шнура используется разъём АС-2F (220В), для разводки силовых сигналов на исполнительные устройства, т.е. для управления лампой накаливания и вентилятором, используется АС-2М.

Рисунок 3.13 – Внешний вид АС-2F

Рисунок 3.14 – Чертёж разъёма АС-2F  

Для разъёма АС-2 характерно:

  •  материал изолятора: РВТ, усиленный стекловолокном, UL-94V-O.

Электрические характеристики:

  •  рабочий ток: 10А при 250В;
  •  предельное напряжение: 2000В;
  •  сопротивление изолятора: не менее 1000 МОм.

Исходя из конструктивных особенностей устройства управления, а именно, построения его по принципу Mobil rack, используются 30-ти контактные разъемы РП14-30Л. На неподвижной части устройства управления размещен РП14-30Л F, соответственно, на стационарной - РП14-30Л M.

Внешний вид разъема приведен на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 – Внешний вид РП14-30Л

По одному из них выполнена сигнальная разводка, по другому – силовая.

Для включения/выключения питания лабораторных стендов используется переключатель сетевой четырёхконтактный В100R (250В, 4А).

Рисунок 3.16 – Чертёж переключателя B100R

Для того чтобы можно было работать как в автоматическом, так и в ручном режимах, предусмотрена возможность переключения данных режимов. Для этого применяется трёхконтактный переключатель B100J (250В, 3А) с возможными положениями ON – OFF – ON. Данных переключателей 4 шт., два из них необходимы для управления лампой накаливания и вентилятором, остальные два аналогичны по функциям, но для второго объекта управления.

Рисунок 3.17 – Чертёж переключателя B100J

Для подключения к сети Ethernet на задней стенке УУ необходимо предусмотреть соответствующий разъем. Внешний вид розетки 8p8c отображен на рисунке 3.18.

Рисунок 3.18 – Внешний вид розетки разъема 8p8c  

Внешний вид и чертеж вилки данного разъема изображен на рисунке 3.19 и на рисунке 3.20.

Характеристики разъема:

  •  предельный ток 1.5А при 125В;
  •  предельное напряжение 500В;
  •  сопротивление изолятора не менее 500 МОм;
  •  сопротивление контакта не более 0.035 Ом;
  •  допустимые температуры: от 0 0С до + 700С.

Рисунок 3.19 – Внешний вид вилки разъема 8p8c  

Рисунок 3.20 – Чертеж разъема 8p8c

В сменной части УУ должны быть размещены: контроллер ОВЕН ПЛК-100, модуль ввода МВА-8, модуль вывода МВУ-8. Контроллер разместим на лицевой части сменного блока и закрепим с помощью стандартной Din-рейки. Исходя из габаритов модулей и удобства подключения кабелей, расположим их горизонтально, один над другим. Закрепим модули на такие же Din-рейки, что позволит без проблем снимать модули с подвижного блока.

Чертеж сменной части устройства управления приведен в приложении Г.

 

  1.  Выводы по главе 3

В данном разделе было выбрано и описано оборудование, необходимое для построения сменной части УУ. Были разработаны структурная и функциональная схемы макета, схемы электрических соединений, а также чертежи конструкции сменной части УУ.

Таким образом, в стационарной части УУ нужно доработать: расположить разъем 8p8c для Ethernet на задней стенке устройства управления, разъем для сети RS-485. Разъем DB-9F, расположенный на задней стенке УУ для подключения регулятора к компьютеру, можно использовать  для подключения блока индикации к контроллеру.

Возможно размещение дополнительных разъемов или прокладка жгута для подключения большего количества объектов управления. Их количество определяет число входов МВА8 и выходов МВУ8.

После разработки и изготовления макета необходимо приступить к конфигурированию модулей и программированию контроллера.


  1.  Конфигурирование и программирование макета

Конфигурирование модулей

Для задания адресов модулей в сети RS-485, для выбора типов датчиков и выходных элементов необходимо воспользоваться специальными программами, входящими в комплект поставки модулей: «Конфигуратор МВУ8» и «Конфигуратор МВА8». Чтобы подключить компьютер к сети RS-485 будем использовать преобразователь интерфейса ОВЕН АС4 (рис. 4.1). Это автоматический преобразователь, предназначенный для преобразования сигналов интерфейса USB и RS-485.

Рисунок 4.1 – Преобразователь интерфейса ОВЕН АС4

Функциональные возможности прибора:

  •  взаимное преобразование сигналов интерфейсов USB и RS-485;
  •  автоматическое определение направления передачи данных;
  •  гальваническая изоляция входов;
  •  создание виртуального COM-порта при подключении прибора к компьютеру, что позволяет без дополнительной адаптации использовать информационные системы (SCADA, конфигураторы), работающие с аппаратным СОМ-портом;
  •  питание от шины USB;
  •  встроенные согласующие резисторы.

Схема подключения прибора к сети RS-485 приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Схема подключения ОВЕН АС4

После установки на компьютер драйвера прибора АС4, который идет в комплекте поставки, подключаем прибор к сети RS-485 согласно схеме подключения.

  1.  Конфигурирование МВУ8

МВУ8 может работать по одному из четырех протоколов обмена информацией: ОВЕН, ModBus RTU, ModBus ASCII или DCON. Конфигурирование прибора осуществляется только по протоколу ОВЕН, и «Конфигуратор МВУ8» работает по протоколу ОВЕН. После запуска программа устанавливает связь с прибором. При первом подключении прибора, необходимо выбрать параметры установки связи с прибором (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Установка связи с прибором

COM-порт выбирается в соответствии с виртуальным портом, созданным драйвером ОВЕН АС4. Если установить связь с прибором не удается, необходимо восстановить заводские значения сетевых параметров прибора, нажать кнопку «Заводские сетевые настройки» и повторить попытку установления связи.

После установления связи с прибором необходимо выбрать сетевые параметры прибора. Значение базового адреса прибора необходимо выбирать кратным 8, так как каждый выходной элемент прибора будет иметь свой сетевой адрес. Зададим адрес прибора в сети – 16. Это значит, что последний – восьмой выходной элемент модуля будет иметь адрес 23. Выберем также протокол обмена – ОВЕН. Остальные сетевые параметры прибора оставим без изменения. Окно конфигуратора изображено на рисунке 4.4. После изменения всех параметров необходимо выполнить команду: «Прибор – Записать все параметры».

Рисунок 4.4 – Окно конфигуратора МВУ8

  1.  Конфигурирование МВА8

ОВЕН МВА8 так же как и МВУ8 может работать по одному из четырех протоколов обмена информацией о результатах измерений: ОВЕН, ModBus RTU, ModBus ASCII или DCON. Конфигурирование прибора осуществляется только по протоколу ОВЕН, и «Конфигуратор МВА8» работает по протоколу ОВЕН. Подключение прибора происходит идентичным образом, что и подключение ОВЕН МВУ8. При конфигурировании прибора требуется изменить его базовый адрес на 24. Это означает, что адрес последнего входа прибора будет равен 31. Далее выбираем протокол обмена – ОВЕН.

Также необходимо указать типы датчиков, которые используются в объектах управления. Во входах №1 и №2 укажем типы датчиков – «ТСМ50М (Cu 50) W100=1,426» в соответствии с используемыми температурными датчиками. W100 – это параметр, определяющий отношение сопротивления датчика при температуре 100°С, к сопротивлению датчика при температуре 0°С. Выберем для обоих датчиков нижнюю границу диапазона измерения активного датчика – «-50». Верхняя граница диапазона измерения активного датчика – «300», в соответствии с модификацией используемых в объектах управления датчиков.

После внесения всех изменений в конфигурации МВА8 необходимо выполнить команду меню «Прибор МВА8 – Записать все параметры».

Окно конфигуратора с внесенными изменениями показано на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Окно конфигуратора МВА8

После конфигурирования модулей МВА8 и МВУ8 для работы в сети RS-485 по протоколу ОВЕН и задания типов датчиков, используемых в объектах управления, необходимо настроить среду программирования контроллеров CoDeSys для работы с ПЛК100.


  1.  Программирование в среде CoDeSys

  1.  Описание среды программирования

Для программирования контроллеров ОВЕН ПЛК используется среда программирования CoDeSys v.2.3. Среда программирования CoDeSys разработана немецкой компанией 3S-Software для программирования контроллеров различных производителей. Так, с помощью этой же среды программируются контроллеры Wago, Beckhoff, ABB. CoDeSys включает в себя следующие основные компоненты:

  •  система исполнения;
  •  среда программирования.

Графическая оболочка устанавливается на компьютер. Служит для создания проекта, его отладки, и перевода на машинный язык (компилирование). Среда программирования включает:

  •  редактор, компилятор и отладчик МЭК-проектов;
  •  поддержку 5 языков программирования;
  •  средства построения и конфигурирования периферийных модулей ввода/вывода ПЛК (PLC Configuration);
  •  средства создания визуализации;
  •  средства коммуникаций.

Перед тем как создать проект в CoDeSys ознакомимся с понятиями цикла ПЛК, проекта CoDeSys, его библиотеками. А также с доступными языками программирования. Рассмотрим понятие программного компонента (POU).

Цикл ПЛК

Программы, написанные для исполнения на ПК и ПЛК, различаются. Исполнение программы в ПЛК происходит циклически. Это означает, что в течение заданного интервала времени (времени цикла ПЛК) система исполнения:

  •  считывает значения из области входов;
  •  вызывает и один раз выполняет необходимую программу (PLC_PRG по умолчанию);
  •  пройдя алгоритм от начала и до конца, записывает результаты его работы в память выходов.

Затем эти операции повторяются вновь. Время цикла ПЛК зависит от объема и сложности программы ПЛК. Для простой программы время цикла ОВЕН ПЛК составляет 1 мс, для более сложных программ оно может увеличиться. Время опроса датчиков или подключенных сетевых устройств, а также время изменения состояния выходов не связаны напрямую со временем цикла ПЛК. Работа с интерфейсами, входами и выходами и исполнение цикла ПЛК производятся параллельно.

Рисунок 4.6 – Цикл ПЛК

Проект CoDeSys

Проект включает в себя:

  •  написанные пользователем программы (POU), описывающие алгоритм работы ПЛК;
  •  конфигурирование периферийного оборудования и драйверов ввода/вывода (PLC Configurations);
  •  визуализации процесса управления (Visualizations) и т. д.

Все эти компоненты хранятся в одном файле с расширением *.pro. Проект однозначно связан с версией target-файла. При смене версии target-файла или замене модели ПЛК необходимо внести изменения в проект с тем, чтобы устранить несоответствия между версиями.

POU (Program Organization Unit)

К программным компонентам (POU) относятся функциональные блоки, функции и программы. Отдельные POU могут включать действия (подпрограммы). Каждый программный компонент состоит из раздела объявлений и кода. Для написания всего кода POU используется только один из  языков программирования (IL, ST, FBD, SFC, LD или CFC). CoDeSys поддерживает все описанные стандартом МЭК компоненты. Для их использования достаточно включить в свой проект библиотеку standard.lib. POU могут вызывать другие POU, но рекурсии недопустимы.

Функция – это POU, который возвращает только единственное значение (которое может состоять из нескольких элементов, если это битовое поле или структура). В текстовых языках функция вызывается как оператор и может входить в выражения.

Функциональный блок - это POU, который принимает и возвращает произвольное число значений. В отличие от функции функциональный блок не формирует возвращаемое значение.

Программа – это POU, способный формировать произвольное значение во время вычислений. Значения всех переменных программы сохраняются между вызовами. В отличие от функционального блока экземпляров программы не существует. Программа является глобальной во всем проекте.

Ресурсы

Ресурсы отвечают за конфигурацию проекта, включая:

  •  Глобальные переменные, используемые во всем проекте;
  •  Менеджер библиотек (Library manager) для подключения необходимых библиотек к проекту;
  •  Журнал записи действий во время исполнения;
  •  Конфигуратор тревог (Alarm Configuration) для конфигурирования обработки тревог в проекте;
  •  Конфигуратор ПЛК (PLC Configuration) для конфигурирования аппаратуры контроллера;
  •  Конфигуратор задач (Task Configuration) для управления задачами;
  •  Менеджер рецептов (Watch and Receipt Manager) для просмотра и заказа наборов значений переменных;
  •  Опции целевой системы (Target Settings);
  •  Рабочая область для отображения опций проекта.

В зависимости от системы исполнения и ее опций могут подключаться дополнительные объекты:

  •  Sampling Trace - для задания графической трассировки значений переменных;
  •  ParameterManager - для взаимодействия с другими контроллерами в сети;
  •  PLC-Browser - монитор ПЛК;
  •  Tools – для вызова внешних, специфичных для каждой платформы инструментов;
  •  SoftMotion – компоненты системы управления движением (в соответствии с лицензией), редакторы CNC и CAM.

Языки программирования

Стандартом МЭК предусмотрено 5 языков программирования ПЛК: IL, LD, FBD, ST, SFC. При разработке проекта пользователь может выбрать любой из языков для написания конкретного программного модуля (POU). В рамках одного проекта могут присутствовать программные модули, написанные на разных языках. В CoDeSys поддержаны все 5 языков, а также один дополнительный.

IL (Instruction List) – Список инструкций – язык прог раммирования, напоминающий ассемблер Siemens STEP7. Все операции производятся через ячейку памяти, «аккумулятор», в который программа записывает результаты произведенных действий.

Рисунок 4.7 – Пример программы на языке IL

LD (Ladder Diagram) – Релейные диаграммы – графический язык программирования, использующий принципы построения электрических схем. С помощью элементов «контакт» и «катушка» пользователь собирает схему прохождения сигнала. Язык удобен для реализации логических алгоритмов работы с дискретными сигналами.

Рисунок 4.8 – Пример программы на языке LD

FBD (Functional Block Diagram) – Диаграмма функциональных блоков – графический язык программирования. Все действия и операторы, используемые в данном языке, представляются в виде функциональных блоков (ФБ). ФБ имеют входы и выходы определенных типов, которые могут быть связаны между собой. Помимо стандартных ФБ пользователь может вставлять в алгоритм собственные POU, созданные в рамках данного проекта или реализованные в подключенных к проекту библиотеках. В CoDeSys реализован улучшенный язык программирования с помощью функциональных блоков, получивший обозначение CFC.

Рисунок 4.9 – Пример программы на языке FBD

ST (Structured Text) – Структурный текст – текстовый язык программирования, схожий с языком высокого уровня (C, Pascal). Язык ST удобен для реализации сложных вычислений, циклов и условий, для работы с аналоговыми сигналами.

Рисунок 4.10 – Пример программы на языке ST

SFC (Sequentional Functional Chart) – Последовательные функциональные схемы – графический язык, приспособленный для создания последовательности этапов алгоритма работы. Каждый этап реализуется на любом удобном для пользователя языке. Язык удобен для создания алгоритмов управления сложными процессами, имеющими несколько ступеней, написания моделей автоматов.

Рисунок 4.11 – Пример программы на языке SFC

Библиотеки CoSeSys

Файл с расширением *.lib, содержащий совокупность уже созданных

программных модулей. Библиотеки часто содержат следующие программные модули:

  •  реализованные функции стандартных вычислений (сложение, вычитание, умножение, счетчики времени, триггеры и т. д.);
  •  реализованные функции сложных алгебраических вычислений (тригонометрические и логарифмические функции, преобразования типов данных, генераторы сигналов, П, ПИ, ПИД-регуляторы, интеграторы, графики);
  •  реализованные функции, позволяющие работать со специализированными и низкоуровневыми функциями контроллера.

Библиотеки могут быть созданы:

  •  cоздателем среды программирования CoDeSys (Standart.lib, Util.lib, SysLibTime.lib и т. д.);
  •  производителем контроллеров (компанией ОВЕН созданы библиотеки PID_Regulator.lib, UNM.lib);
  •  непосредственно конечным пользователем – пользователь сам может создавать библиотеки, включая в них программные модули, написанные единожды, но которые ему могут в дальнейшем понадобиться.

Элементы библиотек становятся доступны для использования при подключении библиотеки к конкретному проекту. Подключение библиотек производится с помощью ресурса Library manager (Менеджер библиотек).

  1.  Создание и настройка проекта CoDeSys для работы с макетом

После установки среды программирования CoDeSys v.2.3 для работы с ОВЕН ПЛК100 требуется установить target-файл. Он необходим для того, чтобы указать среде программирования, для какого типа контроллера пишется проект. Target-файл содержит в себе системную информацию о подключаемом ПЛК:

  •  наличие и тип физических входов и выходов контроллера;
  •  описание ресурсов контроллера;
  •  расположение данных в памяти.

Для установки Target-файла запускаем программу InstallTarget, которая идет в комплекте с программой CoDeSys. Окно программы изображено на рисунке 4.12. Устанавливаем target-файл в соответствии с моделью имеющегося контроллера – «ПЛК100-220.R.L».

Рисунок 4.12 – Установка Target-файла

Далее необходимо настроить связь компьютера с ПЛК100 в среде CoDeSys. Для этого запустим программу CoDeSys v2.3. Окно программы приведено на рисунке 4.13.

Рисунок 4.13 – Окно программы CoDeSys

Создадим новый проект, выполнив команду меню «File - New». После этого необходимо выбрать установленный нами target-файл (рис. 4.14).

Рисунок 4.14 – Выбор target-файла

Выберем тип проекта: программа. И язык, на котором будем писать программу, например FBD (рис.4.15).

Рисунок 4.15 – Создание программного компонента

Контроллер ПЛК100 и компьютер соединяются по интерфейсу RS-232. Создадим соответствующее соединение в проекте, выполнив команду «OnlineCommunication Parameters». Выберем тип подключения – Serial (RS-232), последовательный порт компьютера, к которому подключен макет – COM1 или COM2. Зададим максимальную скорость обмена – 115200 бит/с.

Рисунок 4.16 – Задание параметров подключения макета

Для того чтобы установить связь между контроллером и модулями, обратимся к одному из ресурсов проекта – PLC Configuration. Внешний вид окна конфигуратора ПЛК изображен на рисунке 4.17. Здесь отображаются все ресурсы контроллера, которые программа извлекла из target-файла. На рисунке мы видим 8 входов и 8 выходов контроллера. Для каждого из них можно задать имя, чтобы в дальнейшем использовать в проекте. Здесь же можно изменить параметры входов и выходов, а также параметры работы цикла ПЛК.

Рисунок 4.17 – Окно конфигуратора ПЛК

Выполним правый щелчок мыши на PLC100.R и выберем «Append subelementOWEN (Master)» чтобы добавить интерфейс связи RS-485 с протоколом ОВЕН в проект. Настроим его. Зададим максимальную задержку отклика в сети (max response delay ms) в 200 мс. Установим скорость соединения – 9600 бит/с.

Для того чтобы добавить к проекту переменные, связанные с выходами МВУ, выполним правый щелчок мыши по созданному интерфейсу связи и выберем «Append subelementFloat Variable (Write)». Зададим параметры добавленного модуля:

  •  Address = «23». Адрес в сети. Так как базовый адрес МВУ8 мы задали 16, то адрес его последнего выхода будет 23. Последний выходной элемент – реле.
  •  Hash name = «r.oe». Сетевое имя переменной. В соответствии с протоколом ОВЕН вводится свободно. Вводимое имя преобразуется в hash-код, который затем используется при обмене по сети RS-485.
  •  Float type = «Float PIC». Тип числа с плавающей точкой. Float PIC – переменная размером в 3 байта.
  •  Poling time ms = «1000». Частота опроса прибора.

Таким же образом создадим еще один модуль в сети RS-485. Выберем Float Variable + Time (Listen). Выбираем его, потому что кроме измеренного значения датчика необходимо также вести подсчет времени. Зададим параметры этого модуля:

  •  Address = «24». Адрес в сети. При конфигурировании МВА8 мы задали его базовый адрес в сети 24. Это адрес первого входа.
  •  Hash name = «read». Сетевое имя переменной.
  •  Float type = «Float». Float – переменная размером в 4 байта.
  •  Poling time ms = «1000». Частота опроса прибора.

При необходимости можно создать дополнительные переменные, например, для управления влажностью в ОУ-2.

Задаем имена переменных. Для Float Variable (Write) – output7, для Float Variable + Time (Listen) две переменные: input0 и input_time0. Таким образом, окно конфигуратора ПЛК примет следующий вид (рис. 4.18).

Рисунок 4.18 – Окно конфигуратора ПЛК после настройки


  1.  Программирование ПЛК и снятие характеристик с ОУ

  1.  Простой двухпозиционный регулятор

Для управления температурой в ОУ-1 требуется написать программу и загрузить её на исполнение в память контроллера. В самом простейшем случае будем использовать обычный двухпозиционный регулятор. Готовый функциональный блок регулятора содержится в библиотеке pid_regulators.lib. Требуется подключить эту библиотеку с помощью ресурса «Library manager» (Рис. 4.19). Для этого правой клавишей мыши выполняем щелчок в области списка библиотек и, выбрав «Additional Library» указываем путь к библиотеке.

Рисунок 4.19 – Окно ресурса «Library manager»

Нужный нам функциональный блок имеет имя «ON_OFF_HIST_REG». Он позволяет управлять включением–отключением исполнительного механизма(мов) типа «нагреватель» и/или «холодильник» для поддержания установленного на входе «уставка» (SP) значения регулируемой величины.

Рисунок 4.20 – Двухпозиционный регулятор

Входные параметры:

PV: REAL; – значение регулируемой величины;

SP: REAL; – уставка (задание нужного значения для поддержания на выходе);

HYST: REAL; – гистерезис переключения выхода в единицах регулируемой величины, рис. 4.21;

DB: REAL; – зона нечувствительности в единицах регулируемой величины. Задает зону, в которой выходное значение регулятора равно 0, т. е. не работает ни исполнительный механизм типа «нагреватель», ни исполнительный механизм типа «холодильник». Значение параметра делится на 2 и откладывается относительно значения уставки.

Выход блока:

COOLER: BOOL; – сигнал управления для включения реле исполнительного механизма типа «холодильник»;

HEATER: BOOL; – сигнал управления для включения реле исполнительного механизма типа «нагреватель».

Рисунок 4.21 – Сигналы основных цепей

Так как в нашем случае нагревательный элемент – лампочка и охладитель – вентилятор подключены к одному реле, то реализовывать программу будем соответствующим образом.

Добавим функциональный блок в поле программы и подключим к нему соответствующие переменные (рис. 4.22). Зададим для него имя main и объявим глобально с помощью ресурса Global Variables для удобного отображения всех переменных и возможности их изменения в ходе выполнения программы контроллером. Также в область глобальных переменных занесем переменные myPV, mySP, myHYST и myDB:

Рисунок 4.22 – Окно программы

Зададим уставку регулятора в 37°С, гистерезис в ноль, зону нечувствительности в ноль. В нашем случае применять функцию гистерезиса не имеет смысла, т.к. в целесообразней было бы использовать функцию обратного гистерезиса, когда исполнительный механизм срабатывает при входе в зону гистерезиса, а не при выходе из неё.

Для подключения компьютера к ПЛК и записи программы в его память необходимо выполнить команду меню «OnlineLogin». После успешного подключения для запуска программы на исполнение выполняем команду «Online - Run».

Для снятия характеристики используется ресурс Sampling Trace. Получившаяся характеристика объекта с уставкой 37°С изображена на рисунке 4.23.

Рисунок 4.23 – Характеристика объекта при простом регулировании

  1.  ПИД - регулятор

Для реализации ПИД – регулятора без автонастройки будем использовать функциональный блок PID_FUNCTION из библиотеки PID_Regulators.lib (рис. 4.24).

Рисунок 4.24 – Функциональный блок ПИД – регулятора

Входные параметры:

PV: REAL; – значение регулируемой величины (сигнал обратной связи, приходящий с датчика);

PV_TIME: WORD; – время получения значений регулируемой величины (циклическое время), используется для вычисления интегральной и дифференциальной составляющих. Отсчитывается в сотых долях секунды и берется из модуля UNIVERSAL Sensor, переменной Circular time (т. е. указывается для входной переменной адрес соответствующего модуля конфигурации контроллера в разделе PLC Configuration) или получается по сети от приборов ОВЕН. Если функциональный блок используется не с измерителем ОВЕН, то необходимо завести переменную, в которую прибавлять время, равное периодичности вызова блока (периоду вызова POU). Единица времени в этой переменной должна равняться 1/100 сек, при переполнении значение должно обнуляться и накопление значения времени должно продолжаться;

SP: REAL; – уставка регулятора;

PB: REAL; – полоса пропорциональности (в единицах регулируемой величины). Показывает насколько сильно действует обратная связь – чем шире полоса пропорциональности, тем меньше величина выходного сигнала OUT при одном и том же отклонении (рассогласовании);

TI_: DINT; – постоянная интегрирования (4-байтовое целое число со знаком, в секундах). Задает инерционность объекта регулирования;

TD_: REAL; – постоянная дифференцирования. Рекомендованное соотношение TD_/TI_ для большинства объектов лежит в диапазоне от 0,15 до 0,3;

_IMIN: REAL; – минимальное ограничение накопления интегральной составляющей;

_IMAX: REAL; – максимальное ограничение накопления интегральной составляющей.

Выход блока:

OUT: REAL; – выходной сигнал регулятора, в диапазоне от -100 до 100.

Объявим глобально переменную main типа PID_ FUNCTION. К входам подключим необходимые переменные и объявим их глобально. Необходимо учесть, что выход OUT функционального блока выдает сигнал от -100 до 100. Т.е. если выдается положительное число, то включаем лампочку. Если же отрицательное и ноль, то включаем вентилятор. Полученная схема программы представлена на рисунке 4.25.

Рисунок 4.25 – Окно программы

Зададим коэффициенты ПИД-регулирования:

  •  полоса пропорциональности PB = 0.36;
  •  постоянная интегрирования TI = 50;
  •  постоянная дифференцирования TD = 12.

Полученная характеристика объекта управления с заданной уставкой 36°C изображена на рисунке 4.28. Как и следовало ожидать, применение ПИД-регулирования обеспечило заметно более точный выход на уставку.

Рисунок 4.26 – Характеристика объекта при ПИД регулировании


  1.  Усовершенствованный двухпозиционный регулятор

Программируемый логический контроллер позволяет реализовывать программы управления любой сложности и логики. Этому способствует возможность применения 5 различных языков программирования стандарта МЭК 6-1131-3. В качестве примера был разработан и реализован усовершенствованный алгоритм двухпозиционного регулятора.

Двухпозиционный регулятор является простейшим алгоритмом управления. Его применение оправдано, когда исполнительные механизмы мгновенно оказывают влияние на объект управления. В нашем же случае, когда объект управления – температура в камере, исполнительные механизмы обладают достаточно высокой инерционностью. Переключение с нагревания на охлаждение лишь после достижения уставки дает довольно большую амплитуду характеристики при регулировании. Если переключать ИМ с нагрева на охлаждение (с охлаждения на нагрев) сразу же, как только температура начала расти (падать), то можно получить более точное регулирование. Для уменьшения перерегулирования введем зону гистерезиса. Таким образом, модель управления объектом будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 4.27 – Усовершенствованный двухпозиционный регулятор

На рисунке 4.27 точками обозначены моменты включения нагревателя, кружками – моменты включения охладителя.

Для реализации алгоритма использовался язык программирования ST. Программный код приведен ниже:

IF (input0<>INpred) THEN

IN:=input0;

IF (IN<=SP-HYST/2) THEN

 output7:=1;

END_IF

IF (IN>=SP+HYST/2) THEN

 output7:=0;

END_IF

     (*VHOD V ZONU GISTEREZISA SNIZU*)

IF ((INpred<=SP-HYST/2) AND (IN>SP-HYST/2)) THEN

 output7:=0;

END_IF

     (*VHOD V ZONU GISTEREZISA SVERHU*)

IF ((INpred>=SP+HYST/2) AND (IN<SP+HYST/2)) THEN

 output7:=1;

END_IF

     (*>SP*)

IF ((IN>=SP) AND (IN<SP+HYST/2)) THEN

 IF (INpred>IN+0.1) THEN  (*DOWN*)

  output7:=1;

 END_IF

 IF (INpred<IN) THEN  (*UP*)

  output7:=0;

 END_IF

END_IF

(*<SP*)

IF ((IN<SP) AND (IN>SP-HYST/2)) THEN

 IF (INpred<IN-0.1) THEN  (*UP*)

  output7:=0;

 END_IF

 IF (INpred>IN) THEN  (*DOWN*)

  output7:=1;

 END_IF

END_IF

INpred:=input0;

END_IF

Полученная характеристика объекта с заданной уставкой 36°C изображена на рисунке 4.28.

Рисунок 4.28 – Характеристика объекта

Таким образом по сравнению с обычным двухпозиционным регулированием данный алгоритм имеет более высокую точность. Алгоритму ПИД-регулирования он уступает по точности, но переключения исполнительных механизмов происходят гораздо реже, что достаточно важно при использовании реле.

  1.  Выводы по главе 4

Были освоены методики подключения модулей ОВЕН к контроллерам этой же фирмы по интерфейсу RS-485. Были разработаны программы для управления объектом с помощью лабораторного макета на базе контроллера ПЛК100, и сняты характеристики с разными программами управления. Наилучшим образом себя показал разработанный алгоритм усовершенствованного двухпозиционного регулятора.


  1.  Разработка АРМ оператора

Автоматизированное рабочее место (АРМ) – это рабочее место оператора, диспетчера, конструктора, технолога и др., оснащённое средствами вычислительной техники для автоматизации процессов переработки и отображения информации, необходимой для выполнения производственного задания.

В рамках дипломного проекта были разработаны АРМ оператора в среде программирования C++ Builder 6.0 и в SCADA-системе Trace Mode 6. Целью разработки являлось освоение методов и принципов создания программного обеспечения для связи с контроллером ОВЕН ПЛК100.

Разработка программного модуля

Связь контроллера ОВЕН ПЛК 100 и COM порта компьютера осуществляется через интерфейс Debug RS-232, расположенный на лицевой части контроллера ОВЕН ПЛК 100. При этом используется протокол передачи данных ModBus.

Modbus — коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использовать для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).

  1.  Выбор метода связи контроллера с компьютером

Связать приложение с контроллером можно несколькими способами. Первый способ заключается в том, чтобы, используя специализированные библиотеки ModBus, реализовать обмен данными между программой и ПЛК. Данный способ плох тем, что требуемые библиотеки ModBus для С++ распространяются на платной основе.

Второй способ – это использование технологии OPC (OLE for Process Control). OLE - технология связывания и внедрения объектов. Рассмотрим стандарт OPC более подробно и разберемся что он представляет из себя.

OPC - промышленный стандарт, созданный консорциумом всемирно известных производителей оборудования и программного обеспечения при участии Microsoft. Этот стандарт описывает интерфейс обмена данными между устройствами управления технологическими процессами. Главной целью было предоставить разработчикам систем диспетчеризации некоторую независимость от конкретного типа контроллеров.

Довольно много программ-клиентов может получать данные из различных источников и делать их доступными для драйверов независимых разработчиков. Но при этом возникают следующие проблемы:

• Каждая программа диспетчеризации должна иметь драйвер для конкретного устройства АСУТП.

• Возникают конфликты между драйверами различных разработчиков, что приводит к тому, что какие-то режимы или параметры работы оборудования не поддерживаются всеми разработчиками программного обеспечения.

• Модификации оборудования могут привести к потере функциональности драйвера.

• Конфликты при обращении к устройству – различные программы диспетчеризации не могут получить доступ к одному устройству одновременно из-за использования различных драйверов.

Производители оборудования стараются решить эту проблему с помощью разработки дополнительных драйверов. Однако эти попытки встречают сильное сопротивление разработчиков систем диспетчеризации, которые должны, в этом случае, усложнять свои клиентские протоколы.

На рисунках 5.1 и 5.2 приведен пример работы приложений с различными драйверами устройств и при использовании технологии OPC.

Рисунок 5.1 – Пример схемы работы «множества драйверов»

Рисунок 5.2 – Пример схемы работы с использованием OPC

OPC проводит четкую разграничительную линию между производителями оборудования и разработчиками драйверов. Данная технология предоставляет механизм сбора данных из различных источников и передачу этих данных любой клиентской программе вне зависимости от типа используемого оборудования. Это позволяет разработчикам сосредоточиться на производительности и оптимизации работы серверной части, которая отвечает за сбор данных.

OPC был разработан для обеспечения доступа клиентской программы к нижнему уровню технологического процесса в наиболее удобной форме. Широкое распространение технологии OPC в промышленности имеет следующие преимущества:

• Независимость в применении систем диспетчеризации от используемого в конкретном проекте оборудования.

• Разработчики программного обеспечения не должны постоянно модифицировать свои продукты из-за модификации оборудования или выпуска новых изделий.

• Заказчик получает свободу выбора между поставщиками оборудования, а также имеет возможность интегрировать это оборудование в информационную систему предприятия, которая может охватывать всю систему производства, управления и логистики.

Стандарт обмена данными OPC базируется на распространенной общепринятой схеме Клиент-Сервер. Эта архитектура позволяет подключить множество клиентов к одному серверу. И наоборот, данный стандарт позволяет использования одним клиентом различных ОРС-серверов.

Рисунок 5.3 -  Архитектура OPC-клиент/ OPC-сервер в промышленной информационной системе

Коммуникационный стандарт OPC позволяет использовать его для обмена данными в индустриальных информационных системах. В нижней части cхематического  рисунка 5.3 (Field Management), показаны три компьютера с установленными OPC-серверами, которые поддерживают различные спецификации OPC . Каждый компьютер может иметь OPC-сервера с различными спецификациями. Существуют сервера, которые обмениваются данными с АСУ, построенной на ПЛК.

В центральной части иллюстрации (Process Management) показаны еще три компьютера. На этих компьютерах установлен OPC-клиент – программа диспетчеризации – SCADA HMI (Supervisory Control And Data Acquisition Human Machine Interface). Соединение с OPC-серверами происходит через локальную сеть (LAN), что расширяет возможности в построении топологии сбора данных при помощи OPC-серверов.

В дальнейшем данные могут подниматься выше уровня Process Management для использования в системах управления и планирования производством, например ERP (Enterprise Resource Planning) или MES (Manufacturing Execution Systems) на уровне Business Management. Это позволяет использовать реальные данные всеми подразделениями предприятия, которые в них нуждаются.

OPC-сервера включаются в оборудование все большего числа производителей. В то же время, увеличивается число разработчиков систем диспетчеризации, которые поддерживают сбор данных через OPC-сервер с помощью собственных OPC-клиентов. И если так пойдет и дальше, то технология OPC постепенно станет всемирным стандартом для обмена данными в промышленных информационных системах.

Таким образом, для решения поставленной задачи, необходимо создать и сконфигурировать программу для ОВЕН ПЛК-100, реализующую управление по различным законам. Затем выбрать OPC-Сервер, настроить его для связи с контроллером и реализовать программный комплекс -  OPC-клиент для связи с OPC-сервером.

  1.  Подготовка контроллера для связи с приложением

  1.  Программирование ПЛК

Для программирования контроллера использовалась среда CoDeSyS v2.3. В программе реализована возможность выбора закона управления объектом. Доступны два вида управления: простое двухпозиционное регулирование (функция myHIST, реализованная и описанная в пп. 4.3.1) и регулирование по ПИД - закону (функция myPID, реализованная и описанная в пп. 4.3.2).

За выбор функции регулирования myHIST или myPID отвечает переменная mode, значение которой может изменяться из приложения C++ Builder. Таким образом, главная программа PLC_PRG, реализованная на языке ST, имеет следующий вид (рис. 5.4).

Рисунок 5.4 –Программа PLC_PRG

  1.  Создание символьного файла

Для создания символьного файла необходимо настроить созданный проект CoDeSys. На вкладке «Resources» выбираем ресурс «Target Settings». В появившемся окне переходим на вкладку «General» и ставим галочку напротив «Download symbol file» в соответствии с рисунком 5.5. Это необходимо для загрузки символьного файла на компьютер с целью использования его OPC-сервером.

Рисунок 5.5 – Настройка ресурса Target Settings

Далее из главного меню CoDeSyS выбираем Project-Options. В появившемся окне выбираем категорию «Symbol configuration» и  устанавливаем галочку напротив пункта «Dump symbol entries» (рис. 5.6).

Рисунок 5.6 – Options

После нажатия кнопки «Configure symbol file» откроется окно, где необходимо выбрать переменные, которые будут доступны в OPC-сервере (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 – Выбор переменных

Затем необходимо выполнить компиляцию проекта. Для этого выбираем в меню Project пункт Rebuild All. Сохраняем проект и подключаем ПЛК, выполнив команду Online - Login. Подключившись к контроллеру, выбираем Online - Create boot project, чтобы проект загрузился в память ПЛК.

На этом конфигурирование контроллера закончено. Перейдем к настройке OPC-сервера CoDeSyS.

  1.  Настройка OPC-сервера CoDeSyS

Для конфигурации OPC-сервера CoDeSyS требуется запустить программу CoDeSys OPC Configurator, которая входит в комплект поставки среды программирования CoDeSyS. Ее внешний вид изображен на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8 – OPCConfig

В поле Update Rate устанавливается время обновления данных. Через меню EditAppend PLC добавляется новый контроллер, задаются интерфейс и параметры сетевого обмена. Для подключения контроллера через COM порт необходимо ввести номер порта, скорость обмена, бит паритета, количество стоп-бит (рис. 5.9).

Рисунок 5.9 – Параметры подключения

После программирования ПЛК, конфигурирования его для работы с OPC-сервером и настройки OPC-сервера требуется перейти к разработке самого приложения, представляющего из себя OPC-клиент.

  1.  
    Описание программного продукта

Основная форма разработанного программного продукта приведена на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10 – Основная форма

Большую часть формы занимает поле отображения графиков. Под ним находятся параметры отображения, параметры управления, значение текущей температуры в ОУ и режим работы исполнительного механизма (нагрев/охлаждение). В поле «График» находятся кнопки управления графиком. При нажатии кнопки «Старт» начинается циклическое чтение переменной температуры и переменной выхода,  а также происходит построение графиков. При нажатии кнопки «Стоп» чтение переменных и построение графиков прекращается. Кнопка «Очистить» служит для очистки поля графиков. В правой части поля «График» находятся элементы выбора границ графика, такие как минимум и максимум температуры, а также минимум и максимум времени. Это служит для удобства отображения графических данных в программе. При нажатии кнопки «Сброс» настройки отображения графика устанавливаются по умолчанию. В поле «Параметры управления» изменяется уставка (возможно показать/скрыть на графике) и другие параметры. Для простого двухпозиционного режима регулирования доступны параметры зона нечувствительности и гистерезис, которые также можно скрыть или показать на графике. Для режима ПИД-регулирования доступно изменение пропорционального, интегрального и дифференциального коэффициентов.

Главное меню программы представлено пунктами Подключение, Режим, Помощь и Выход. Для того чтобы подключиться к OPC-серверу необходимо выбрать пункт меню Подключение – Подключиться к OPC. Появится форма выбора OPC-сервера (рис. 5.11).

Рисунок 5.11 – Форма выбора OPC-сервера

После нажатия кнопки «Подключиться» происходит попытка подключения к выбранному серверу. При удачном подключении на экране появится соответствующее уведомление (рис. 5.12).

Рисунок 5.12 – Успешное подключение к OPC-серверу

После этого становится активной форма «Соответствие переменных» (рис. 5.13). Где необходимо установить соответствие между переменными, использующимися в программном комплексе и доступными переменными на контроллере.

Рисунок 5.13 – Соответствие переменных

После нажатия кнопки «ОК» происходит подключение к переменным и их чтение. Результат отображается на главной форме программного комплекса. После этого все параметры управления становятся доступными для изменения, начинается построение графика температуры. При старте программа находится в режиме простого двухпозиционного управления. Результат тестирования программного комплекса в этом режиме представлен на рисунке 5.14.

Рисунок 5.14 – Простое регулирование

Для переключения закона управления на ПИД регулирование необходимо выбрать в главном меню пункт Режим – ПИД регулирование. Результат тестирования программного комплекса представлен на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 – ПИД регулирование

Тестирование программного комплекса прошло успешно, приложение выполняет все необходимые функции. Программный листинг приведен в приложении К.


  1.  Разработка АРМ оператора в Trace Mode 6

Для создания системы управления объектом использовалась SCADA-система Trace Mode 6 (рис. 5.16), основными чертами которой являются комплексный подход к задаче автоматизации и интеграция проектов АСУ ТП и АСУП. Trace Mode 6 содержит набор средств программирования промышленных контроллеров (Softlogic), создания систем телемеханики и операторского интерфейса (SCADA) и цифрового управления технологическими процессами (АСУ ТП). Архитектура Trace Mode 6 оптимизирована для систем автоматики корпоративного уровня. Так как крупные системы создаются группами разработчиков, инструментальная система новой версии Trace Mode имеет клиент-серверную архитектуру и обеспечивает реальную многопользовательскую разработку проекта. Новая версия Trace Mode не предъявляет особых требований к пользователю и может подстраиваться под его стиль работы, профессиональные навыки и квалификацию.

Рисунок 5.16 – SCADA-система Trace Mode 6

При старте Trace Mode 6 предлагает выбрать один из трех способов проектирования - упрощенный, инженерный и технологический. Был выбран простой способ проектирования, при котором видимы слои Ресурсы, Система, Источники/Приемники и Библиотеки компонентов. Для того чтобы создать новый узел проекта необходимо выполнить правый щелчок мыши по слою Система и выбрать Создать узел - RTM. Для добавления нового экрана проекта щелкаем правой кнопкой по созданному узлу RTM и выбираем Создать компонент – Экран. Зададим имя нового экрана – «Главный». Таким же образом создадим второй экран «Тренды». На нем будут отображаться все графики в развернутом виде.

Прежде чем заполнять экраны графическими элементами и управляющими структурами, подключим к проекту настроенный ранее OPC-сервер для доступа ко всем нужным переменным на контроллере. Для этого правой клавишей мыши нажмем на слой Источники/Приемники и выберем Создать группу – OPC. Затем кликнем правой клавишей мыши по созданному компоненту и выберем Создать группу – OPC_Сервер. В режиме редактирования сервера указываем используемый OPC-Сервер – CoDeSys  OPC. Далее требуется добавить в созданный компонент переменные, используемые в проекте Trace Mode и доступные в OPC-Сервере. Для этого кликаем правой клавишей мыши по компоненту CoDeSys OPC и выбираем Создать компонент – OPC. Далее в режиме редактирования выбираем переменную, доступную на OPC-сервере. Таким образом, навигатор проекта Trace Mode примет следующий вид (рис. 5.17).

Рисунок 5.17 – Подключение OPC-Сервера

Для того, чтобы все эти переменные были доступны в созданном ранее узле RTM, необходимо навести курсор мыши на компонент OPC-Сервер (CoDeSys OPC), зажать левую клавишу мыши и выполнить перетаскивание в Каналы узла RTM.

Соответствие имен переменных в Trace Mode, OPC-Сервере и CoDeSys, а также их назначение приведено в таблице 5.1.


Таблица 5.1 – Соответствие переменных и их назначения

CoDeSys

CoDeSys OPC

Trace Mode 6

Назначение

SP

PLC1::SP

PLC1::SP

Уставка

Input0

PLC1::Input0

PLC1::Input0

Вход (датчик)

Output7

PLC1::Output7

PLC1::Output7

Выход (ИМ)

DB

PLC1::DB

PLC1::DB

Зона нечувствительности

HYST

PLC1::HYST

PLC1::HYST

Гистерезис

Pid_p

PLC1::Pid_p

PLC1::Pid_p

Пропорциональный коэффициент

Pid_i

PLC1::Pid_i

PLC1::Pid_i

Интегральный коэффициент

Pid_d

PLC1::Pid_d

PLC1::Pid_d

Дифференциальный коэффициент

mode

PLC1::mode

PLC1::mode

Режим (Простой или ПИД)

Перейдем к редактированию главного экрана проекта. Разместим на нем схематические рисунки ОУ, УУ и компьютера. Также на главном экране расположится тренд, отображающий уставку, график температуры и состояние выходного реле (1-лампочка, 0-вентилятор). Таким образом, главный экран проекта в простом режиме регулирования примет следующий вид (рис. 5.18).


Рисунок 5.18 – Главный экран проекта

В правой верхней части экрана расположен тренд, отображающий значения переменных PLC1::input0 – вход, PLC1::SP - уставка и PLC1::output7 - выход. Значение выхода также отображается с использованием графики – ОУ под трендом. Если значение переменной PLC1::output7=1 – отображается горящая лампочка. Если переменная PLC1::output7=0 – графически отображаются потоки воздуха, создаваемые вентилятором. FBD–программа, анимирующая потоки воздуха, изображена на рисунке 5.19.

Рисунок 5.19 – FBD-программа

Программа реализует счетчик от 0 до 2 с тактом в одну секунду. Ее выход подключается к масштабированию графических элементов потока воздуха.

В левой верхней части главного экрана расположены кнопки переключения между экранами «Главный» и «Тренды». Под ними расположено поле параметров управления. Здесь отображается текущая температура в ОУ – привязка к каналу PLC1::input0, уставка – привязка к каналу PLC1::SP, режим управления – привязка к каналу PLC1::mode и другие параметры. Для простого режима управления это Зона – привязка к каналу PLC1::zona и Гистерезис – привязка к каналу PLC1::hyst. Задание параметров Уставка, Зона и Гистерезис выполняется нажатием левой клавиши мыши по соответствующему значению (рис. 5.20).

Рисунок 5.20 – Изменение параметра

Для переключения режима управления необходимо выполнить левый щелчок мыши в области «Режим управления». После подтверждения изменения закона управления экран с параметрами изменится, как показано на рисунке 5.21.

Рисунок 5.21 – ПИД закон управления

Для режима ПИД-регулирования задаются параметры: пропорциональный коэффициент – привязка к каналу PLC1::pid_p, интегральный коэффициент – привязка к каналу PLC1::pid_i и дифференциальный коэффициент – привязка к каналу PLC1::pid_d.

Второй экран «Тренды», переход к которому осуществляется при нажатии кнопки «График», представляет собой графическое поле отображения графиков процесса регулирования (рис. 5.22).

Рисунок 5.22 -  Экран «Тренды»

На этом тренде отображаются также границы зоны нечувствительности и границы зоны гистерезиса. Их построение происходит за счет использования ST-программы (рис. 5.23).

Рисунок 5.23 – ST-программа

Были произведены испытания полученной системы управления объектом. Результаты испытаний приведены на рисунках 5.24-5.27.

Рисунок 5.24 – Простое регулирование («Главный»)


Рисунок 5.25 - Простое регулирование («Тренды»)

Рисунок 5.26 – ПИД регулирование («Главный»)

Рисунок 5.27 – ПИД регулирование («Тренды»)

  1.  Выводы по главе 5

В пятой главе было разработано программное обеспечение для мониторинга и управления объектом. Использование SCADA-системы Trace Mode 6 существенно упрощает процесс разработки АРМ оператора, нет необходимости вникать в технические подробности реализации протокола связи и т.д. С другой стороны разработка собственного программного продукта позволяет более детально и гибко настраивать все необходимые компоненты АРМ.

  1.  Разработка блока индикации. Конфигурирование панели оператора ОВЕН ИП-320

Разработка блока индикации

Индикационная панель или панель оператора ОВЕН ИП320 (рис. 6.1) поддерживает совместную работу с ОВЕН ПЛК, с модулями ОВЕН МВА8, МВУ8, МДВВ, а также приборами и контроллерами других производителей.

Рисунок 6.1 – Внешний вид ОВЕН ИП320

Основные функции ОВЕН ИП320:

  •  работа в сети RS-485 и RS-232 в режиме Master, Slave;
  •  совместимость с контроллерами различных фирм-производителей;
  •  поддержка универсального протокола Modbus RTU;
  •  монохромный графический ЖК-дисплей с разрешением 192х64 пикселя и с подсветкой;
  •  чтение и редактирование значений параметров и передача их в сеть;
  •  защита с помощью пароля от несанкционированного изменения значений параметров и перехода на другой экран;
  •  напряжение питания – 24 В постоянного тока;
  •  бесплатная программа «Конфигуратор ИП320».

Пример использования панели приведен на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Пример использования ИП320

В панели оператора ИП320 установлены модули двух интерфейсов: RS-485 и RS-232. Интерфейс RS-485 позволяет:

  •  получать из сети значения любых параметров;
  •  передавать в сеть значения редактируемых параметров.

По интерфейсу RS-232 можно:

  •  программировать панель на ПК;
  •  получать информацию от различного оборудования (например, ОВЕН ПЛК или программируемого контроллера другого производителя).

Сетевой обмен данными с ИП320 осуществляется по протоколу Modbus RTU. Поддержка распространенного протокола Modbus позволяет ИП320 работать в одной сети с контроллерами и модулями как фирмы ОВЕН, так и других производителей.

Габаритные размеры прибора ИП320: 172x94x30 мм.

  1.  Разработка структурной и функциональной схем

Имеется два варианта подключения панели оператора ИП-320 к лабораторному макету. Первый вариант – подключить ее к имеющейся внутри макета сети RS-485, которая обеспечивает связь между контроллером и модулями. Второй вариант – по интерфейсу RS-232 подключить панель к контроллеру. Передавать и получать данные панель сможет, обращаясь к  контроллеру. Тот в свою очередь будет запрашивать или отсылать эти данные через сеть RS-485 к модулям.

Необходимо учесть, что для питания ИП320 требуется напряжение постоянного тока 24 В. Встроенный источник питания 24 В есть на модуле МВА8. Таким образом, нет необходимости размещать блок питания в корпусе панели, требуется лишь провести питание от макета к панели.

Это значит, что целесообразней подключить панель и макет по интерфейсу RS-232, т.к. по этому же кабелю можно пустить питание для панели.

Программирование панели производится с компьютера по интерфейсу RS-232. Структурная схема лабораторного макета с использованием панели оператора изображена на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 – Структурная схема макета с ИП-320

Так как подключение и программирование ИП320 производится через один разъем, то необходимо произвести разводку в корпусе на два разъема. Это исключит повреждение разъема на панели вследствие многочисленных коммутаций.

Панель оператора будет подключаться к УУ, от которого необходимые контакты пойдут непосредственно к контроллеру. С учетом всех вышеперечисленных условий функциональная схема макета примет вид:

Рисунок 6.4 – Функциональная схема макета с ИП320


  1.  Разработка схем электрических соединений

Электрическая схема соединений в сменном блоке УУ (Рис. 6.5).

Рисунок 6.5 – Электрическая разводка сменной части УУ

Силовая и сигнальная разводки неподвижной части УУ приведены на рисунках 6.6 и 6.7.

Рисунок 6.6 – Силовая разводка неподвижной части УУ

Рисунок 6.7 – Сигнальная разводка неподвижной части УУ

В соответствии со схемами распайки кабелей для подключения и конфигурирования графической панели ОВЕН ИП320, которые приведены в приложении Ж была произведена разводка электрических соединений в корпусе для панели (Рисунок 6.8).

Рисунок 6.8 – Разводка электрических контактов корпуса панели

  1.  Разработка конструкции корпуса ИП320

При разработке корпуса под панель ОВЕН ИП320 необходимо учесть ее габаритные размеры (172х94х30 мм.) и способ крепления к корпусу (Рисунок 6.9).

Рисунок 6.9 – Габаритные и установочные размеры ИП320

Также необходимо учесть размеры ответной части для подключения к разъему DB-9 на панели (Рисунок 6.10). Переходник, имеющийся в комплекте, нам не понадобится, т.к. разводить контакты будем параллельно на два разъема корпуса с одного разъема панели.


Рисунок 6.10 - Размеры ответной части для подключения к разъему

Требуется разместить на корпусе два разъема DB-9 для подключения и конфигурирования панели. Внешний вид разъема изображен на рисунке 6.11.

Рисунок 6.11 – Внешний вид разъема DB-9

За счет использования съемной лицевой крышки, к которой будет крепиться панель, обеспечим возможность легкого доступа к ней. Лицевую крышку закрепим с помощью уголков и винтов.

С учетом вышеперечисленных условий габариты корпуса: 245х150х100мм. Чертеж корпуса для панели ОВЕН ИП320 приведен в приложении Д.


  1.  Подключение и конфигурирование панели оператора

Для конфигурирования панели ОВЕН ИП320 используется программа «Конфигуратор ИП320». Главное окно программы изображено на рисунке 6.12.

Рисунок 6.12 – Конфигуратор ИП320

Конфигуратор позволяет формировать и сохранять пользовательские экраны, отображаемые на дисплее панели ИП320 в процессе эксплуатации. Пользовательские экраны включают наборы базовых элементов, каждый из которых позволяет управлять определенной функцией панели. К базовым элементам экрана относятся буквы (русские или английские) и символы, пиктограммы (индикатор, график, линейка, регистр для отображения и редактирования данных, кнопки переключения экранов и другие элементы). Совокупность экранов образует проект, который можно загрузить в панель или сохранить в виде файла на жестком диске компьютера. После загрузки проекта панель сразу начнет опрашивать регистры ПЛК или других приборов и отображать их значения на дисплее.

Панель ОВЕН ИП320 работает по протоколу Modbus RTU в режиме Slave или в режиме Master. Для настройки подключения к ПЛК и задания сетевых параметров необходимо выбрать в меню программы Файл – Выбор ПЛК. Настройки соединения приведены на рисунке 6.13.


Рисунок 6.13 – Настройки соединения

Создадим конфигурацию с настройками для простого двухпозиционного регулирования. Требуемые параметры для отображения на экране: температура в камере, полученная с датчика; задаваемая уставка; задаваемая зона нечувствительности. Также на главном экране конфигурации создадим динамический текст, показывающий, что включено в данный момент: лампочка или вентилятор. Каждому из параметров необходимо задать адрес ПЛК в сети и номер (адрес) используемого регистра.

Также создадим второй экран в проекте для отображения графика изменения температуры в камере. Окончательный вид экранов изображен на рисунках 6.14 и 6.15.

Рисунок 6.14 – Первый экран проекта

Рисунок 6.15 – Второй экран проекта

Для загрузки проекта в память панели необходимо выбрать COM-порт, по которому будет выполняться соединение, и выбрать команду Файл – Загрузить.

Конфигурирование панели завершено.

Теперь необходимо отредактировать проект ПЛК для определения набора регистров, обеспечивающих его связь с панелью. Для этого запустим программу CoDeSyS и откроем проект двухпозиционного регулятора. Откроем ресурс проекта – PLC Configuration. Так как панель ИП320 мы определили как Master в сети, то ПЛК будет Slave, т.е. отвечать и выдавать необходимые данные по запросу. Выполним правый щелчок мыши по «PLC100.R» и выберем «Append subelementModBus (Slave)» чтобы добавить интерфейс связи Modbus RTU. В добавленном интерфейсе создаем элемент – протокол обмена RS-232. Задаем такие же настройки обмена, которые были заданы при конфигурации панели. Далее добавляем регистры переменных в том же порядке адресов, что и при конфигурации ИП320. Присваиваем имена этим переменным. Внешний вид окна PLC Configuration после конфигурации изображен на рисунке 6.16.

Рисунок 6.16 – Окно PLC Configuration в программе CoDeSyS

Таким образом, значение температуры в камере поступает с датчика на вход МВА8 и по сети RS-485 с протоколом OWEN передается в контроллер, который передает это значение графической панели. Выходное воздействие формируется в контроллере и по этой же сети передается на МВУ8. Уставка задается с панели ИП320 и ее значение передается контроллеру ПЛК100 по интерфесу RS-232 с протоколом ModBus RTU. Зона нечувствительности задается с панели и передается на контроллер.

  1.  Вывод по главе 6

В шестой главе был разработан и реализован блок индикации для панели оператора ОВЕН ИП320. Блок индикации имеет два разъема DB-9F, через один из которых происходит конфигурирование панели, через другой панель связывается с контроллером. С панели производится мониторинг и изменение параметров процесса управления.


  1.  Экономическое обоснование разработки нового оборудования

Одним из лучших способов обучения, несомненно, является применение специальных учебных лабораторных стендов и комплексов. С их помощью проведение практических и лабораторных занятий становится увлекательным и позволяет более качественно изучить техническую базу микропроцессорных средств автоматизации, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированных систем управления технологическими процессами, а также получить практические навыки работы с современными средствами автоматизации и программным обеспечением.

Учебные лабораторные стенды, созданные с применением новейшего оборудования и программного обеспечения для организации полноценного обучения студентов и проведения исследовательских работ, позволяют будущим специалистам получить не только теоретические, но и практические навыки работы. Только с помощью учебных лабораторных стендов можно безопасно, но максимально приближенно к реальности, работать с виртуальными и реальными объектами управления, изучать основы построения и новые технологии АСУТП.

Учебные лабораторные стенды с возможностью симуляции сложных распределенных объектов управления и натурными компонентами автоматизированной системы - это новый путь при решении проблемы организации учебных лабораторий по изучению сложных программно-технических средств автоматизированного управления.

Объектом экономического обоснования разработки и внедрения является лабораторный, состоящий из объекта управления, устройства управления и компьютера. Объект управления представляет собой контур управления температурой с помощью нагревателя – лампочки и охладителя – вентилятора. Устройство управления состоит из контроллера ОВЕН ПЛК100, модуля ввода ОВЕН МВА8 и модуля вывода ОВЕН МВУ8.

Данный стенд позволит обучать студентов навыкам:

  •  конфигурирования ПЛК;
  •  программирования пользовательских задач в ПЛК на языках стандарта IEC 61131-3;
  •  разработки SCADA-решений;
  •  задания параметров автоматического регулирования;
  •  основам промышленных сетей и интерфейсов;

Персональный компьютер используется для установки сервисного программного обеспечения для диагностики, конфигурирования и программирования ПЛК, входящего в состав учебно-лабораторного стенда, а также для создания среды визуализации и управления технологическим объектом. Визуализация процессов автоматизации технологических процессов обеспечивается SCADA-пакетом.

Расчет капитальных затрат

Для расчета общего объема капитальных затрат все виды капитальных затрат суммируются (7.1).

,                                       (7.1)

где

Сп

полная себестоимость объекта;

Кн = 3000

затраты на доставку к месту использования, монтаж, наладку, освоение, руб.;

Кп = 0

стоимость производственной площади, руб.;

Кс = 300

затраты на сопутствующие капитальные вложения, руб.;

Кна = 0

величина недоамортизированной стоимости заменяемой техники, увеличивающая капитальные затраты по новой технике, руб.

Полная себестоимость изготовления проектируемого объекта Сп рассчитывается по формуле (7.2).

,                                    (7.2)

где

Мо = 2000

затраты на основные материалы, руб.;

Мв = 500

затраты на вспомогательные материалы, руб.;

Мк = 34000

затраты на комплектующие детали, узлы, устройства, руб.;

Ззп

затраты на заработную плату работников, участвующих в изготовлении проектируемого объекта;

ЕСН

единый социальный налог (26% от Ззп);

Нр

накладные расходы, включаемые в себестоимость продукции (расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, цеховые, общезаводские и прочие расходы) (100-200% от Ззп + РК)

Затраты на комплектующие детали, узлы, устройства включают затраты на приобретение контроллера (7000 руб.), модуля ввода (3500 руб.), модуля вывода (3500 руб.) и компьютера (20000 руб.)

Расчет заработной платы осуществляется по формуле:

,                               (7.3)

где

Ок = 7000

оклад работника по ЕТС (10-12 разряд) или штатному расписанию;

В = 180

Время на создание новой техники (или ее усовершенствование), взять в пределах 168-180 часов;

tс = 8

продолжительность смены;

Кдн = 21

количество дней в месяце;

n = 0.2

коэффициент премии, 0,20-0,25;

д = 0.16

коэффициент дополнительной заработной платы, 0,16-0,18;

рк = 0.15

районный коэффициент, 0,15

Тогда полная себестоимость объекта будет равна:

 

Капитальные затраты на создание проектируемого объекта составили:

Общие капитальные затраты приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Капитальные затраты на создание новой техники или ее усовершенствование

Наименование затрат

Обозначение

Сумма, руб.

Полная себестоимость объекта

Сп

63633.56

Затраты на доставку к месту использования, монтаж, наладку, освоение

Кн

3000

Затраты на сопутствующие капитальные вложения

Кс

300

Величина недоамортизированной стоимости заменяемой техники, увеличивающая капитальные затраты по новой технике.

Кн.а.

0

Всего капитальных затрат

Кпо

66933.56


  1.  Расчет экономического эффекта при создании новой техники

Эксплуатационные расходы по содержанию и использованию средств автоматизации и электронной техники (Рэк) включают расходы по содержанию и обслуживанию, расходы на электроэнергию, расходы на текущий ремонт, амортизационные отчисления:

,                                               (7.4)

где

Роб

расходы по содержанию и обслуживанию;

Рэл

расходы на электроэнергию;

Ррем

расходы на текущий ремонт;

А

амортизационные отчисления.

Расходы по содержанию и обслуживанию средств автоматизации и электронной техники включают заработную плату обслуживающего персонала с отчислениями органам социального страхования и расходы на материалы, используемые в процессе обслуживания. Расчет расходов по содержанию обслуживающего персонала (инженер) производится по формуле (7.5):

,                                   (7.5)

где

Тк=12

годовое календарное время в месяцах;

Ом=7000

месячный оклад инженера;

о=0.2

коэффициент занятости по обслуживанию данного объекта;

n=0.2

коэффициент премии;

рк=0.15

районный коэффициент;

сн=0.26

коэффициент отчислений на социальные нужды.

Тогда,

Вторая составляющая расходов по содержанию и эксплуатации оборудования - затраты на материалы, потребляемые в процессе обслуживания и эксплуатации – определяются, исходя из годового их расхода и цен на них. Примем данные затраты равными 1000 рублей.

Отсюда,

Расходы на электроэнергию при сетевом питании объекта (Рэл) находятся по формуле (7.6).

Рэл = W * Tг * Цэ                                                           (7.6)

где

W

потребляемая мощность (или потери мощности), кВт;

Тг=500

количество часов работы планируемого объекта в год, час;

Цэ=2

тариф на электроэнергию, руб./(кВт*час).

Потребляемая мощность всей лабораторной установки складывается из потребляемой мощности устройства управления, объекта управления и компьютера. Мощность устройства управления складывается из потребления контроллера и модулей (20 Вт). Потребляемую мощность объекта управления примем равной 50 Вт (попеременная работа нагревателя – лампочки и охладителя - вентилятора). Потребляемая мощность одного компьютера – 300 Вт.

W = 300 + 50 + 20 = 0.37 кВт

Тогда

Расходы по текущему ремонту объекта  в расчет не берем, т.к. применяемые в объекте устройства самостоятельному ремонту не подлежат.

Расчет амортизационных отчислений (А) выполняется по формуле:

А = βа * Спер ,     (7.7)

где

βа

коэффициент, соответствующий общей норме амортизационных отчислений;

Спер

первоначальная стоимость объекта (капитальные затраты по объекту);

Норма амортизации определяется следующим образом:

На = (1/СПИ) * 100%    (7.8)

где

СПИ=10

срок полезного использования объекта.

Тогда, А = 0.1 * 66933.56 = 6693.35 руб.

Эксплуатационные расходы по содержанию и использованию средств автоматизации и электронной техники, включающие расходы по содержанию и обслуживанию, расходы на электроэнергию, расходы на текущий ремонт и амортизационные отчисления, будут равны:

Рэк = 30211.84 + 370 + 6693.35 = 37275.19 руб.


  1.  Выводы по экономической части

Разработка и внедрение лабораторного комплекса на базе программируемого логического контроллера экономически обоснованы ввиду того, что капитальные затраты на приобретение подобного лабораторного комплекса у сторонних разработчиков составят около 150000-200000 рублей при равных эксплуатационных расходах по содержанию и использованию средств автоматизации. При капитальных затратах на разработку в 66933.56 рублей, это решение является экономически выгодным.


  1.  Безопасность жизнедеятельности

Безопасность жизнедеятельности (БЖД) — наука о комфортном и травмобезопасном взаимодействии человека со средой обитания. Является составной частью системы государственных, социальных и оборонных мероприятий, проводимых в целях защиты населения и хозяйства страны от последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий, средств поражения противника. Целью БЖД также является снижение риска возникновения чрезвычайной ситуации по вине человеческого фактора.

Три основные задачи БЖД:

  •  Идентификация вида опасности с указанием её количественных характеристик и координат.
  •  Защита от опасности на основе сопоставления затрат и выгод.
  •  Ликвидация возможных опасностей исходя из концентрации и остаточного риска и ликвидация последствий воздействия на человека опасности.

Опасность — это явление, процессы или объекты которого способны в определенных условиях наносить вред здоровью человека непосредственно или косвенно.

Безопасность жизнедеятельности входит в состав  системы гражданской обороны.

Гражданская оборона — система мероприятий по подготовке к защите и по защите населения, материальных и культурных ценностей на территории Российской Федерации от опасностей, возникающих при ведении военных действий или вследствие этих действий, а также при возникновении чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Организация и ведение гражданской обороны являются одними из важнейших функций государства, составными частями оборонного строительства, обеспечения безопасности государства.

Чрезвычайная ситуация — это обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей среде, значительные материальные потери.

Охрана труда – система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности и включающая правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и другие мероприятия.


Профессиональные заболевания и меры профилактики

Профессиональное заболевание - заболевание, вызванное воздействием вредных условий труда. Термин «профзаболевание» имеет законодательно-страховое значение. Список профессиональных заболеваний утверждается в законодательном порядке. Клинические проявления профессиональных заболеваний часто не имеют специфических симптомов, и только сведения об условиях труда заболевшего позволяют установить принадлежность выявленной патологии к категории профессиональных болезней. Лишь некоторые из них характеризуются особым симптомокомплексом, обусловленным своеобразными рентгенологическими, функциональными, гематологическими и биохимическими изменениями.

Общепринятой классификации профессиональных болезней не существует. Наибольшее признание получила классификация по этиологическому принципу. Исходя из этого, выделено пять групп профессиональных заболеваний, вызываемые воздействием:

  •  химических факторов - острые и хронические интоксикации, а также их последствия, протекающие с изолированным или сочетанным поражением различных органов и систем;
  •  пыли - пневмокониозы, металлокониозы, пневмокониозы электросварщиков и газорезчиков, шлифовальщиков, наждачников и т.д.;
  •  физических факторов - вибрационная болезнь; заболевания, связанные с воздействием контактного ультразвука; снижение слуха; лучевая болезнь; заболевания, связанные с изменением атмосферного давления; заболевания, возникающие при неблагоприятных метеорологических условиях;
  •  перенапряжения - заболевания периферических нервов и мышц, заболевания опорно-двигательного аппарата, координаторные неврозы, заболевания голосового аппарата и органа зрения;
  •  биологических факторов - инфекционные и паразитарные (туберкулез, бруцеллез, сап, сибирская язва, дисбактериоз, кандидамикоз кожи и слизистых оболочек, висцеральный кандидоз и др.).

Вне этой этиологической систематики находятся профессиональные аллергические заболевания (конъюнктивит, заболевания верхних дыхательных путей, бронхиальная астма, дерматит, экзема) и онкологические заболевания (опухоли кожи, мочевого пузыря, печени, рак верхних дыхательных путей).

Различают также острые и хронические профессиональные заболевания. К острым относят профессиональные заболевания, возникшие внезапно (в течение одной рабочей смены) из-за воздействия вредных производственных факторов с большим превышением предельно допустимого уровня или предельно допустимой концентрации. Острое профессиональное заболевание возможно в виде ожога глаз ультрафиолетовым излучением при выполнении сварочных работ, при отравлении хлором, оксидом углерода и др. Хронические профессиональные заболевания развиваются после многократного и длительного воздействия вредных производственных факторов, например, вибрации, производственного шума и др.

Профессиональное заболевание, при котором заболело два и более работника, называется групповым профессиональным заболеванием. Предельно допустимый уровень производственного фактора - это уровень производственного фактора, воздействие которого при работе установленной продолжительности в течение всего трудового стажа не приводит к травме, заболеванию или отклонению в состоянии здоровья в процессе работы или в отдалённые сроки жизни настоящего и последующего поколений. Профессиональная заболеваемость работающих является следствием неудовлетворительного состояния условий труда на производстве. Вместе с тем статистика профессиональной заболеваемости не отражает истинной ситуации, так как выявляемость профессиональной патологии неполная и происходит на поздних стадиях развития заболевания.

Одним из узких мест в области выявления профессиональной заболеваемости является проведение профилактических медицинских осмотров. Серьезные недостатки в их организации и низкое качество проведения медицинских осмотров, связанное прежде всего с недостаточной обеспеченностью диагностическим оборудованием лечебно-профилактических учреждений, приводят к недовыявлению больных с профессиональной патологией. В среднем по Российской Федерации за последние годы при проведении периодических медицинских осмотров выявляется лишь от 56% до 64% профзаболеваний от всех выявленных случаев. Особенно слабо поставлена работа по организации профилактических медицинских осмотров в сфере малого и среднего бизнеса. Выявление профзаболеваний происходит, в основном, при обращении больных в лечебно-профилактические учреждения. Также неполное выявление и регистрация больных с профессиональной патологией обусловлены несовершенством законодательства по охране труда, отсутствием правовых и экономических санкций за сокрытие профессиональных заболеваний. Наибольшее число профзаболеваний регистрируется в организациях с частной формой собственности, при этом около 96% от общего числа профзаболеваний (отравлений) приходится на хронические заболевания (отравления), влекущие ограничение профессиональной пригодности и трудоспособности.

Основными причинами возникновения хронических профзаболеваний на сегодняшний день являются: несовершенство технологических процессов (41,8%), конструктивные недостатки средств труда (29,9%), несовершенство рабочих мест (5,3%), несовершенство санитарно-технических установок (5,3%), отсутствие средств индивидуальной защиты (1,6%). Наибольший удельный вес приходится на заболевания, связанные с воздействием физических факторов (37,7%), промышленных аэрозолей (29,2%), физически напряженного труда (16,4%) и др.

Профессиональная патология наиболее часто регистрировалась среди работников следующих профессий: водитель большегрузного автомобиля, горнорабочий очистного забоя, дояр, дробильщик, машинист буровой установки, машинист экскаватора, механизатор, медицинский работник, обрубщик, огнеупорщик, плавильщик, проходчик, прессовщик, слесарь-ремонтник, шахтер, электрогазосварщик, электролизник, электромонтер и др. Отраслевая структура профессиональной заболеваемости включает следующие основные отрасли: промышленное производство, сельское хозяйство, здравоохранение, строительство, транспорт и связь.

Порядок расследования и учета профессиональных заболеваний регламентируется Положением, утвержденным постановлением Правительства РФ от 15 декабря 2000г. № 967. Список профессиональных заболеваний утвержден приказом Минздравмедпрома России от 14 марта 1996г. №90. Согласно положения о расследовании и учете профессиональных заболеваний, профессиональное заболевание, возникшее у работника, подлежащего обязательному социальному страхованию от профессиональных заболеваний, является страховым случаем. Работник имеет право на личное участие в расследовании возникшего у него профессионального заболевания. По требованию работника в расследовании может принимать участие его доверенное лицо. Контингент работников, на который распространяется указанное выше Положение, оговорен статьей 227 ТК РФ.

Положением предусматривается следующий порядок расследования обязательств и причин возникновения профессионального заболевания у работника. Организация расследования возлагается на работодателя. Работодатель в течение 10 дней с даты получения извещения медицинского учреждения об установлении заключительного диагноза профессионального заболевания образует комиссию по расследованию заболевания, возлагаемую главным врачом центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора. В состав комиссии входят представитель работодателя, специалист по охране труда предприятия, представитель учреждения здравоохранения, профсоюзного или иного уполномоченного работниками представительного органа. В расследовании могут принимать участие другие специалисты. Работодатель обязан обеспечить условия работы комиссии.

Профессиональное заболевание, возникшее у работника, направленного для выполнения работы в другую организацию, расследуется комиссией, образованной в той организации, где произошел случай заболевания. В состав комиссии входят полномочный представитель организации, направивший работника. Профессиональное заболевание, возникшее у работника при выполнении работы по совместительству, расследуется и учитывается по месту выполнения работы по совместительству. Расследование обстоятельств причин возникновения хронического профессионального заболевания (отравления) у лиц, не имеющих на момент расследования контакта с вредными производственными факторами, вызвавшими это заболевание, в том числе у неработающих, проводится по месту прежней работы с вредными производственными факторами.

Для проведения расследования работодатель обязан:

  1.  представлять документы и материалы, в том числе архивные, характеризующие условия труда на рабочем месте (участке, в цехе);
  2.  проводить по требованию членов комиссии за счет собственных средств необходимые эксперименты, лабораторно-инструментальные и другие гигиенические исследования с целью оценки условий труда на рабочем месте;
  3.  обеспечить сохранность и учет документации по расследованию.

Для принятия решения по результатам расследования (опросов заболевшего, сослуживцев, представителей работодателя) необходимы следующие документы:

  1.  приказ о создании комиссии;
  2.  санитарно-гигиенические характеристики условий труда;
  3.  сведение о проведенных медицинских осмотрах;
  4.  выписка из журналов регистрации инструктажей и протоколов проверки знаний работника по охране труда;
  5.  протоколы объяснений работника, опросов лиц, работавших с ним, других лиц;
  6.  экспертные заключения специалистов, результаты исследований и экспериментов;
  7.  медицинская документация о характере и степени тяжести повреждения, причиненного здоровью работника;
  8.  копии документов, подтверждающих выдачу работнику средств индивидуальной защиты;
  9.  выписки из ранее выданных по данному производству (объекту) предписаний центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора;
  10.  другие материалы по усмотрению комиссии.

На основании представленных документов комиссия устанавливает обстоятельства и причины профессионального заболевания работника, определяет лиц, допустивших нарушения государственных санитарно-эпидемиологических правил, иных нормативных актов, и меры по устранению причин возникновения и предупреждению профессиональных заболеваний. По результатам расследования комиссия составляет акт о случае профессионального заболевания по прилагаемой форме. Работодатель в месячный срок после завершения расследования обязан на основании акта о случае профессионального заболевания издать приказ о конкретных мерах по предупреждению профессиональных заболеваний.

Гигиена труда – раздел профилактической медицины, изучающей влияние на организм человека трудового процесса и факторов производственной среды с целью научного обоснования нормативов и средств профилактики профессиональных заболеваний и других неблагоприятных последствий воздействия условий труда на работающих.

Основной задачей гигиены труда является качественная и количественная оценка воздействия условий труда на организм, на основе которой производится разработка и внедрение мероприятий, способных обеспечить максимальную производительность труда при отсутствии вредного влияния на здоровье работающих. Текущие задачи гигиены труда направлены на улучшение и оздоровление условий труда, снижение и ликвидацию профессиональных заболеваний. Гигиена труда разрабатывает: гигиенические нормативы, являющиеся основой законодательства в области оздоровления условий труда; санитарные правила устройства и содержания промышленных предприятий; рекомендации по рациональной организации трудовых процессов и рабочих мест, режима труда и отдыха. В задачу гигиены труда входит оценка эффективности используемых оздоровительных мероприятий. Гигиена труда существует также как область практической деятельности, которая решает вопросы санитарного надзора на действующих, строящихся и проектируемых объектах промышленного, сельскохозяйственного и другого назначения.

Гигиена труда может быть подразделена на общую и частную. Общая гигиена труда изучает закономерности воздействия отдельных факторов производственной среды и трудового процесса и их комбинаций на организм, разрабатывает меры и методы профилактики их неблагоприятного воздействия. Частная гигиена труда комплексно изучает воздействие условий труда на здоровье и работоспособность человека в отдельных отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства.

Врач по гигиене труда, являясь организатором профилактической работы в промышленности и сельском хозяйстве, должен подчинять  свою работу главной задаче – предупреждению профессиональных заболеваний и снижению уровня общей заболеваемости. Для решения этой задачи ему необходимо иметь достаточную степень квалификации и навык, связанные с административно–общественной деятельностью. В значительной мере эффективность его работы зависит от разумного и квалифицированного выбора форм и  методов работы. Несмотря на разнообразие форм работы и направлений деятельности врача по гигиене труда, в ней принято различать основные разделы:

  •  предупредительный санитарный надзор;
  •  текущий санитарный надзор.

Предупредительный санитарный надзор является важнейшим разделом деятельности врача по гигиене труда, он представляет собой высшую и наиболее эффективную форму профилактической работы. Предупредительный санитарный надзор осуществляется за введением новых технологических процессов, оборудования, приборов, инструментов, химических веществ, могущих оказывать  вредное влияние на здоровье работающих. Предупредительный санитарный надзор проводится также за разработкой различного рода технологических документов.

Целью текущего санитарного надзора является регулярный систематический контроль за санитарным содержанием промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов, санитарно–гигиеническими условиями труда, постоянным соблюдением на указанных предприятиях и объектах действующего санитарного законодательства по санитарной охране труда, санитарно–гигиенических норм и правил.

На действующих предприятиях в порядке текущего санитарного надзора проводится плановое оздоровление условий труда. С этой целью производится углубленное изучение гигиенических условий труда на контролируемом объекте, оценивается состояние здоровья рабочих и влияние на него ведущих факторов производственной среды. Особое внимание уделяется оценке заболеваемости. На основании полученных материалов санитарный врач с участием заводских врачей и профсоюзной организации намечает наиболее важные мероприятия, необходимые для радикального оздоровления условий труда на данном объекте. Эти  мероприятия в зависимости от их значимости, трудоемкости и материальной стоимости включаются в коллективный договор на предстоящий год или в перспективный план социального или экономического развития предприятия, организации, хозяйства. В дальнейшем ведется систематический надзор за осуществлением этих мероприятий, а также совместно с администрацией объекта изучается их эффективность.

Среди мер по охране труда важное место занимают медицинские осмотры рабочих и служащих. Лица,  занятые на тяжелых работах, на работах с вредными или опасными условиями труда, а также связанных с движением транспорта, проходят обязательные предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры в соответствии с приказом. Контингенты, подлежащие предварительным и периодическим медосмотрам, определяет центр Госсанэпиднадзора совместно с работодателем и профсоюзной организацией предприятия не позднее 1 декабря предшествующего года. Направление на медицинский осмотр выдается работодателем на руки работнику для предоставления лечащему врачу лечебно–профилактического учреждения, проводящего осмотр. Основным лицом, проводящим предварительные медицинские осмотры, является лечащий врач лечебно–профилактического учреждения, оказывающего медицинскую помощь. Работникам прошедшим предварительный и периодический медосмотр и признанным годными к работе с вредными, опасными веществами и производственными факторами, выдается соответствующее заключение, подписанное лечащим врачом и скрепленное печатью лечебно–профилактического учреждения.

Мероприятия по снижению травматизма и предупреждению профессиональных заболеваний включают:

  •  организационно-технические мероприятия;
  •  санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия;
  •  соблюдение требований нормативных правовых актов по охране труда;
  •  санитарно-бытовое обслуживание;
  •  улучшение технологии производства;
  •  контроль и автоматизация производственных процессов;
  •  обеспечение средствами защиты, спецодеждой и т.п.;
  •  доведение до нормы освещённости, уровня шума, параметров микроклимата на рабочем месте и пр.;
  •  организация обучения и проверки знаний работников в области условий и охраны труда;
  •  проведение сертификации производственных объектов организаций на соответствие требованиям по охране труда.

Профессиональная заболеваемость в Российской Федерации напрямую зависит от состояния условий труда в различных отраслях экономики по регионам Российской Федерации. Изменение условий труда работающих в наиболее опасных с точки зрения возникновения профессиональных заболеваний и профессиональный отравлений отраслях экономики различных регионов Российской Федерации позволит целенаправленно влиять на уровень профессиональной заболеваемости в стране. Снижение уровня профессиональной заболеваемости в Российской Федерации может быть достигнуто прежде всего за счет внедрения новой техники, новых технологий, повышения ответственности работодателей за выполнение законодательных и иных нормативных правовых актов об охране труда, улучшения материально-технической базы лечебно-профилактических учреждений и повышения квалификации их персонала, повышения ответственности каждого работника за выполнение правил и норм охраны труда.

  1.  Порядок расследования аварий на объектах повышенной опасности

В современном производстве с повышенными параметрами технологического процесса периодически создаются условия, приводящие к неожиданному нарушению работы или выходу из строя машин, агрегатов, коммуникаций сооружений или их систем. Такие явления принято называть авариями. Наиболее опасные последствия аварий — пожары, взрывы, обрушения и аварии на энергоносителях — энергоисточниках, на атомных электростанциях, на химических предприятиях, приводящих к разрушению средств производства. Большинство аварий происходит по вине человеческого фактора. Наиболее частыми последствиями аварий являются пожары и взрывы.

По каждому факту возникновения аварии на опасном производственном объекте производится техническое расследование ее причин.

Организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, должна:

1. Незамедлительно сообщить об аварии в территориальный орган Ростехнадзора России и в соответствующие федеральные органы исполнительной власти, которым в установленном порядке предоставлено право осуществлять отдельные функции нормативно-правового регулирования, специальные разрешительные, контрольные или надзорные функции в области промышленной безопасности, вышестоящий орган (организацию) (при наличии таковых), орган местного самоуправления, государственную инспекцию труда по субъекту Российской Федерации, территориальное объединение профсоюзов. При авариях, сопровождающихся выбросами, разливами опасных веществ, взрывами, пожарами, сообщает соответственно в территориальные органы МЧС и МПС России.

2. Сохранять обстановку на месте аварии до начала расследования, за исключением случаев, когда необходимо вести работы по ликвидации аварий и сохранению жизни и здоровья людей.

3. Принимать участие в техническом расследовании причин аварии на опасном производственном объекте, принимать меры по устранению причин и недопущению подобных аварий.

4. Осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на опасном производственном объекте.

5. Принимать меры по защите жизни и здоровья работников и окружающей природной среды в случае аварии на опасном производственном объекте.

Руководитель организации несет ответственность за непринятие мер по защите жизни и здоровья работников и окружающей среды.

Техническое расследование аварии направлено на установление обстоятельств и причин аварии, размера причиненного вреда, разработку мер по устранению ее последствий и мероприятий для предупреждения аналогичных аварий на данном и других опасных производственных объектах.

Техническое расследование причин аварии производится специальной комиссией, возглавляемой представителем территориального органа Ростехнадзора России. В состав комиссии включаются, по согласованию, представители: соответствующих федеральных органов исполнительной власти; субъекта Российской Федерации и (или) органа местного самоуправления, на территории которых располагается опасный производственный объект; организации, эксплуатирующей опасный производственный объект; вышестоящего(щей) органа (организации) (при наличии таковых); территориального объединения профсоюзов; страховых компаний (обществ) и других представителей в соответствии с действующим законодательством. Комиссия назначается приказом по территориальному органу Ростехнадзора России.

В зависимости от конкретных обстоятельств (характера и возможных последствий аварии) специальная комиссия может быть создана по решению Ростехнадзора России во главе с его представителем. В состав специальной комиссии могут быть также включены представители местных органов и профсоюзов. В соответствии со статьей 12 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» Президент Российской Федерации или Правительство Российской Федерации могут принимать решение о создании государственной комиссии по техническому расследованию причин аварии и назначать председателя указанной комиссии. Комиссия по техническому расследованию причин аварии должна незамедлительно приступить к работе и в течение 10 дней составить акт расследования и другие необходимые документы и материалы. Акт расследования подписывается всеми членами комиссии. Срок расследования может быть увеличен органом, назначившим комиссию в зависимости от характера аварии и необходимости проведения дополнительных исследований и экспертиз.

Комиссия по техническому расследованию причин аварии может привлекать к расследованию экспертные организации или их специалистов экспертов и специалистов в области промышленной безопасности, изысканий, проектирования, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, изготовления оборудования, страхования и в других областях. Для проведения экспертизы причин и характера разрушений сооружений и (или) технических устройств решением комиссии по техническому расследованию аварии могут образовываться экспертные комиссии. Заключения экспертных комиссий представляются комиссии по расследованию аварии и прилагаются в качестве материалов расследования.

В ходе расследования комиссия:

  •  производит осмотр, фотографирование, в необходимых случаях видеосъемки, составляет схемы и эскизы места аварии и составляет протокол осмотра места аварии;
  •  взаимодействует со спасательными подразделениями;
  •  опрашивает очевидцев аварии, получает письменные объяснения от должностных лиц;
  •  выясняет обстоятельства, предшествующие аварии, устанавливает причины их возникновения;
  •  выясняет характер нарушения технологических процессов, условий эксплуатации оборудования;
  •  выявляет нарушения требований норм и правил промышленной безопасности;
  •  проверяет соответствие объекта или технологического процесса проектным решениям;
  •  проверяет качество принятых проектных решений;
  •  проверяет соответствие области применения оборудования;
  •  проверяет наличие и исправность средств защиты;
  •  проверяет квалификацию обслуживающего персонала;
  •  устанавливает причины аварии и сценарий ее развития на основе опроса очевидцев, рассмотрения технической документации, экспертного заключения и результатов осмотра места аварии и проведенной проверки;
  •  определяет допущенные нарушения требований промышленной безопасности и лиц, допустивших эти нарушения;
  •  предлагает меры по устранению причин аварии, предупреждению возникновения подобных аварий;
  •  определяет размер причиненного вреда, включающего прямые потери, социально - экономические потери, потери из-за неиспользованных возможностей, а также вред, причиненный окружающей природной среде.

Расчет экономического ущерба от аварии осуществляется организацией, на объекте которой произошла авария, по методикам, утвержденным в установленном порядке. Документ об экономических последствиях аварии подписывается руководителем организации, проводившей расчет. Финансирование расходов на техническое расследование причин аварии осуществляется организацией, эксплуатирующей опасный производственный объект, на котором произошла авария. Расследование причин несчастных случаев, происшедших в результате аварии, проводится в соответствие с постановлением Минтруда России от 24 октября 2002 г. N 73 «Формы документов, необходимых для расследования и учета несчастных случаев на производстве, и положение об особенностях расследования несчастных случаев на производстве в отдельных отраслях и организациях». Причины несчастных случаев, происшедших с третьими лицами, не связанными трудовыми отношениями с организацией, на которой произошла авария, не подпадающими под действие постановления Минтруда России от 24 октября 2002 г. № 73, устанавливаются при расследовании причин аварии, вызвавшей несчастные случаи.

Материалы расследования включают приказ о назначении комиссии для расследования причин аварии и акт технического расследования аварии, к которому прилагаются:

  •  протокол осмотра места аварии с необходимыми графическими, фото- и видеоматериалами;
  •  распоряжение председателя о назначении экспертной комиссии (если в этом есть необходимость) и другие распоряжения, издаваемые комиссией по расследованию аварий;
  •  заключение экспертной комиссии об обстоятельствах и причинах аварии с необходимыми расчетами, графическим материалом и т.п.;
  •  докладную записку Военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ), газоспасательных служб (ГСС), противофонтанных военизированных частей (ПФВЧ) и служб предприятия о ходе ликвидации аварии, если они принимали в ней участие;
  •  протоколы опроса и объяснения лиц, причастных к аварии, а также должностных лиц, ответственных за соблюдение требований промышленной безопасности;
  •  справки об обучении и проведении инструктажей по охране труда и технике безопасности и проверке знаний производственного персонала;
  •  справки о размере причиненного вреда;
  •  форму учета и анализа аварий;
  •  другие материалы, характеризующие аварию, в том числе о лицах, пострадавших от аварии.

Организация не позднее трех дней после окончания расследования рассылает материалы расследования аварий Ростехнадзору России и его территориальному органу, производившему расследование, соответствующим органам (организациям), представители которых принимали участие в расследовании причин аварии, территориальному объединению профсоюзов, органам прокуратуры по месту нахождения организации, НТЦ «Промышленная безопасность» Ростехнадзора России. По результатам расследования аварии руководитель организации издает приказ, предусматривающий осуществление соответствующих мер по устранению причин и последствий аварии и обеспечению безаварийной и стабильной эксплуатации производства, а также по привлечению к ответственности лиц, допустивших нарушения правил безопасности. Руководитель организации представляет письменную информацию о выполнении мероприятий, предложенных комиссией по расследованию аварии, организациям, представители которых участвовали в расследовании. Информация представляется в течение десяти дней по окончании сроков выполнения мероприятий, предложенных комиссией по расследованию аварии.

Организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, ведет учет аварий по установленной форме, анализирует причины их возникновения; один раз в полугодие представляет в территориальный орган Ростехнадзора России информацию о количестве аварий, причин их возникновения и о принятых мерах. Организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, по запросам органов власти субъектов Российской Федерации или органов местного самоуправления, федеральных органов исполнительной власти или их территориальных органов может предоставлять информацию о причинах возникновения аварий и принимаемых мерах по их устранению. Территориальные органы Ростехнадзора в течение суток с момента происшедшей аварии передают в Ростехнадзор России оперативные сведения об авариях на опасном производственном объекте по установленной форме. Учет аварий осуществляется в соответствии с примерным перечнем видов аварий по отраслям (направлениям) надзора.

Материалы по результатам расследования причин аварий и мерах по их предупреждению, в зависимости от масштабов аварии и предлагаемых мер, рассматриваются на советах территориальных органов Ростехнадзора России, коллегии Ростехнадзора России, коллегиях федеральных органов исполнительной власти с участием представителей государственной инспекции труда. На основании анализа причин аварий, происшедших на опасных производственных объектах, Ростехнадзор России и другие федеральные органы исполнительной власти, которым в установленном порядке предоставлено право осуществлять нормативное регулирование в области промышленной безопасности, при необходимости, вносят соответствующие дополнения, изменения в нормативные акты, содержащие требования безопасного ведения работ на опасных производственных объектах, в пределах их компетенции.

Установление причин, анализ и учет инцидентов осуществляется организацией, эксплуатирующей опасный производственный объект. Порядок проведения работ по установлению причин инцидентов определяется руководством организации по согласованию с территориальным органом Ростехнадзора России. Для установления причин инцидентов создается комиссия. Состав комиссии назначается приказом руководителя организации (установление причин инцидентов в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем производстве производится с обязательным участием территориальных органов Ростехнадзора России).

Результаты работы по установлению причин инцидента оформляются актом по форме, установленной предприятием. Акты расследования должны содержать информацию о дате и месте инцидента, его причинах и обстоятельствах, принятых мерах по ликвидации инцидента, продолжительности простоя и материальном ущербе, в том числе вреде, нанесенном окружающей природной среде, а также меры по устранению причин инцидента.

Учет инцидентов на опасном производственном объекте ведется в специальном журнале, где регистрируются дата и место инцидента, его характеристика и причины, продолжительность простоя, экономический ущерб (в том числе вред, нанесенный окружающей природной среде), меры по устранению причин инцидента и отметка о их выполнении. Организация ведет анализ причин инцидентов и ежеквартально сообщает в территориальный орган Ростехнадзора России информацию о количестве инцидентов, причинах их возникновения и принятых мерах. Территориальные органы Ростехнадзора России осуществляют контроль учета и анализа инцидентов на опасных производственных объектах, а также проверку достаточности разработанных мер по устранению причин и предупреждению инцидентов и их выполнения в установленные сроки.


Заключение

На основе анализа существующих в других высших учебных заведениях  макетов на базе программируемых контроллеров, а также анализа использующегося на кафедре АТ лабораторного комплекса были разработаны структурная и функциональная схемы, электрические схемы и конструкция  устройства управления, состоящего из контроллера ПЛК100, модуля ввода МВА8 и модуля вывода МВУ8. Сконфигурированы модули для работы в сети RS-485, изучена среда программирования CoDeSys v.2.3  и запрограммирован контроллер для управления объектом по различным законам. Разработано автоматизированное рабочее место в среде программирования C++ Builder и в SCADA-системе Trace Mode 6.  Разработаны схемы и конструкция блока индикации на базе панели оператора ОВЕН ИП320. Сконфигурирована и запрограммирована графическая панель оператора  для работы с макетом.

В будущем конструкция устройства управления может быть доработана для подключения большого количества контуров управления, будут задействованы 8 входов МВА8 и 8 выходов МВУ8. Возможно создание моделей сложных объектов управления в виде программ на ПК. Для эффективного использования макета в учебных целях рекомендуется разработать методические указания по выполнению лабораторных работ.


Приложение А

(обязательное)

Структурная схема макета


Приложение Б

(обязательное)

Функциональная схема макета


Приложение В

(обязательное)

Схемы электрических соединений

Схема электрических соединений неподвижной части устройства управления. Силовая разводка

 


Схема электрических соединений неподвижной части устройства управления. Разводка сигнальных проводов

 


Схема электрических соединений подвижной части устройства управления

Силовая и сигнальная разводка

 

Схема электрических соединений блока индикации

Силовая и сигнальная разводки


Приложение Г

(обязательное)

Сборочный чертёж сменной части устройства управления


Приложение Д

(обязательное)

Сборочный чертёж блока индикации

1-Индикаторная панель ИП320. Крепится к крышке 4 с помощью фиксаторов

2-Два разъема DB-9F для подключения к УУ и к компьютеру

3-Два уголка для крепления крышки 4 к корпусу

4-Съемная крышка корпуса


Приложение Ж

(обязательное)

Схемы распайки кабелей панели ИП320

Рисунок Д.1 - Соединительный нуль-модемный кабель для конфигурирования панели ИП320 с переходником

Рисунок Д.2 - Соединительный кабель для конфигурирования панели ИП320 без переходника

Рисунок Д.3 - Соединительный кабель для связи панели ИП320 и ОВЕН ПЛК через интерфейс RS232-debug

Рисунок Д.4 - Соединительный кабель для связи панели ИП320 и ПЛК любого производителя


Приложение И

(обязательное)

Структура ПО


Приложение К

(обязательное)

Программный листинг

Main.cpp:

//---------------------------------------------------------------------------

#include <vcl.h>

#include <assert.h>

#include "math.h"

#pragma hdrstop

#include "Main.h"

#include "connect.h"

#include "Var.h"

#include "Unit3.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init)

#pragma resource "*.dfm"

TMainForm *MainForm;

#define MAX_KEYLEN 256

int i=0;

// Ole initializer/deinitializer

static struct SOLEINIT

{

SOLEINIT()

{

CoInitialize(NULL);

}

~SOLEINIT()

{

CoUninitialize();

}

} oleinit__;

inline AnsiString Variant2Str(VARIANT& v)

{

  Variant var(v);

  return VarToStr(var);

}

#ifdef StrToInt

#undef StrToInt

#endif // StrToInt

//---------------------------------------------------------------------------

__fastcall TMainForm::TMainForm(TComponent* Owner)

  : TForm(Owner),

  m_vbActive(VARIANT_FALSE),

  m_hGroup(0),

  m_dwRate(100),

  m_fDeadBand(0.0f),

  m_hItem(0),

  m_dwID(0),

  m_dwCancelID(0)

{

  CoGetMalloc(MEMCTX_TASK, &m_ptrMalloc);

  assert(m_ptrMalloc != NULL);

}

//---------------------OPC FUNCTIONS BEGIN-----------------------------------

//Отключение от переменной

void __fastcall TMainForm::CleanupItem()

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отключение от сервера

void __fastcall TMainForm::Cleanup()

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Подключение к серверу

void __fastcall TMainForm::ConnectToServer()

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Подключение к элементу

void __fastcall TMainForm::ConnectToItem()

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Функция, реагирующая на изменение переменных

void __fastcall TMainForm::OnDataChange()

{

  /*DoLog(Format(_T("DataChange: Value = '%s'"),

              ARRAYOFCONST((Variant2Str(*pvValues)))).c_str());

    */

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Функция, реагирующая на успешное чтение переменной

void __fastcall TMainForm::OnReadComplete(

     /* [in] */ DWORD dwTransid,

     /* [in] */ OPCHANDLE hGroup,

     /* [in] */ HRESULT hrMasterquality,

     /* [in] */ HRESULT hrMastererror,

     /* [in] */ DWORD dwCount,

     /* [size_is][in] */ OPCHANDLE __RPC_FAR *phClientItems,

     /* [size_is][in] */ VARIANT __RPC_FAR *pvValues,

     /* [size_is][in] */ WORD __RPC_FAR *pwQualities,

     /* [size_is][in] */ FILETIME __RPC_FAR *pftTimeStamps,

     /* [size_is][in] */ HRESULT __RPC_FAR *pErrors)

{

 /* DoLog(Format(_T("ReadComplete: Value = '%s'"),

              ARRAYOFCONST((Variant2Str(*pvValues)))).c_str());

   */

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Функция, реагирующая на успешную запись переменной

void __fastcall TMainForm::OnWriteComplete(

     /* [in] */ DWORD dwTransid,

     /* [in] */ OPCHANDLE hGroup,

     /* [in] */ HRESULT hrMastererr,

     /* [in] */ DWORD dwCount,

     /* [size_is][in] */ OPCHANDLE __RPC_FAR *pClienthandles,

     /* [size_is][in] */ HRESULT __RPC_FAR *pErrors)

{

  //DoLog(_T("Async Write completed!"));

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Деструктор

void __fastcall TMainForm::FormDestroy(TObject *Sender)

{

  Cleanup();

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Получение списка OPC-серверов

void __fastcall TMainForm::GetServer()

{

//this code segment is take from SST_Client sample

// Copyright © 1998-1999 SST, a division of Woodhead Canada Limited

// www.sstech.on.ca

//

// Created by Richard Illes

// May 21, 1998

// browse registry for OPC 1.0A Servers

HKEY hk = HKEY_CLASSES_ROOT;

TCHAR szKey[MAX_KEYLEN];

for(int nIndex = 0; ::RegEnumKey(hk, nIndex, szKey, MAX_KEYLEN) == ERROR_SUCCESS; nIndex++)

{

 HKEY hProgID;

 TCHAR szDummy[MAX_KEYLEN];

 if(::RegOpenKey(hk, szKey, &hProgID) == ERROR_SUCCESS)

 {

  LONG lSize = MAX_KEYLEN;

  if(::RegQueryValue(hProgID, "OPC", szDummy, &lSize) == ERROR_SUCCESS)

  {

                       Form1->ListBox1->Items->Add(szKey);

  }

  ::RegCloseKey(hProgID);

 }

}

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Получение списка переменных из символьного файла

void __fastcall TMainForm::GetItems()

{

// loop until all items are added

char sz2[200];

TCHAR szBuffer[256];

HRESULT hr = 0;

int nTestItem = 0; // how many items there are

IEnumString* pEnumString = NULL;

int nCount = 0;

USES_CONVERSION;

       //ListBox2->Items->Clear();

  OLECHECK(m_ptrBrowse->BrowseOPCItemIDs(OPC_FLAT, L""/*NULL*/, VT_EMPTY, 0, &pEnumString));

LPOLESTR pszName = NULL;

       ULONG count = 0;

       while((hr = pEnumString->Next(1, &pszName, &count)) == S_OK)

       {

           VarForm->ComboBox1->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox2->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox3->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox4->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox5->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox6->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox7->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox8->Items->Add(OLE2T(pszName));

           VarForm->ComboBox9->Items->Add(OLE2T(pszName));

           ::CoTaskMemFree(pszName);

       }

       pEnumString->Release();

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Синхронное чтение

void __fastcall TMainForm::SyncRead(double *readedVAR)

{   // Only integers, by now:

  try

  {

     assert(m_ptrMalloc != NULL);

     assert(m_ptrSyncIO != NULL);

     HRESULT *phResult = NULL;

     OPCITEMSTATE* pItemState;

     OLECHECK(m_ptrSyncIO->Read(OPC_DS_DEVICE, 1, &m_hItem, &pItemState, &phResult));

     assert(phResult != NULL);

     if (SUCCEEDED(phResult[0]))

     {

        assert(pItemState != NULL);

        *readedVAR=Variant2Str(pItemState[0].vDataValue).ToDouble();

        // Free results

        m_ptrMalloc->Free(pItemState);

        m_ptrMalloc->Free(phResult);

     }

     else

     {

        HRESULT hr = phResult[0];

      // Free the returned results

      //

        m_ptrMalloc->Free(phResult);

      m_ptrMalloc->Free(pItemState);

        OLECHECK(hr);// Always the exception is raised here

     }

  }

  catch(...)

  {

  }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Синхронная запись

void __fastcall TMainForm::SyncWrite()

{

  // Only integers, by now:

  assert(m_ptrMalloc != NULL);

  assert(m_ptrSyncIO != NULL);

  HRESULT *phResult = NULL;

  OLECHECK(m_ptrSyncIO->Write(1, &m_hItem, &vValue, &phResult));

  // Check the item result for errors

  assert(phResult != NULL);

  HRESULT hr = phResult[0];

  m_ptrMalloc->Free(phResult);

  OLECHECK((HRESULT)hr);

}

//---------------------------------------------------------------------------

//---------------------OPC FUNCTIONS END-------------------------------------

//---------------------------------------------------------------------------

//---------------------MAINMENU BEGIN----------------------------------------

//Отображение формы подключения

void __fastcall TMainForm::MainMenuConnectClick(TObject *Sender)

{

Form1->Visible=TRUE;

MainForm->Enabled=FALSE;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отключение от сервера

void __fastcall TMainForm::MainMenuDisconnectClick(TObject *Sender)

{

      try

     {

        Cleanup();

        ShowMessage("Отключено от сервера");

        EnableClient(false);

     }

     catch(...)

     {

        throw;

     }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Простое регулирование

void __fastcall TMainForm::MainMenuRegClick(TObject *Sender)

{

       MainMenuPidReg->Checked=false;

       MainMenuReg->Checked=true;

       RegBox->Visible=true;

       PidRegBox->Visible=false;

       Chart1->Title->Text->Clear();

       Chart1->Title->Text->Add(AnsiString("Простое регулирование"));

       m_hItem=modeH;

       vValue=0;

       SyncWrite();

}

//---------------------------------------------------------------------------

//ПИД регулирование

void __fastcall TMainForm::MainMenuPidRegClick(TObject *Sender)

{

       MainMenuReg->Checked=false;

       MainMenuPidReg->Checked=true;

       PidRegBox->Visible=true;

       RegBox->Visible=false;

       Chart1->Title->Text->Clear();

       Chart1->Title->Text->Add(AnsiString("ПИД регулирование"));

       m_hItem=modeH;

       vValue=1;

       SyncWrite();

       if(HistCheckBox->Checked)

       {HistCheckBox->Checked=false;

        HistCheckBoxClick(NULL);

       }

       if(ZonaCheckBox->Checked)

       {ZonaCheckBox->Checked=false;

        ZonaCheckBoxClick(NULL);

       }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Справка

void __fastcall TMainForm::SpravkaClick(TObject *Sender)

{

 Form3->ShowModal();

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Выход

void __fastcall TMainForm::N2Click(TObject *Sender)

{

 MainForm->Close();

}

//---------------------MAINMENU END------------------------------------------

//---------------------------------------------------------------------------

//Функция доступности/недоступности параметров и переменных

void __fastcall TMainForm::EnableClient(bool bEnabled)

{

  Form1->Visible=False;

  MainForm->Enabled=True;

  MainMenuConnect->Enabled=!bEnabled;

  MainMenuDisconnect->Enabled=bEnabled;

  MainMenuReg->Enabled=bEnabled;

  MainMenuPidReg->Enabled=bEnabled;

  btnStart->Enabled=bEnabled;

  btnStop->Enabled=bEnabled;

  btnRefresh->Enabled=bEnabled;

  UstavkaEdit->Enabled=bEnabled;

  UstavkaCheckBox->Enabled=bEnabled;

  btnParSave->Enabled=bEnabled;

  HistEdit->Enabled=bEnabled;

  ZonaEdit->Enabled=bEnabled;

  HistCheckBox->Enabled=bEnabled;

  ZonaCheckBox->Enabled=bEnabled;

  PEdit->Enabled=bEnabled;

  IEdit->Enabled=bEnabled;

  DEdit->Enabled=bEnabled;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Подключение к серверу и получение списка переменных (по кнопке "Подключиться")

void __fastcall TMainForm::StartConnectToServer()

{

      try

     {

        m_bstrServer.Empty();

        m_bstrServer = WideString(Form1->edServer->Text);

        ConnectToServer();

        ShowMessage("Успешно подключено к серверу: "+Form1->edServer->Text);

        GetItems();

        VarForm->Visible=true;

        VarForm->SetFocus();

        VarForm->GetControllerVars();

     }

     catch(...)

     {

        Cleanup();

        throw;

     }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Подключение ко всем переменным и их чтение при первом запуске

void __fastcall TMainForm::StartConnectToItems()

{

try

     {

        m_bstrItem = WideString(inputVAR);

        ConnectToItem();

        inputH=m_hItem;

        m_bstrItem = WideString(outputVAR);

        ConnectToItem();

        outputH=m_hItem;

        double U;

        m_bstrItem = WideString(ustavkaVAR);

        ConnectToItem();

        ustavkaH=m_hItem;

        SyncRead(&U);

        UstavkaEdit->Text=U;

        double Z;

        m_bstrItem = WideString(zonaVAR);

        ConnectToItem();

        zonaH=m_hItem;

        SyncRead(&Z);

        ZonaEdit->Text=Z;

        double H;

        m_bstrItem = WideString(histVAR);

        ConnectToItem();

        histH=m_hItem;

        SyncRead(&H);

        HistEdit->Text=H;

        DrawGraf(U,Z,H);

        double P;

        m_bstrItem = WideString(pVAR);

        ConnectToItem();

        pH=m_hItem;

        SyncRead(&P);

        PEdit->Text=P;

        double I;

        m_bstrItem = WideString(iVAR);

        ConnectToItem();

        iH=m_hItem;

        SyncRead(&I);

        IEdit->Text=I;

        double D;

        m_bstrItem = WideString(dVAR);

        ConnectToItem();

        dH=m_hItem;

        SyncRead(&D);

        DEdit->Text=D;

        m_bstrItem = WideString(modeVAR);

        ConnectToItem();

        modeH=m_hItem;

        MainMenuRegClick(NULL);

        EnableClient(true);

        btnStartClick(NULL);

     }

     catch(...)

     {

        Cleanup();

        throw;

     }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Таймер, строящий графики

void __fastcall TMainForm::GrafTimerTimer(TObject *Sender)

{

       double input;

       m_hItem=inputH;

       SyncRead(&input);

       InputSeries->AddXY(i,input);

       TemperLabel->Caption=input;

       double output;

       m_hItem=outputH;

       SyncRead(&output);

       OutputSeries->AddXY(i++,output);

       if (output==0)

       {LampLabel->Visible=false;

        VentLabel->Visible=true;}

       {

       if (output==1)

       {LampLabel->Visible=true;

        VentLabel->Visible=false;}

       }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отображение уставки на графике

void __fastcall TMainForm::UstavkaCheckBoxClick(TObject *Sender)

{

 if (UstavkaCheckBox->Checked)

 UstavkaSeries->Active=TRUE;

 else

 UstavkaSeries->Active=False;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отображение зоны нечуствительности на графике

void __fastcall TMainForm::ZonaCheckBoxClick(TObject *Sender)

{

 if (ZonaCheckBox->Checked)

 {ZonaSeriesUP->Active=TRUE;

  ZonaSeriesDOWN->Active=TRUE;

 }

 else

 {ZonaSeriesUP->Active=FALSE;

  ZonaSeriesDOWN->Active=FALSE;

 }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отображение гистерезиса на графике

void __fastcall TMainForm::HistCheckBoxClick(TObject *Sender)

{

 if (HistCheckBox->Checked)

 {HistSeriesUPUP->Active=TRUE;

  HistSeriesUPDOWN->Active=TRUE;

  HistSeriesDOWNUP->Active=TRUE;

  HistSeriesDOWNDOWN->Active=TRUE;

 }

 else

 {HistSeriesUPUP->Active=FALSE;

  HistSeriesUPDOWN->Active=FALSE;

  HistSeriesDOWNUP->Active=FALSE;

  HistSeriesDOWNDOWN->Active=FALSE;

 }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "Старт"

void __fastcall TMainForm::btnStartClick(TObject *Sender)

{

       GrafTimer->Enabled=true;

       btnStart->Enabled=false;

       btnStop->Enabled=true;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "Стоп"

void __fastcall TMainForm::btnStopClick(TObject *Sender)

{

       GrafTimer->Enabled=false;

       btnStart->Enabled=true;

       btnStop->Enabled=false;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "Сброс"

void __fastcall TMainForm::btnResetClick(TObject *Sender)

{

       LeftEdit->Text=0;

       RightEdit->Text=300;

       TopEdit->Text=40;

       BottomEdit->Text=20;

       btnOKClick(NULL);

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "Очистить"

void __fastcall TMainForm::btnRefreshClick(TObject *Sender)

{

       btnStop->Enabled=false;

       btnStart->Enabled=true;

       GrafTimer->Enabled=false;

       InputSeries->Clear();

       OutputSeries->Clear();

       i=0;

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "OK"

void __fastcall TMainForm::btnOKClick(TObject *Sender)

{

       Chart1->LeftAxis->Minimum=BottomEdit->Text.ToDouble();

       Chart1->LeftAxis->Maximum=TopEdit->Text.ToDouble();

       Chart1->BottomAxis->Minimum=LeftEdit->Text.ToDouble();

       Chart1->BottomAxis->Maximum=RightEdit->Text.ToDouble();

       Chart2->BottomAxis->Minimum=LeftEdit->Text.ToDouble();

       Chart2->BottomAxis->Maximum=RightEdit->Text.ToDouble();

       DrawGraf(UstavkaEdit->Text.ToDouble(),ZonaEdit->Text.ToDouble(),HistEdit->Text.ToDouble());

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Кнопка "Запись"-Запись измененных параметров в контроллер

void __fastcall TMainForm::btnParSaveClick(TObject *Sender)

{

       double U=UstavkaEdit->Text.ToDouble();

       m_hItem=ustavkaH;

       vValue=U;

       SyncWrite();

if(MainMenuReg->Checked)

      {double H=HistEdit->Text.ToDouble();

       double Z=ZonaEdit->Text.ToDouble();

       m_hItem=zonaH;

       vValue=Z;

       SyncWrite();

       m_hItem=histH;

       vValue=H;

       SyncWrite();

       DrawGraf(U,Z,H);

      }

if(MainMenuPidReg->Checked)

      {m_hItem=pH;

       vValue=PEdit->Text.ToDouble();

       SyncWrite();

       m_hItem=iH;

       vValue=IEdit->Text.ToDouble();

       SyncWrite();

       m_hItem=dH;

       vValue=DEdit->Text.ToDouble();

       SyncWrite();

      }

}

//---------------------------------------------------------------------------

//Отображение уставки,зоны и гистерезиса на графике

void __fastcall TMainForm::DrawGraf(double U,double Z,double H)

{

  UstavkaSeries->Clear();

  UstavkaSeries->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,U);

  UstavkaSeries->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,U);

  ZonaSeriesUP->Clear();

  ZonaSeriesDOWN->Clear();

  double Zup  =U+Z/2.0;

  double Zdown=U-Z/2.0;

  ZonaSeriesUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Zup);

  ZonaSeriesUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Zup);

  ZonaSeriesDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Zdown);

  ZonaSeriesDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Zdown);

  HistSeriesUPUP->Clear();

  HistSeriesUPDOWN->Clear();

  HistSeriesDOWNUP->Clear();

  HistSeriesDOWNDOWN->Clear();

  double Hupup    =U+Z/2.0+H/2.0;

  double Hupdown  =U+Z/2.0-H/2.0;

  double Hdownup  =U-Z/2.0+H/2.0;

  double Hdowndown=U-Z/2.0-H/2.0;

  HistSeriesUPUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Hupup);

  HistSeriesUPUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Hupup);

  HistSeriesUPDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Hupdown);

  HistSeriesUPDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Hupdown);

  HistSeriesDOWNUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Hdownup);

  HistSeriesDOWNUP->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Hdownup);

  HistSeriesDOWNDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Minimum,Hdowndown);

  HistSeriesDOWNDOWN->AddXY(Chart1->BottomAxis->Maximum,Hdowndown);

}

Connect.cpp:

//---------------------------------------------------------------------------

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include "connect.h"

#include "main.h"

#include "Var.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init)

#pragma resource "*.dfm"

#define MAX_KEYLEN 256

TForm1 *Form1;

//---------------------------------------------------------------------------

__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

       : TForm(Owner)

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::RefreshClick(TObject *Sender)

{

ListBox1->Clear();

MainForm->GetServer();

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::ListBox1Click(TObject *Sender)

{

if (ListBox1->ItemIndex!=-1)

{ Connect->Enabled=TRUE;

}

else Connect->Enabled=FALSE;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::ConnectClick(TObject *Sender)

{


Приложение Л

(справочное)

Авторская справка

Приложение

распоряжению

и.о. ректора ГОУ ВПО «ВятГУ»

от 28.02.2008 № 27

АВТОРСКАЯ СПРАВКА

Я,___Кашин Александр Игоревич________________________________________________

автор выпускной квалификационной работы ___Лабораторный макет на базе контроллера ОВЕН ПЛК100________________________________________________________________

сообщаю, что мне известно о персональной ответственности автора за разглашение сведений, подлежащих защите законами РФ о защите объектов интеллектуальной собственности.

Одновременно сообщаю, что

1. При подготовке к защите (опубликованию) выпускной квалификационной работы не использованы источники (документы, отчеты, диссертации, литература и т.п.), имеющие гриф секретности или «Для служебного пользования»  ГОУ ВПО «ВятГУ» или другой организации.

2. Данная работа не связана (связана) с незавершенными исследованиями или уже с завершенными, но еще официально не разрешенными к опубликованию  ГОУ ВПО «ВятГУ»  или другими организациями.

3. Данная работа не содержит (содержит) коммерческую информацию, способную нанести ущерб интеллектуальной собственности  ГОУ ВПО «ВятГУ»  или другой организации.

4. Данная работа является (не является) результатом НИР или ОКР,  выполняемой по договору с организацией (указать согласие заказчика) _______________________________

_____________________________________________________________________________

5. В предлагаемом к опубликованию тексте нет данных по незащищенным объектам интеллектуальной собственности других авторов.

6. Согласен на использование результатов своей работы безвозмездно в ГОУ ВПО «ВятГУ»  для учебного процесса.

7. Использование моей дипломной работы в научных исследованиях оформляется в соответствии с законодательством РФ о защите интеллектуальной собственности отдельным договором.

Автор  ___________________________________________________А.И. Кашин___

   личная подпись               И.О. Фамилия

«___» _______________2011 г.  

Сведения по авторской справке подтверждаю:

Зав. кафедрой  ____________________________________________А.Б. Кислицын_

   личная подпись     И.О. Фамилия

«___»_______________2011г.  


Приложение М

(справочное)

Перечень принятых обозначений и сокращений

В настоящем дипломном проекте приняты следующие сокращения и обозначения:

ДП

-

Дипломный проект

ПЗ

-

Пояснительная записка

АТ

-

Автоматика и телемеханика

ПЛК

-

Программируемый логический контроллер

АРМ

-

Автоматизированное рабочее место

АПП

-

Автоматизация производственных процессов

ИКД

-

Инфракрасный датчик

ПК

-

Персональный компьютер

РХТУ

-

Российский химико-технологический университет

АСУТП

-

Автоматизированная система управления технологическим процессом

ПО

Программное обеспечение

МАДИ

-

Московский автомобильно-дорожный институт

МДВВ

-

Модуль дискретного ввода/вывода

ЭОПП

-

Электрооборудование промышленных предприятий

УТС

-

Управление в технических системах

БУСТ

-

Блок управления симисторами или тиристорами

УУ

-

Устройство управления

ОУ

-

Объект управления

ПИД

-

Пропорционально интегрально дифференциальный

ЭВМ

-

Электронно-вычислительная машина

PTC

-

Positive Temperature Coefficient

ВУ

-

Выходное устройство

ЛУ

-

Логическое устройство

ИМ

-

Исполнительный механизм

ИУ

-

Исполнительное устройство

POU

-

Программный компонент

ФБ

-

Функциональный блок

OPC

-

OLE for Process Control

БЖД

-

Безопасность жизнедеятельности


Приложение Н

(справочное)

Библиографический список

1. Никонов А.В., Вахрушев В.Ю., Куклин В.В. Лабораторные комплексы на базе Trace Mode 6 и средств автоматизации ОВЕН /Управление производством в системе TRACE MODE: тезисы докладов XV международной конференции и выставки, 12 февр. 2009 г. / Бизнес-парк Авиаплаза. - Москва, 2009. - С. 72-75.

2. Куклин В.В. Технические средства автоматизации и управления: Курс лекций. – Киров: ВятГУ, 2005. – 69с.

3. Каталог продукции 2008/2009: Каталог ОВЕН №1/2008-2009 / ООО «Завод 423», - Богородицк., 2008. – 254 с.: ил.

4. Вахрушев В.Ю. Проектирование АСУТП: Лабораторный практикум. – Киров: ВятГУ, 2005. – 67с.

5. Архангельский А. Я. Программирование в С++ Builder 6. М: "БИНОМ", 2003 – 860 с., ил.

6. Чуркин В.В. Основы интегрированной среды разработки приложений Borland C++ Builder 6: Метод. указания к лабор. работам. – Киров: ВятГУ, 2005. – 118с.

7. Куклин В.В, Никонов А.В. Технические средства автоматизации и управления: Лабораторный практикум. – Киров: ВятГУ, 2009. – 82с.

8. Пестова Н.С. Методические указания по выполнению экономического раздела дипломного проекта, Киров: ВятГУ, 2005г. -18с.

9. Федеральный закон «Об основах охраны труда в Российской Федерации» от 17.07.99 № 181—ФЗ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5577. Изучение свойств, форм и операций мышления 44 KB
  Изучение свойств, форм и операций мышления Цель работы:исследование: свойства мышления: лабильности (подвижности) форм мышления: структура и соотношение понятий операций мышления: сравнение, обобщение, абстрагирование. Матери...
5578. Исследование эффективности различных видов организационных структур 177 KB
  Структура организации - это основной элемент любой организации, не только характеризующий её, но и представляющий собой сам механизм построения и функционирования организации. Правильный выбор организационной структуры - необходимый фактор ...
5579. КРОВЬ КАК ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА И СРЕДСТВО ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ 177.94 KB
  Функциональная система крови (состав, функции, методы исследования). Физико-химический состав гомеостаз внутренней среды (состав и физико-химические показатели крови). Кровь как средство транспорта веществ.
5580. Подшипники качения 113.5 KB
  Отличие подшипников качения от подшипников скольжения. В любом механизме или машине различают два типа подвижных опор: опоры с трением скольжения и опоры с трением качения. В первом случае происходит взаимное перемещение и взаимодействие рабочих пов...
5581. Изучение свойств памяти 55 KB
  Изучение свойств памяти Цель работы:исследование динамики процессов запоминания выявление преобладающего вида образной памяти (зрительная, слуховая). Материалы:Методики для исследования памяти: Динамический тест памяти Таблицы с образам...
5582. Обоснование и расчет искусственного освещения помещения здания закусочной 98 KB
  Обоснование и расчет искусственного освещения помещения здания закусочной Задание 1. Требования руководящих документов по вопросам производственной санитарии и гигиены труда 2. Анализ опасных и вредных факторов при строительстве и эксплуатации здани...
5583. Уголовная статистика и изучение преступности 93.5 KB
  Правовая статистика охватывает широкий круг проблем, связанных с негативными явлениями в обществе. Изучает различного рода преступления и правонарушения, такие как: бандитизм, ограбление, изнасилование, проституция...
5584. Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением. Керамика 207 KB
  Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением 1. Керамические материалы. Общие сведения Керамика - собирательное название широкой группы искусственных каменных материалов, получаемых формованием из глиняных смесей с минеральными и ...
5585. Магнитное поле в вакууме 30 KB
  Магнитное поле в вакууме: Взаимодействие токов осуществляется через поле, называемое магнитным. Из опытов следует, что оно имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной, называемой магнитной индукцией (В), аналогич...