atpv

Навчальні матеріали з автоматизації технологічних процесів та виробництв, розроблені спільнотою

Лабораторний практикум

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3. Зв’язок рецептурного та апаратурного керування

Мета роботи – навчитися створювати взаємозв’язані етапи в SCADA та контролері, створювати реакції та події, означувати стани та команди.

Загальні теоретичні відомості

Етапи в рецептах пов’язані з аналогічними етапами в системі керування (рис.3.1). Однак логіка етапу в системі керування може бути реалізовано різними способами.

image-20240102105450691

Рис.3.1. Взаємодія етапів в рецепті та системі керування

У SCADA zenon етап може виконувати усю логіку виконання, взаємодіючи з модулями керування (Control Module, CM) на контролері (наприклад виконавчими механізмами та датчиками, що підключені до ПЛК). У більшості ж випадків компонувальні блоки-етапи (phase) в апаратах (Unit), з яких будується рецепт для REE в zenon надають тільки інтерфейс для взаємодії з такими саме етапами в ПЛК (рис.3.2). Тобто етап в zenon при ініціалізації або зміні стану передає на ПЛК тільки задані значення, команди керування, а отримує з нього дійсні значення та стан етапу. Таким чином відбувається синхронізація між етапом в zenon та його реалізацією в ПЛК. Керування самими клапанами відбувається виключно в ПЛК через функції базового керування (base control).

image-20240102105503036

Рис.3.2. Можливості взаємодії етапів в REE SCADA zenon та ПЛК

У даній лабораторній роботі буде використовуватися реалізація логіки виконання етапів тільки в zenon, а ПЛК буде виконувати функції вводу/виводу. Така конструкція дає можливість реалізувати batch-керування навіть використовуючи разом з zenon тільки модулі вводу/виводу. У наступній лабораторній роботі вся логіка виконання етапів буде записуватися в ПЛК.

У ПЛК вже створені змінні, які будуть взаємодіяти з виконавчими механізмами, а на SCADA реалізований з ними зв’язок. Тепер необхідно вписати в етапи командні теги (параметри), які будуть давати команди керування цим виконавчим механізмам.

Кожен процедурний елемент згідно ISA-88 виконується в залежності від режиму (ручний, автоматичний, напівавтоматичний) та стану (state, status), в якому він знаходиться. Режими будуть розглянуті в наступній лабораторній роботі. Стан вказує на особливості виконання етапу (початок, кінець, штатний або нештатний режим і т.д.), тому в кожному з станів може бути означено свій алгоритм виконання. Перехід зі стану в стан відбувається або згідно виконання певних внутрішніх умов (наприклад, виконання умови закінчення етапу) або надсилання процедурному елементу команди.Команда може надсилатися оператором або іншим процедурним елементом (наприклад, процедура апарату надсилає команду етапу). Правила переходу між станами описується автоматом станів. У ISA-88.1 поданий типовий автомат станів, який підходить до більшості технологічний процесів (рис.3.3).

image-20240102105515187

Рис.3.3. Типовий автомат станів етапу

Основні стани:

Серед станів є перехідні, назва яких закінчується на «-ing». У перехідних станах відбувається виконання логіки переходу. Навіть «Running» можна назвати перехідним між «Idle» та «Complete».

Для інформування ПЛК про події (events), пов’язані з виконанням рецептів, у Zenon використовуються реакції (reactions). Реакції можуть бути налаштовані для багатьох подій, які може ініціювати етап або інші частини REE тасередовище виконання zenon взагалі. Реакції можуть впливати на виконання рецепту, вони можуть привести до запису значень параметрів або можуть бути виконані необхідні функції zenon. Далі використаємо події та реакції на них для закривання клапанів в кінці етапів, вимиканню мішалки та для формування повідомлень в журнал CEL.

У середовищі виконання SCADA zenon логіка виконання процедур, що прописані в рецепті, обробляється в модулі REE. Процедура комірки та апарата керується командами (Commands) та умовами переходу PFC, які в свою чергу передають команди етапам (phase). Типові команди в ISA-88 також означені (рис.3.3). Етапи в REE пов’язані з етапами в контролері за допомогою змінних (через теги етапів), у тому числі змінні команд та статусу.

Наприклад, якщо в SCADA zenon при відправці команди «Stop» процедурі апарата, кожному етапу апарата, що зараз виконується, відправляється така сама команда, після якої етапи переходять в стан «Stopping». Для завершення переходу в кінцевий стан «Stop», повинна обробитися логіка переходу (наприклад, в програмі ПЛК), тому команда повинна відправитися етапу в контролері. Після обробки логіки переходу, етап (наприклад в контролері) переходить в стан «Stop», про що повідомляється етапу в SCADA zenon.

При виконанні рецепту в PFC, кожен етап підсвічується кольором в залежності від стану:

Колір Сататус:
image-20210902154155004 білий Idle state (простоювання)
image-20210902154201497 зелений in execution (виконується)
image-20210902154207552 помаранчевий Paused (пауза)
image-20210902154214625 сірий Hоld (утримування)
image-20210902154221043 жовтий Stopped (зупинено)
червоний image-20210902154237743 image-20210902154242809image-20210902154258235image-20210902154306176 image-20210902154312329 Aborted (перервано)
світло-синій image-20210902154323842 Completed (завершено)
два кольори Перехідні стани (Transient status)

Також в кутку етапів символами надається додаткова інформація:

Символ Значення
image-20210902154353830 Етап запускається
image-20210902154359478 Очікування виділення апарату (unit). Апарат або етап вже використовується у іншому рецепті
image-20210902154406142 Очікування закінчення вхідного блокування.
image-20210902154412906 1. Протягом виконання етапу: очікування реакції «завершення». 2. На переході: очікування виконання умови переходу. 3. У кінці паралельного розгалуження: Очікування завершення виконання усіх гілок .
image-20210902154419152 При підготовці до старту. Після команди рестарту, коли очікується перехід до стану старту.
image-20210902154442620 1. Реакція на штатне завершення; очікування реакції completed. 2. При переходах: очікування умови переходу. 3. При виконанні паралельних гілок: очікування завершення послідовності в паралельних гілках за виконання умови.
image-20210902154448299 Очікування виконання процедури Minimum execution duration.
image-20210902154454226 Очікування ексклюзивного виконання .
image-20210902154501322 Тайм-аут очікування unit allocation закінчився.
image-20210902154506353 Тайм-аут очікування вхідного блокування закінчився.
image-20210902154516465 Надмірно довге очікування запису.
image-20210902154522004 Закінчився тайм-аут на реакцію completed.
image-20210902154527007 Закінчився тайм-аут на реакцію ended.

Команди можуть бути викликані оператором, використовуючи іконки в панелі керування, реакцією або через функції zenon. На рис.3.4, а показані команди керування усією процедурою (апарату чи технологічної комірки) означеної рецепті. На рис. 3.4.б показані команди керування окремим (виділеним в PFC) етапом.

image-20240102105733063

Рис.3.4. Команди керування процедурою (апарату або технологічної комірки) означеної в рецепті (а) та етапі (b).

Для означення логіки, яка буде виконуватися при зміні стану етапу в Zenon, можна скористатися відповідними реакціями етапу на події, зокрема:

У даній роботі використовуватимуться реакції на зміну стану, для означення поведінки етапу Наповнити в станах Паузи та Утримання для закриття клапану набору, та відкриття його по продовженню виконання.

Завдання до виконання лабораторної роботи

  1. Створити проект для ПЛК. В проекті створити змінні для обміну з віртуальною установкою, масштабування.
  2. Створити в SCADA zenon з’єднання з ПЛК. Створити змінні IO для SCADA, стартову мнемосхему для керування установкою.
  3. Налаштувати та виконати етапи в SCADA, які забезпечують взаємодію з ПЛК.
  4. Розглянути та створити реакції та події, які видають команди та реагують на стани.

Порядок проведення роботи

1. Створення та запуск проекту в ПЛК

У лабораторній роботі №2 значення змінних ПЛК імітувалися в самій SCADA zenon. У цій лабораторній роботі необхідно завантажити підготовлений проект Unity Pro з імітатором об’єкту та реалізувати з’єднання змінних SCADA zenon з зовнішнім імітатором ПЛК. Результатом повинно служити правильне відображення змінних на мнемосхемі та можливість зміни заданих значень та керування виконавчими механізмами. У даній лабораторній роботі ПЛК використовується як засіб введення/виведення, вся логіка керування реалізовується прямо в SCADA.

image-20240103144524505

image-20240103144857121

image-20240103145526820

image-20240103145003487

image-20240103145141092

image-20240103145234109

image-20240103145355811

2. Аналіз роботи імітаційної установки для ПЛК

image-20240102105758580

Рис.3.5. Перелік змінних демо-проекту UNITY PRO

image-20240103150522912

image-20240102105910462

Рис.3.6. Операторський екран «Tanks»

3. Створення змінних для ПЛК

image-20240103163913584

image-20240103164450658

image-20240102105923133

Рис.3.7. Перелік змінних проекту

4. Створення секцій масштабування для ПЛК

image-20240103172608333

image-20240103172705880

(*масштабування*)
TT1 := int_to_real(TE_T1) * 0.01; (*0-10000 -> 0-100 C*)
TT2 := int_to_real(TE_T2) * 0.01; (*0-10000 -> 0-100 C*)
LT1 := int_to_real (LE_T1) * 0.01; (*0-10000 -> 0-100%*)
LT2 := int_to_real (LE_T2) * 0.01; (*0-10000 -> 0-100%*)
(*масштабування*)
SC1 := real_to_int (SC1_SP * 1000.0); (*0-10 -> 0-10000*)
SC2 := real_to_int (SC2_SP * 1000.0); (*0-10 -> 0-10000*)

image-20240102105934081

Рис.3.8. Секції масштабування

image-20240103173204198

image-20240103173422015

5. З’єднання zenon з імітатором ПЛК

У цьому пункт необхідно налаштувати в редакторі zenon драйвер Modbus TCP/IP та перевірити його роботу зі зв’язкою з імітатором UNITY PRO.

image-20240103173817636

image-20240102110040556

Рис.3.9. Налаштування драйверу Modbus TCP/IP

image-20240103174644662

image-20240103174740529

6. Створення секцій для керування ВМ та контролю дискретних входів зі SCADA

У цьому пункті у проекті Unity Pro в секціях Inputs та Outputs необхідно написати код, який буде переприсвоювати значення внутрішніх дискретних змінних вихідним та навпаки вхідним.

У проекті UNITY PRO створіть внутрішні змінні, що відповідають за всі дискретні виходи ПЛК (рис.3.10).

image-20240102110118990

Рис.3.10. Створення внутрішніх «дублікатів» дискретних вихідних змінних

VDoz_T1toT2 := VDoz_T1toT2_M ; 
VSliv_D2 := VSliv_D2_M;
VSliv_D1 := VSliv_D1_M;
VNabor_D2 := VNabor_D2_M;
VNabor_D1 := VNabor_D1_M;
VSliv_T2 := VSliv_T2_M;
VNabor_T2 := VNabor_T2_M;
VSliv_T1 := VSliv_T1_M;
VNabor_T1 := VNabor_T1_M;
KM1 := KM1_M;
KM2:= KM2_M; 

image-20240102110138588

Рис.3.11. Секція Outputs після вставки коду переприсвоєння дискретних змінних

LSL_D1_M := LSL_D1;
LSH_D1_M := LSH_D1;
LSL_D2_M := LSL_D2;
LSH_D2_M := LSH_D2;

image-20240103180020021

7. Імпорт змінних в SCADA

У даному пункті необхідно створити або імпортувати змінні в SCADA, які в попередньому пункті були добавлені в проект ПЛК.

Це експортовані наперед сконфігуровані змінні, які підготовлені для зменшення витрати часу на їх створення.

image-20240104092127389

image-20240104092321808

image-20240104092859597

image-20240102110216095

image-20240102110153421

Рис.3.12. Змінні в zenon

8. Створення мнемосхеми в SCADA

У даному пункті необхідно зробити мнемосхему процесу. Для пришвидшення виконання пункту пропонується імпортувати існуючу схему та за необхідності переприв’язати до потрібних змінних в проекті.

image-20240103181754507

У результаті у локальній бібліотеці з’явиться символ.

image-20240104100509638

image-20240104101120261

image-20240104101530582

image-20240104102754444

image-20240104103335491

Варто зауважити, що дана мнемосхема є тимчасовою, в процесі подальших робіт вона буде змінюватися, тому не варто витрачати багато часу на коригування.

9. Виконання етапів в SCADA

У наступних пунктах реалізація самих етапів відбувається в SCADA, тобто ПЛК використовується як введення/виведення.

У цьому пункті в zenon batch control для етапу Наповнити треба створити змінний тег (Value tag) з назвою Клапан набору (рис.3.16), який буде відкриватися (on) при ініціюванні етапу і закриватися (off) при його деактивації:

image-20240102110241363

Рис.3.16. Створення та налаштування тегу «Клапан набору» для етапу «Наповнити»

image-20240102110253638

Рис.3.17. Створення та налаштування тегу «Клапан зливу» для етапу «Вивантажити»

Тепер при запуску етапу Наповнити змінній Клапан набору Т1 буде присвоєне значення 1, а при запуску етапу Перемішування – в змінну Мішалка Т1 запишеться 1 , при запуску Вивантажити – в змінну Клапан зливу Т1. Однак, згідно логіки виконання, клапани по завершенню етапів повинні закриватися, а мішалка відключатися. За умови виконання логіки керування етапів тільки в SCADA, ці змінні повинні змінитися за певною подією. Для цього необхідно створити події та прописати для них відповідні реакції.

10. Використання подій та реакцій для керування

У цьому пункт необхідно створити реакції на подію деактивації етапів для того щоб закрити клапани набору та зливу танку після завершення етапу, а також перевірити роботу системи.

image-20240104125951623

image-20240104130101366

image-20240102110309771

Рис.3.18. Створення реакцій на події

Таким чином, при деактивації етапу Вивантажити викличеться обробник реакції і автоматично закриється клапан зливу.

11. Використання подій та реакцій для формування записів в CEL

У цьому пункті необхідно створити реакцію на подію не заповнення Танку 1 протягом 15 секунд, яка буде створювати відповідний запис в CEL.

image-20240104131309671

image-20240104133803227

Не рекомендується використовувати той самий фрейм, що для екрану Batch, інакше завжди прийдеться відкривати рецепти кожного разу після переключення на екран CEL з екрану Batch.

image-20240104134120029

image-20240104134223771

image-20240104134835816

Для створення запису CEL entry, в наступних кроках необхідно сконфігурувати реакцію на подію Maximum execution period exceeded (рис.3.19).

image-20240102110322204

Рис.3.19. Налаштування реакції

image-20240104140156861

12. Використання команд та станів

У цьому пункті для етапу Наповнити необхідно створити реакції для закриття клапану набору при переході в стан Holding та Pausing а також відкриття його при виконанні (рис.3.20).

image-20240102110334763

Рис.3.20. Реакції для етапу «Наповнити»

image-20240104142538216

image-20240104142905802

Для етапу Вивантажити окрім керування клапаном зливу, в режимі утримування (Holding) необхідно також включити мішалку, щоб продукт зберігав свою консистенцію при тривалому зберіганні. Тому при переході в стан Pausing необхідно прописати реакції закриття клапану зливу, в стан Holding – закриття клапану, та включення мішалки, при робочому стані відкриття клапану зливу та відключення мішалки (рис.3.21):

image-20240102110351995

Рис.3.21. Реакції для етапу «Вивантажити»

Контрольні питання

  1. Опишіть взаємодію етапів в рецепті та системі керування. Як відбувається їх синхронізація?
  2. Розкажіть про автомат станів процедурних елементів: призначення, переходи між станами?
  3. Розкажіть про призначення проміжних та кніцевихстанів.
  4. Для чого в Batch Cotrol використовуються реакції і на що вони можуть впливати? Де в лабораторній роботі це було використано?
  5. При виконанні рецепту в PFC, кожен етап підсвічується кольором в залежності від стану. Використовуючи таблицю, прокоментуйте, що означають той чи інший колір та символ.
  6. Які реакції етапу на події Ви знаєте, щоб описати логіку, яка буде виконуватися при зміні стану етапу в zenon? Де в лабораторній роботі це було використано?
  7. Розкажіть про команди керування виконанням рецептом та етапами.