Бакалаврская работа тема работы Нечеткое псевдолинейное корректирующее устройство систем автоматического управления удк 681. 515 СтудентГруппа
 Скачать 2.03 Mb.
|
|
6 Программная реализация регуляторов в среде Isagraf для промышленного контроллера КРОСС Назначение, состав и технические характеристики контроллера КРОСС 6.1.1 Назначение и область применения контроллера Контроллер КРОСС используется для общепромышленного применения в различных отраслях промышленности – энергетической, пищевой, металлургической, стекольной, цементной и т.д. Контроллер также может использоваться как автономное средство для управления объектами малой и средней сложности. В составе АСУ ТП контроллер может использоваться для обслуживания взрывопожароопасных объектов, в том числе химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. При этом контроллер устанавливается во взрывобезопасном помещении 6.1.2 Основные возможности контроллера Программное обеспечение контроллера позволяет пользователю выполнять широкий круга лг ор ит ми че ск их задач статических и динамических преобразований, регулирования, вычисление алгебраических и тригонометрических функций, защиты, учета, прогр ам мн о-л ог ич ес кого управления, регистрации и архивации данных и т.п.; обеспечить возможность контроля, тестирования и управления каналов в во дав ыв ода в автономном режиме исп ом ощ ью компьютера, при этом обеспечивается возможность переноса, тиражирования программ достичь снижения затратна разработку и отладку программ пользователя за счет простоты и удобства программирования, их переноса и документирования, независимости от способов построения и работы устройств в во дав ыв ода. Поддержка промышленных сетей ив оз мо жн ость обмена данными в реальном масштабе времени, использование процедурных, технологических языков программирования системы) и операционной системы реального времени позволяют сопрягать контроллер с различными системами через стандартные средствам еж зада чн ого обмена использовать общую технологию программирования контроллеров различных фирм и переносить технологические программы пользователя подключать контроллер кг ло бальной информационной сети, с помощью встроенного сервера. В контроллере применена интеллектуальная подсистема ввода- вывода. Всем од ул и устройств связи со бъ ек том (У СО) контроллера имеют встроенный бортовой микропроцессор, выполняющий асинхронно и независимо по отношению к центральному процессору различные функции под иа гностике оборудования и обработке сигналов. Такой подход позволяет повысить надежность контроллера за счет непрерывной самодиагнос тики и сокращения объема аппаратуры модулей повысить живучесть контроллера за счета вт оном но го выполнения различных функций и децентрализации уменьшить время цикла и увеличить производительности контроллера за счет сокращения нагрузки нац ен тральный процессор по объему вычислений и интенсивности обменов данными см од ул ям и У СО; расширить номенклатуру модулей модули микроконтроллера, модули в во дав ыв одам од улик он тр ол я и управления исполнительными органами обеспечить простоту и переносимость технологических программ, снижение затратна их разработку и отладку за счет их независимости от способов построения и работы датчиков, исполнительных органов, аппаратуры в во дав ыв ода аналоговых и дискретных сигналов предусмотреть возможность контроля, управления и тестирования модуля в автономном режиме с помощью компьютера через последовательный порт модуля си нт ер фе йс ом R S-232 или с помощью переносного пульта настройки Модули котроллера Модули ввода-вывода осуществляют автономное, безучастия центрального процессора, управление в циклическом режиме процедурами ана ло го-ц иф ро во го и ц иф ро-а налогового преобразования, в во дав ыв ода, атак же предварительную обработку сигналов (линеаризация, фильтрация, заводская или автоматическая калибровка, широтно-импульсное модулирование импульсных выходных сигналов, непрерывную диагностику обрыв, короткое замыкание) входных аналоговых каналов, установку выходов взад ан но е состояние в аварийных ситуациях. Коэффициенты калибровки аналоговых входов ил ин еа риза ци их арак те ри ст ик наиболее распространенных датчиков заносятся в память модуля в процессе его производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей вовремя их эксплуатации. Тип датчика, требуемые состояния выходов в аварийных ситуациях, коэффициенты фильтрации, и т.п. заносятся в память модуля пользователем при настройке модуля на условия эксплуатации. В контроллере КРОСС имеется возможность подключениям од улей в во дав ыв ода контроллера компании. Модули управления и контроля исполнительными органами осуществляют автономное выполнение всех процедур управления и контроля арматурой по одной команде от центрального процессора открыть или закрыть, в том числе широт но-и мп ул ьс ноем од ул ир ов ан ие сигналов для исполнительных механизмов постоянной скорости. Программы управления заносятся в модуль при его производстве, ар аз личные коэффициенты время хода, длительность импульса, нормальные состояния концевых выключателей, требуемое состояние органа в аварийных ситуациях и т.п.) 49 заносятся в память модуля пользователем при настройке модуля на условия эксплуатации Программный пакет Isagraf 6.2.1 Описание программного пакета Программный пакет Isagraf - инструментальная система, соответствующая стандарту МЭК. Система состоит изд ву х частей система разработки система исполнения. Система разработки представляет собой набор приложений, интегрированных веди ну ю инструментальную среду и работающих под ОС W in 95/98/N T. Ядро реализует поддержку стандартных языков программирования, типового набора функций и функциональных блоков и драйверов ввода вывода. Задача связи обеспечивает поддержку процедуры загрузки пользовательского приложения со стороны программируемого контроллера, атак же доступ краб оч им переменным этого приложения со стороны отладчика системы разработки. Взаимодействие систем исполнения и разработки осуществляется поп ро то колу, что дает возможность доступа к данным контроллера нет ол ьк о отладчику, но ил юб ой системе управления данными ив из уа ли за ци и (S CA DA). Драйверы устройств сопряжения со бъ ек том организуют прозрачный доступ ка пп ар ат ур е ввода вывода. Функции пользователя реализуют алгоритмы функций и процедуры, не представленные в стандартном варианте поставки системы Языки программирования, реализованные в ISaGRAF В I Sa GR AF заложена методология структурного программирования, позволяющая пользователю представить автоматизируемый процесс в наиболее легкой и понятной форме. Стандартом М ЭК 61131-3 определяется пять языков три графических) и два текстовых Помимо этих языков предлагает язык б ло к-с хе м (F lo wC ha rt). Все эти языки программирования интегрированы веди ну ю инструментальную среду и работают седины ми объектами данных- графический язык последовательных функциональных схем- графический язык функциональных блоковых диаграмм- графический язык диаграмм релейной логики- язык структурированного текста- языки нс тр ук ци й (I ns tr uc ti on L is t). F lo wC ha rt - графический язык б ло к-с хе м. 6.2.3 Основные возможности ISaGRAF Основные возможности пакета поддержка всех пяти языков стандарта МЭК 61131-3 плюс реализация языка как средства описания диаграмм состояний. При этом позволяет смешивать программы и процедуры, написанные на разных языках, атак же вставлять кодовые последовательности изо дн ого языка в коды, написанные над ру го м языке наличием но го функционального отладчика, позволяющего вовремя работы прикладной задачи просматривать состояние программного кода, переменных, программ им но го ед ру го е поддержка различных протоколов промышленных сетей наличие дополнительных интерактивных редакторов для описания переменных, констант икон фигура ци й ввода вывода встроенные средства контроля за внесением изменений в программный код приложения и печати отчетов пор аз работанному проекту с большой степенью детализации, включая печать таблиц перекрестных ссылок для программ и отдельных переменных полное документирование этапов разработки. Помимо общих существуют специфические функции, реализованные на конкретных аппарат но-п ро гр ам мн ых платформах, реализуемые фирма ми-п оста вщ ик а- ми. Так, например, фирма (Германия) реализовала и интегрировала в среду поддержку ряда промышленных сетей) и пользователь, имея одну систему разработки, может нет ол ьк о запрограммировать логику работы контроллера, но из ад ать потоки данных между контроллерами Программа для системы автоматического регулирования с псевдолинейным корректирующем устройством. Реализация САР с ПКУ сделана на контроллере КРОСС 500, с помощью ПП Isagraf, так как библиотека компонентов данного ПП, очень схожа с ПП Matlab. Использую структурную схему ПКУ с запоминанием экстремума рис. 6), смоделируем его в ПП Isagraf поблочно. Нуль-орган – блок сравнения. Ошибка сранивается с числом ноль и если это истина, то будет подан сигнал на сброс блока Eks. Рисунок 24 - Блок сравнения Пиковый детектор – блок Экстремум (Eks). Блок применяется для поиска и фиксации максимального и или минимального значения меняющегося во времени сигнала. Рисунок 25 – Блок экстремума 52 Блок масштабирования – Блок суммирования с масштабированием. Данный блок выполняет две функции суммирование сигналов с выхода блока Eks и усиливает полученную сумму на заданный коэффициент m. Рисунок 26 - Блок суммирования с масштабированием Блок определение знака – функция на языке ST. Данная функция полностью реализовывает стандартный блок определения знака. Рисунок 27 - Функция, реализующая блок определения знака Блок абсолютного значения – блок abs. Сигнал выхода данного блока является модуль входного сигнала. Рисунок 28 - Блок абсолютного значения Блок умножения – блок масштабирования. Производит умножение двух входных сигналов. Рисунок 29 - Блок масштабирования Вся программная реализация показана в приложении В. 6.4 Отладка и проверка работоспособности программ 6.4.1 Описание лабораторного стенда, используемого для программирования и проверки работоспособности программ 53 Реализация псевдолинейного нечеткого КУ осуществляется на учебном лабораторном комплексе, расположенным в лаборатории АСУ ТП кафедры автоматики и компьютерных систем ТПУ. Структурная схема комплекса которого приведена в приложении Г. Данный лабораторный комплекс состоит из микропроцессорного контроллера КРОСС, аналогового вычислительного комплекса АВК-6 и персонального компьютера с ОС Windows NT. Результат проверки работы. При загрузке программы в контроллер КРОСС, сделанную в ПП Isagraf, описанной выше, и меняя значение задания, можем увидеть на рисунке 30, что характеристика довольно быстро принимает нужное значение. Рисунок 30 - Визуализация работы КУ с запоминанием экстремума в ПП MasterSCADA 54 7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение Технико-экономическое обоснование научно-исследовательских работ проводится с целью анализа и определения денежных и трудовых затрат, направленных на их реализацию, а также уровня их научно- технической результативности. 7.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 7.1.1 SWOT – анализ SWOT – анализ применяется для оценки слабых и сильных сторон научно-исследовательских достижений, а также их угрозы и возможности. В Таблице 2 приведен анализ влияния сильных и слабых сторон на приведенные возможности и угрозы. Таблица 2 – SWOT анализ Сильные стороны научно- исследовательского проекта 1. Удобство в эксплуатации использование ПКУ позволяет уменьшить вмешательство оператора в процесс управления. 2. Функциональная мощность обработка неполной информации, моделирование человеческих знаний, выдача обоснованных решений, высокие показатели качества регулирования. 3. Конкурентоспособность продукта новая методика управления. 4. Высоко Слабые стороны научно- исследовательского проекта 1. Отсутствие прототипа научной разработки. 2. Отсутствие у потенциальных потребителей квалифицированных кадров. 3. Уровень проникновения на рынок. 55 квалифицированный научный труд. Возможности 1. Использование инновационной инфраструктуры ТПУ для быстрого внедрения на рынок. 2. Появление дополнительного спроса на новый продукт. 3. Разработка более адаптивной методики управления в промышленной среде Использование инновационной структуры ТПУ позволит повысить конкурентоспособность корректирующих устройств и ускорить выход на рынок. Возможно появление дополнительного спроса на новый продукт благодаря использованию высококвалифицированного научного труда. Привлекательность функциональных возможностей позволяет разрабатывать более эффективные методики управления объектом. Появление дополнительного спроса на новый продукт может привести к отсутствию у потенциальных потребителей квалифицированных кадров. Угрозы 1. Отсутствие спроса на новые технологии производства. Отсутствие спроса на новые технологии производства может замедлить срок выхода корректирующих устройств на рынок и понизить квалификацию научного труда. Развитая конкуренция производителей может привести к снижению конкурентоспособности продукта. Отсутствие спроса на новые технологии производства может привести к отсутствию прототипа научной разработки, отсутствию потенциальных потребителей. 7.2. Определение возможных альтернатив проведения научных исследований На этапе разработки научного исследования, можно предположить несколько вариантов исполнения нового продукта. Систематическое исследование всех теоретически возможных вариантов, вытекающих из закономерностей строения (морфологии) объекта исследования предполагает использование морфологического подхода. 56 Таблица 3 – Морфологическая матрица для корректирующего устройства 1 2 3 A Контороллер КРОСС SIMATIC S7 - 400 - B ПО IsaGraf Simatic Step 7 MATLAB C Визуализация MasterSCADA TraceMOD 5 MATLAB 7.3 Планирование научно-исследовательских работ 7.3.1 Структура работ в рамках научного исследования При организации процесса реализации конкретного проекта необходимо оптимально планировать занятость каждого из его участников и сроки проведения отдельных работ. На данном этапе составляется полный перечень проводимых работ, и определяются их исполнители и оптимальная продолжительность. Результатом планирования работ является сетевой, либо линейный график реализации проекта. Данная ВКР имеет небольшой штат исполнителей, состоящий из научного руководителя проекта (НР) и инженера (И, атак жене предполагает высоких затрат, то при составлении плана комплекса работ будет использоваться линейный метод. Перечень работ разбит наследующие этапы подготовительный исследование и анализ предметной области разработка программного обеспечения оформление документации. 57 Порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей поданным видам работ приведен в Таблице 4. Таблица 4 – Перечень этапов, работ и распределение исполнителей № раб. Перечень работ Исполнители Подготовительный этап 1 Составление задания, постановка целей и задач НР 2 Поиск литературы И, НР 3 Ознакомление с пакетом программирования контроллера Кросс – Isagraph И 4 Ознакомление со системой MasterSCADA И 5 Ознакомление со сервером для контроллера КРОСС И Исследование и анализ предметной области 6 Исследование корректирующих устройств И, НР 7 Исследование нечеткой логики И, НР 8 Исследование корректирующих устройств с запоминанием экстремума И, НР Разработка программного обеспечения 9 Разработка программного обеспечения Проектирование нечетких корректирующих устройств в программной среде MATLAB И 10 Проведение экспериментальных исследований И, НР 11 Разработка программного обеспечения Проектирование нечетких корректирующих устройств на контроллере КРОСС И, НР 12 Реализация спроектированной системы в MasterSCADA И 13 Редактирование и отладка программ И, НР 14 Анализ результатов работы И, НР Оформление документации 15 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение И 16 Социальная ответственность И 17 Составление и оформление пояснительной записки И, НР 18 Защита дипломного проекта И 7.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ Трудоемкость выполнения научного исследования оценивается экспертным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, т.к. зависит от множества трудно учитываемых факторов. Для определения 58 ожидаемого (среднего) значения трудоемкости i t ож используется следующая формула 5 2 3 max min ож i i i t t t , (17) где жi t о – ожидаемая трудоемкость выполнения ой работы чел.-дн.; i t min – минимально возможная трудоемкость выполнения заданной ой работы, чел.-дн.; i t max – максимально возможная трудоемкость выполнения заданной ой, чел.-дн. Исходя из ожидаемой трудоемкости работ, определяется продолжительность каждой работы в рабочих днях Т р , учитывающая параллельность выполнения работ несколькими исполнителями. 2 1 Ч ож i р, (18) где р – продолжительность одной работы, раб. дн, i t ож – ожидаемая трудоемкость выполнения одной работы, чел.-дн., Ч – численность исполнителей, выполняющих одновременно одну и туже работу на данном этапе, чел. 7.4 Бюджет научно-технического исследования В состав бюджета выполнения работ по научно-технической работе включает вся себя стоимость всех расходов, необходимых для их выполнения. При формировании бюджета используется группировка затрат последующим статьям материальные затраты НТИ; затраты на специальное оборудование для научных экспериментальных) работ основная заработная плата исполнителей темы 59 дополнительная заработная плата исполнителей темы отчисления во внебюджетные фонды страховые отчисления накладные расходы. 7.4.1 Расчет материальных затрат Данная статья включает стоимость всех материалов, используемых при разработке проекта. Так как все работы выполнялись преимущественно на компьютерном оборудовании, то они не потребовали существенных затратна материалы. Мелкие расходы (канцелярия, затраты на печать и пр) могут быть отнесены к статье прочих расходов. Поданной статье можно принять З м = 0. |