Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра "Автоматика и системы управления"
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине «Автоматизированные информационно-управляющие системы»
Проектирование локальных регуляторов для автоматизированных систем управления
С.О. Тимофеева
Омск 2016
Курсовой проект содержит 20 страниц, 13 рисунков и 7 источников.
Цель курсового проекта - изучить Siemens s7 1500, реализовать систему с П-регулятором. totally integrated automation scada
Курсовой проект выполнен в STEP7 Professional V13 (TIA Portal). Пояснительная записка выполнена в программе Microsoft Word 2010.
Содержание
Введение
1. Теоретическая часть
1.1 TIA Portal (Totally Integrated Automation)
1.2 Scada - система
1.4 OPC
1.5 FBD
2. Практическая часть
2.1 Математическая схема
2.2 Реализация схемы в TIA Portal
Заключение
Библиографический список
Введение
Проектирование систем управления играет важную роль в современных технологических системах. Замена труда человека как в рабочих операциях, так и в операциях управления, действиями технических устройств называется автоматизацией. Совокупность технических средств - машин, средств механизации - при этом является объектом управления. Совокупность устройств управления и объекта управления образует систему управления. Система, в которой автоматизирована только часть управленческих операций, а другая их часть (обычно наиболее ответственная) выполняется людьми, называется автоматизированной системой управления (АСУ).
Управляющая часть этих систем представляет собой совокупность людей (персонала управления) и вычислительных машин. На основе рационального распределения между ними разнообразных управляющих функций стремятся наилучшим образом использовать возможности тех и других, достигнуть лучшего эффекта управляющей части в целом. Если в системах автоматического управления или регулирования все функции по управлению осуществляются без непосредственного участия человека с помощью специальных технических устройств (регуляторов), а в традиционных системах производственного или административного (организационного) управления они возлагаются на персонал, то решение задач управления совместно персоналом и техническими устройствами (ЭВМ) - первая характерная черта автоматизированных систем.
Автоматизированные информационно-управляющие системы, которые организуют целенаправленное управление техническими объектами на основе обработки информации, нашли широкое применение в управлении технологическими режимами и процессами (АСУТП), при проведении экспериментальных научных исследований (АСНИ), а также в автоматизированных комплексах контроля и технической диагностики.
Системы управления на последнем уровне иерархии представляют собой так называемые локальные системы управления или системы регулирования по поддержанию оптимальных значений параметров на отдельных установках, стабилизации входных потоков и т. и.
1. Теоретическая часть
1.1 TIA Portal (Totally Integrated Automation)
SIEMENS TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) -- программный продукт для проектирования компонентов автоматизации SIMATIC.
Результатом многолетних усилий и значительных инвестиций, вложенных в разработку, стал новый программный продукт компании Siemens, получивший название Totally Integrated Automation Portal или кратко TIA Portal.
В первой версии TIA Portal, как в единой программной платформе, удалось объединить всё, что необходимо для работы со всеми компонентами автоматизации SIEMENS на всех этапах работы с проектом.
Разработка проектов для контроллеров и устройств распределённого ввода-вывода, конфигурирование систем человеко-машинного интерфейса и SCADA систем, параметрирование сетевых компонентов и модулей связи, отладка программных алгоритмов управления, а так же ввод в эксплуатацию приводов -- все это объединено в общую структуру программного обеспечения и имеют унифицированный пользовательский интерфейс. Это не только ускоряет работу, но и позволяет создавать решения, которые просты в обслуживании и диагностике, могут быть легко расширены или трансформированы.
Достоинством TIA Portal является простота использования продукта (Usability). Принципиально новый пользовательский интерфейс призван облегчить пользователю работу с платформой, а его унификация и стандартизация упрощают работу с разнообразным оборудованием. Это новое слово в разработке программного обеспечения. Основной упор сделан на наглядность, интуитивную понятность и отсутствие многократно вложенных структур.
Первый экран предлагает пользователю выбор доступных компонентов. Можно сразу перейти к параметрированию оборудования, написанию программ или разработки графических объектов человеко-машинного интерфейса. Если задействован дополнительный инструментарий, например, для параметризации приводов, он так же появляется на «портальной» странице.
При этом весь проект рассматривается как единое целое, а обработка отдельных функций проекта производится соответствующим инструментом. Можно, наоборот, переключиться в «проектный» вид, где представлена детализация и, уже в зависимости от решаемой задачи, выбирать инструментарий.
Все характеристики находятся не во вложенных меню, а расположены в дополнительных окнах на рабочем столе. Выбор набора характеристик осуществляется выбором объекта, к которому они привязаны. Например, выделив ЦПУ, мы получим доступ к общим настройкам процессора. Кликнув мышкой по его сетевому интерфейсу -- работаем с конкретными характеристиками встроенных портов связи.
В целом, интерфейс TIA Portal удобен, интуитивно понятен. Очень высокая информативность интерфейса и быстрый доступ к нужной функции. В центре расположено «главное окно», в котором представлен обрабатываемый объект, будь то аппаратная конфигурация или листинг программы. По периферии расположены дополнительные окна, в которых находится вспомогательная информация, детализация, операционные объекты или библиотеки. Причём основная работа может происходить как в центральном окне, так и во вспомогательных.
Существует также контроль действий программиста, что исключает ошибки и опечатки, при этом не препятствует сохранению работы. Имеются контекстные подсказки и ограничения, в результате чего невыполняемые задачи выпадают из списка.
HMI часть продукта TIA Portal унаследовала функциональные возможности как WinCC flexible (операторские панели и одиночные компьютеры), так и WinCC (SCADA с возможностями клиент-серверных конфигураций), но графический интерфейс редакторов в TIA портале, более похожий на интерфейс WinCC flexible, стал единым для этих двух пакетов. Сначала предлагается выбор и настройка аппаратной части. Можно сразу установить соединения с выбранными контроллерам и их переменными.
ПО TIA позволяет решать задачи на базе контроллеров SIMATIC S7 - 1500/ - 1200/ - 300/ - 400/WinAC. Для программирования используются следующие языки: LAD, FBD, STL, SCL, GRAPH. Оболочка TIA Portal реализована на пяти языках. Поддержка русского языка реализована с двенадцатой версии.
Рисунок 1 -Стартовое окно TIA Portal
1.2 Scada - система
SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в режиме реального времени.
SCADA система Simatic WinCC (WinCC -- Windows Control Center, поскольку работают под управлением различных версий ОС Windows) - это мощный программный комплекс для создания систем HMI. Данное программное решение входит в семейство систем автоматизации Simatic компании Siemens AG. Данное решение разрабатывается и выпускается с 1995 года, прошло путь от однопользовательской системы до комплекса приложений, позволяющих реализовывать резервированные SCADA/HMI, с использованием Microsoft SQL Server, 3D, и многим другим.
WinСС обладает удобным пользовательским интерфейсом для создания промышленных, офисных приложений. Гарантирует стабильную и надежную работу, предоставляя эффективные инструментальные средства конфигурирования.
Характеризуется высоким уровнем инноваций, являясь лидером на европейском рынке и вторым на мировом уровне, что несомненно говорит о долговременной стратегии развития продукта.
К преимуществам относят: многоязыковую поддержку, все функции Scada находятся на одной платформе, легкость и эффективность проектирования, согласованную масштабированность (включая Web), открытые стандарты для простой интеграции, расширяемость за счет опций и доп. пакетов.
Основные функции: функции проектирования, причем настолько мощные, что позволяют существенно снизить время, затрачиваемое на разработку; функции слежения за процессом и диагностики; имеется полный базовый пакет, предназначенный для управления и визуализации процессов.
Так как WinCC не ориентирован на какую - либо определенную область, то у него достаточно широкий диапазон применения: автомобилестроение, химическая и фармацевтическая промышленность, печатная отрасль, энергоснабжение, пластмассовая и резиновая отрасли, торговля и сфера услуг, производство и переработка бумаги, машиностроение, водоочистка и канализация и многое другое.
SCADA система WinCC позволяет конфигурировать и настраивать связь с различными видами контроллеров от множества производителей (не только Simatic от Siemens AG). Есть возможность хранения, архивирования сообщений и переменных, построение отчетов. Windows Control Center позволяет использовать скрипты на языках ANSI C, VBS, VBA, и других. Для обеспечения интеграции с сетями предприятий используются стандартные и всем известные интерфейсы OLE, ODBC, SQL, открытый OPC-интерфейс. Графические элементы позволяют использовать ActiveX.
Рисунок 2 - Реализация котельной (Scada-система)
Обмен данными между SCADA WinCC и прочими Windows приложениями происходит с помощью механизмов DDE, OLE, ODBC/SQL. Сегодня Windows Control Center поддерживает распределённую структуру проекта с многопользовательскими решениями. Вложенный WinCC Web Navigator позволяет получить доступ к данным АСУ ТП через internet и intranet. Обмен между устройствами по протоколам Modbus, Profibus предоставляется широкий набор драйверов, возможно участие SCADA WinCC в обмене данных как в виде OPC-клиента, так и в виде OPC-сервера.
1.4 OPC
Стандарт ОРС разработан международной организацией OPC Foundation, членами которой являются более 400 фирм, работающих в области средств автоматизации и измерительной техники. Этот стандарт описывает интерфейс обмена данными между устройствами управления технологическими процессами. Главной целью стандарта ОРС явилось обеспечение возможности совместной работы (интероперабельности) средств автоматизации, функционирующих на разных аппаратных платформах, в разных промышленных сетях и производимых разными фирмами. До разработки ОРС стандарта SCADA пакет нужно было адаптировать к каждому новому оборудованию индивидуально. Существовали длинные списки "поддерживаемого оборудования", очень сложной была техническая поддержка. При модификации оборудования нужно было вносить изменения во все драйверы, каждый из которых поддерживал протокол обмена только с одной клиентской программой. Число таких драйверов доходило до сотен.
После появления стандарта ОРС практически все SCADA-пакеты были перепроектированы как ОРС-клиенты, а каждый производитель аппаратного обеспечения стал снабжать свои контроллеры, модули ввода-вывода, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства стандартным ОРС сервером. Благодаря появлению стандартизации интерфейса стало возможным подключение любого физического устройства к любой SCADA, если они оба соответствовали стандарту ОРС. Разработчики получили возможность проектировать только один драйвер для всех SCADA-пакетов, а пользователи получили возможность выбора оборудования и программ без прежних ограничений на их совместимость.
Стандарт ОРС относится только к интерфейсам, которые ОРС сервер предоставляет клиентским программам. Метод же взаимодействия сервера с аппаратурой (например, с модулями ввода-вывода), стандартом не предусмотрен и его реализация возлагается полностью на разработчика аппаратуры. Поэтому стандарт ОРС может быть использован не только для взаимодействия SCADA с "железом", но и для обмен данными с любым источником данных, например, с базой данных или с GPS приемником.
ОРС сервер как средство взаимодействия с техническим устройством может быть использован при разработке заказных программ на C++, Visual Basic, VBA и т. п. В этих задачах ОРС сервер используется как Microsoft DCOM объект, от которого он отличается только стандартизацией обозначений и специфическими терминами из области промышленной автоматизации. Применение ОРС сервера при разработке заказных программ позволяет скрыть от разработчика всю сложность общения с аппаратурой, представляя простой и удобный метод доступа к аппаратуре через интерфейсы СОМ-объекта.