презентация лабораторных работ. часть 1

Б.К. Курбатов

Автоматизированные

информационно-

управляющие системы

КГТУ им. А.Н. Туполева, кафедра АСОИУ, 2008 г.

КГТУ (КАИ), кафедра АСОИУ 2Курбатов Б.К.

Лабораторный практикум

(SCADA-система Trace Mode)

• Лабораторная работа №1




Автоматизированные информационно-управляющие системы .

Лабораторный практикум



Описание ОУ и создание экранной формы

Тема: Описание объекта управления и создание

статической части экранной формы

Цель: ознакомление с технологической операцией

неполного обезвоживания нефтепродукта и

создание экранной формы, представляющей схему

автоматизации отстойника

Лабораторная работа №1




Основные понятия

ТРЕЙС МОУД

Проект

Узел

Редактор базы каналов (РБК)

FBD-программа

Редактор представления данных (РПД)

Элементы рисования (статические и динамические)




Схема автоматизации ОУ – технологической операции

неполного обезвоживания нефтепродукта



Исходная информация для автоматизации

1) расход F1 по притоку Н1 (0÷0,03 м³/с)

2) коэффициент обводненности Kоб=0,1÷0,8

3) переходная характеристика вентиля В2

d=0,1tx, 0≤tx≤60 с.

4) градуировочная характеристика вентиля В2

5) значение вводимой уставки L0=0,1÷3,0 м

6) габариты буллита: D=3,4 м и Vo=200 м³





Выходная информация

1) текущее значение МФУ L;

2) F2,F3 – значения расходов по потреблению воды и

нефти.

1) значения F1, F2, F3 – два знака после запятой;

2 ) коэффициент Kоб– два знака после запятой;

3) значение МФУ – три знака после запятой;

4) значение отклонения (L-L0) – три знака после запятой.

Информация, выводимая на дисплей




Алгоритм управления (процедуры)

1) формирование расхода по притоку F1,коэффициента

обводненности Коб и включение/выключение вентиля В1;

2) создание градуировочной таблицы буллита и

формирование межфазного уровня;

3) программирование регулятора МФУ и формирование

расходов F2 и F3;

4) расчет объема и расхода частично обезвоженной нефти;

5) организация сохранения данных.




Задание на проведение работы

1) Ознакомиться с материалом, изложенным в п. 1.2.

руководства лабораторной работы;

2) Создать проект и положить начало формированию базы

каналов.

3) Создать экранную форму схемы автоматизации

отстойника, используя стандартные формы отображений

SCADA – систем.




Порядок выполнения работы

1) Запустить Редактор Базы Каналов (РБК)

(ПУСК\ ПРОГРАММЫ\TRACEMODE\РедакторБазыКаналов)

2) Создать новый проект с именем Фамилия_№группы

3) Создать узел проекта (команда «Создать» меню «Узел») с

именем Otstoynik и типом «Средний»





4) Создать базу каналов двойным щелчком левой кнопки

(ЛК) на изображении узла в рабочем поле РБК.





5) Создать новый канал с именем Al_pritok

(аналоговый (Al) канал будет содержать значение

переменной F1)

6) Установить начальное значение переменной F1=0,02

м³\сек (дважды щелкнуть на строке Al_pritok)

7) Аналогичным образом создать канал Al_kob с начальным

значением 0,25

8) Сохранить базу каналов с именем Petrov_4307.ctm





Имя канала Физическая интерпретация

Al_pritok Капелька сырой нефти в м³\сек

Al_kob Доля воды в сырой нефти(безразмерная или в %)





9) Открыть Редактор Представления Данных (РПД)

(ПУСК/…)

10) Загрузить проект в РПД с именем Petrov_4307.ctm

11) Добавить группу экранов в бланке «Экраны» навигатора

узла Otstoynik.

12) Добавить экран в созданную группу





13) Переименовать название группы на «ѐмкости», название

экрана – «буллит».

14) Настроить оформление экранов (команда «Атрибуты»):

разрешение 800x600, установить флаги заголовка и

использования обоев, выбрать текстуру обоев.

Сохранить графическую базу;

15) Установить флаг «Стартовый» для экрана «буллит»

группы «ѐмкости» (команда «Атрибуты»).




16) Создать следующее изображение для окна «буллит».





Контрольные вопросы

1. Что собой представляет SCADA-система TRACE MODE(ТМ)?

2. Назначение Редактора Базы Каналов.3. Назначение Редактора Представления Данных.4. Что собой представляет канал в ТМ?5. Что является объектом управления (ОУ) в работе?6. На какой технологической установке реализуется процесс

обезвоживания сырой нефти?7. Что такое коэффициент обводненности сырой нефти?8. Почему образуется межфазный уровень(МФУ) в

отстойнике?9. Как создать проект в ТМ?10.Какие инструменты используются для создания

статической части графического интерфейса?

КГТУ (КАИ), кафедра АСОИУ 18Курбатов Б.К. 18


Формирование расхода по притоку

Тема: Формирование расхода по притоку и

включение/выключение вентиля В1

Цель: разработка и реализация алгоритма формирования

притока сырой нефти Н1 методом имитационного

моделирования; создание динамических форм

отображения движущегося потока жидкости

трубопроводе и управления вентилем В1;

определение объема жидкости, остающейся в буллите.





Предварительные сведения

При предположении об очень высокой скорости седиментации, имеет место:

F1 = F1В + F1Н

F1В = F1* kоб

F1Н = F1(1- kоб),

где F1В – расход по притоку “чистой” воды;

F1Н – расход по притоку “чистой” нефти;




Предварительные сведения

Объемы воды В и нефти Н2, остающихся в отстойнике

определяются по формулам:

0tt

НАПttt0

выключен

включен

,0

,1

VВОТ =(F1В * В1 - F2)(t-t0 ) для

VНОТ =(F1Н * В1-F3) (t-t0), для

где t0 - момент начала наполнения отстойника;

tНАП - момент переполнения отстойника;

F2 – расход воды по потреблению (F2=0 для л.р. 2 и 3);

F3 - расход нефти на выходе отстойника;

B1 – шаровой вентиль, B1







2) Дополнить базу каналов, созданную в работе №1,

каналами с именами Al_rashodW, Ventil1, AI_Volume

3) Создать FBD-программу с именем «Сумматор» для

расчета VВОТ и привязать ее к каналу AI_Volume

используя метод УПРАВЛЕНИЕ. Проверить программу

в режиме ЭМУЛЯЦИЯ.








4) Создать экранную форму пульта управления в виде

всплывающего окна с именем ПАРАМЕТРЫ для ввода

исходных данных ( F1, kоб) в интерактивном режиме.

5) Продолжить разработку экрана «буллит», дополнив его

графическими элементами вентиля В1 и участками

трубопровода на входе буллита.





1) Загрузить РБК и открыть созданный в предыдущей

работе проект; дополнить БК каналами

Al_Pritok,Al_kob,Al_Volume,Al_RashodW,Ventil1

2) Создать FBD-программу «Сумматор» командой из

диалога «FBD программа» (нажать ALT-3);

3) Разместить арифметические блоки, соединить блоки,

осуществить описание переменных как показано на

следующем слайде.


Блок Входы, выходы Тип Комментарий

* (Умножение) IN1 Аргумент приток_F1

IN2 Аргумент коэфф. обвод коб

* (Умножение) IN2 Аргумент Сост. вент.В1

- (Разность) AS Аргумент Потребление F2

+2 (Сложение) SUM Аргумент Объем воды



FBD-программа СУММАТОР





4) Выполнить тестирование программы «Сумматор» в

пошаговом режиме ( );

5) Связать FBD-программу «Сумматор» с каналом

Al_Volume в бланке «Управления» диалога

«Реквизиты» канала;

6) Свяжите остальные аргументы FBD-программы с

соответствующими каналами;

7) Выполнить тестирование «привязанной» к каналу

FBD-программы в режиме ЭМУЛЯЦИЯ ( )





Комментарий Атрибут Канал

Объем Вход AI_Volume

Приток_F1 Реальное AI_Pritok

Коэфф. обводнения Реальное AI_KОБВ

Состояние вентиля Реальное Ventil1

Потребление Реальное AI_Rashod_W




8) Загрузить свой проект в редактор представления

данных (РПД).

9) Добавить в группу «ѐмкости» экран «Параметры»

(ширина 300, высота 200)


«Посылка значения» «Посылка в канал»

«Ввод и посылка»

- объект – БАЗА;

- канал – Al_Pritok

- атрибут - входное

- объект – БАЗА;

- канал – Al_Pritok

- атрибут - реальное





10) Дополнить экран «буллит». Связать графические

элементы с атрибутами соответствующих каналов.

Выполнить тестирование созданного GUI в режиме

ЭМУЛЯЦИЯ ( );





1.Что такое алгоритм управления?

2.Как задать начальное значение канала?

3.Как изменить положение канала в Базе Каналов(БК)?

4.Что такое FBD-программа?

5.Какие функциональные блоки используются в FBD-

программе СУММАТОР?

6.Как тестируется FBD-программа в пошаговом режиме?

7.В чем состоит процедура «привязки» FBD-программы к

каналу?

8. Как тестируется работа проекта в режиме эмуляции?

9.Какая динамическая ФО используется для создания объекта

«Вентиль В1»?

10.Как создать анимацию движения жидкости в трубопроводе?



Формирование межфазного уровня

Тема: Создание градуировочной таблицы и формирование

межфазного уровня

Цель: создание градуировочной таблицы буллита

отстойника;

определение значения МФУ методом интерполяции

нулевого и первого порядков;

оценка погрешности определения значения МФУ.





Поперечное сечение буллита отстойника

D – диаметр буллита, O – центр сечения

AB – межфазный уровень (МФУ)

L – значение МФУ (L=EC), OC=D/2



Определение значения МФУ


Длина буллита 2

4

D

Vl O

)sin(8

2DSСЕГПлощадь сегмента AEBCA

)sin(2

)sin(8

4 2

2

OO VD

D

VSl СЕГ

Объем осажденной воды

СЕГВОТ SlV или (F1B*B1 - F2)t = )sin(2

OVили

a)sin( (F1B*B1 - F2)t, где OV

a2

EC=OC-OE= )2

cos1(22

cos22

DDD

)2

cos1(2

DL



Построение градуировочной таблицы


)2

cos1(2

DL

2cos1

2

D

L)

21arccos(2

D

L

Алгоритм определения МФУ с использованием

градуировочной таблицы

Vвот )sin( (интерполяция)D

L2L

Vвот=(F1B*B1-F2)t – значение канала Al_Volume




Интерполяция первого и второго порядков

i-ая колонка градуировочной таблицы описывает i-ый узел

интерполяции

iD

L

D

L)

2(

2, если )sin()sin( i 1)sin( i

ii

iii

i

D

L

D

L

D

L

D

L

)sin()sin(

)2

()2

()sin()sin(

)2

(2

1

1







2) Сформировать градуировочную таблицу и реализовать

один из способов интерполяции

3) Создать динамическую экранную форму с помощью ФО

«Гистограмма», отражающую изменение МФУ при

наполнении отстойника.

4) Провести сопряжение процедуры 1 и процедуры 2





1) Загрузить проект в РБК, дополнить БК новым каналом

Al_Uroven;

2) Реализовать первый шаг алгоритма определения МФУ на

языке FBD с помощью блока УМНОЖЕНИЕ. Принять

a=0.0314159. На выходе блока значение

3) Реализовать второй шаг алгоритма с помощью блока

LINTR. На выходе блока значение 2L/D.

4) Реализовать третий шаг алгоритма с помощью блока

УМНОЖЕНИЕ. На выходе–значение L.

)sin(




FBD-программа Interpol

Блок Входы, выходы Тип Значение Комментарий

* (Умножение) In1 Аргумент Al_Volume

In2 Константа 0.0314159

LINTR Sel Константа 0

* (Умножение) In2 Константа 1.7

* (Умножение) Mul Аргумент Al_Uroven




5) В директории проекта создать файл itabl.cfg, в который

занести значения градуировочной таблицы:

QTABL=1 Количество таблиц

TABL00=21 Число узлов в таблице

0 0

0.12 0.1

….

X Y

…

6.28 2.0






6) Подключить FBD-программу «Interpol» к каналу Al_Uroven

и протестировать ее в режиме ЭМУЛЯЦИЯ.

7) Загрузить сохраненный проект в РПД.

8) На экран «буллит» добавить ФО «Многослойная

Гистограмма». Привязать ФО к реальному атрибуту

канала Al_Uroven, установить значения MIN – 0, MAX –

3.4 (диаметр буллита 3.4 м), расположение –

вертикальное. Заливка голубая (вода) на черном фоне

(нефть).




9) Разместить ФО как показано на рисунке






1.Что такое градуировка сигнала?

2.Какой вид интерполяции используется для операции

«градуировка» в работе?

3.Что такое интерполяция нулевого порядка?

4.Как на практике осуществляется составление градуировочной

таблицы буллита отстойника?

5.Объясните работу FBD-программы Interpol ?

6.В каких трех точках(объем/уровень) нужно тестировать программу

Interpol?

7.Объясните структуру градуировочного файла itabl.cfg ?

8.Как создать файл itabl.cfg для двух буллитов?

9.Какая динамическая ФО используется для создания объекта

«МФУ»?

10.Продемонстрируйте работу объекта «МФУ» в режиме ЭМУЛЯЦИЯ.

КГТУ (КАИ), кафедра АСОИУ 42Курбатов Б.К. КГТУ (КАИ), кафедра АСОИУ 42


Программирование регулятора МФУ

Цель: разработка и реализация алгоритма управления МФУ

по закону позиционного регулирования;

отображение качества регулирования с помощью

графика;

оценка качества регулирования

(определение величины перерегулирования,

погрешности регулирования

в установившемся режиме).


Тема: Программирование регулятора МФУ и

формирование расходов F2 и F3




Контур регулирования МФУ

L0 – требуемое значение МФУ (уставка);

L-L0 – отклонение (погрешность регулирования);

Больше/Меньше – сигналы, формируемые регулятором;

F2 – расход по потреблению воды В1;

В2 – исполнительное устройство (вентиль В2).




Трехпозиционное регулирование

Ui

epsL0-L

epsL-L0eps-

epsL0-L

если

если

если

,1

,0

,1

iU

где eps – зона нечувствительности регулятора;

U – выходной сигнал регулятора:

U=1 – «БОЛЬШЕ»

U=-1 – «МЕНЬШЕ»




Разгонная и градуировочная характеристики вентиля В2

d=0,001tx, 0≤tx≤60 с.

F2=0,6∙d, 0≤d≤0,06 м.

где d – величина хода плунжера вентиля В2;

tx – время хода плунжера;

tп.х. – время полного хода плунжера, tп.х.=60 с.;

dп.х. – величина полного хода плунжера, dп.х.=0,06 м.;

При d=dп.х. вентиль В2 полностью открыт

При d=0 вентиль В2 полностью закрыт




Качество регулирования МФУ

Время хода плунжера на i – м шаге

tUtt i

i

x

i

x

1, i = 0, 1, 2, 3…,







2) Создать пульт настройки регулятора в виде

всплывающего окна, в котором с помощью стандартных

ФО можно вводить следующие переменные: значение

уставки L0 и значение eps.

Отобразить на пульте в виде гистограммы значение

положения плунжера клапана в процентах от длины его

полного хода.

3) Разработать и реализовать алгоритм регулирования МФУ




Блок-схема алгоритма регулятора МФУ

3 - вычисление Ui

4 - вычисление время хода плунжера

5 - вычисление величины хода

плунжера

6 - вычисление F2





1) Открыть РБК проекта и дополнить существующую БК

новыми каналами с указанными начальными значениями:

Ust_urov=0.2 м., epsMAX=0.01 м. ,epsMIN=0.01 м. ,

time_hoda=10 с., Ust_ur–epsMIN и Ust_ur+epsMAX;

2) Создать FBD-программу «Ust_eps» для реализации

первых двух блоков приведенной блок-схемы. Программа

формирует значения переменных в каналах

Ust_ur+epsMAX и Ust_ur-epsMin;

3) Создать FBD-программу «Reg_3P» для реализации

третьего блока блок-схемы (с помощью ф. блока <>F).

Значение выхода регулятора в канал U_outREG.





4) Создать FBD-программу «ISP_MEX» (Исполнительный

Механизм) для реализации четвертого блока блок-схемы.

Протестировать программу.

5) Объединить все три предыдущие FBD-программы в одну

программу «timer» (можно удалить канал U_outREG).

6) Связать FBD-программу «timer» с каналом time_hoda.

7) Создать FBD-программу «F2» для реализации пятого и

шестого блока блок-схемы. Привязать программу к

каналу AI_RashodW.




FBD-программы «timer» (сверху) и «F2» (снизу)





8) Загрузить сохраненный проект в РПД. Создать экран

«Настройки регулятора» для задания диапазона

нечувствительности и уставки уровня.

9) Создать экран «График» для реализации последнего

этапа блок-схемы. Необходимо ввести новые каналы

tang(0.006),shag+(1.0),shag-(-1.0),timePX(60).

10) Используя ФО «Видеоклип», создайте на экране

«Буллит» изображения трубопроводов на входе и

выходе вентиля В2.




Экраны «График» и «Настройки регулятора»





1.Нарисуйте структурную схему и объясните работу контура

регулирования МФУ.

2.Назовите тип используемого регулятора и напишите закон его

регулирования.

3.Нарисуйте линейную разгонную характеристику вентиля В2.

4.Объясните работу FBD-программы «3-х позиционный регулятор».

5. Объясните работу FBD-программы «электродвигатель».

6. Объясните работу FBD-программы «концевой выключатель».

7.Как задается «зона нечувствительности» регулятора?

8.Как протестировать работу FBD-программы REGUL в пошаговом

режиме?

9.Создайте графический объект, используемый для анализа качества

регулирования.

10. Продемонстрируйте работу объекта «Регулятор» в режиме

ЭМУЛЯЦИЯ.

презентация лабораторных работ. часть 1

Education