Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ проблемы управления процессами формирования бумажного полотна 9
1.1 Функциональные подсистемы АСУТП бумажного производства и описание процесса изготовления бумажной массы 9
1.2 Процесс производства бумаги на бумагоделательной машине как объект управления и его организационная структура 17
1.3 Влияние технологических параметров процесса производства бумажного полотна на его структуру 23
1.4 Анализ проблемы управления и иерархия систем управления процессами формирования бумажного полотна 27
Выводы 35
2 Идентификация и моделирование процессов формирования массы квадратного метра бумажного полотна
2.1 Математическая модель манипулятора подачи верхней планки напорного устройства 36
2.2 Математическая модель напорного устройства 42
2.3 Математическая модель отлива бумажной массы на сетку 51
2.4 Математическая модель формирования массы квадратного метра бумажного полотна 59 Выводы 71
3 Параметрический синтез функциональных подсистем асутп бумажного производства 72
3.1. Выделение продольной и поперечной составляющих сигнала с датчика измерения массы бумажного полотна 72
3.2 Синтез регулятора подсистемы регулирования массы бумажного полотна 76
3.3. Нейросетевая система управления положением верхней планки напорного устройства 79
3.4. Разработка алгоритма определения минимума дисперсии массы квадратного метра бумажного полотна 90
3.5 Построение комбинированной экстремальной системы управления регулирования массы бумажного полотна 100
Выводы 105
4 Инжиниринг асутп бумажного производства 107
4.1 Технологическое оборудование АСУТП бумажного производства 107
4.2 Технические средства АСУТП бумажного производства 115
4.3 Программные средства АСУТП бумажного производства 121
4.4 Оценка эффективности АСУТП бумажного производства 131
Выводы 133
Заключение 134
Список сокращений 137
Список литературы 138
- Процесс производства бумаги на бумагоделательной машине как объект управления и его организационная структура
- Математическая модель отлива бумажной массы на сетку
- Синтез регулятора подсистемы регулирования массы бумажного полотна
- Программные средства АСУТП бумажного производства
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время целлюлозно-бумажная промышленность является одной из ведущих динамично развивающихся отраслей в нашей стране. Задача дальнейшего развития этой отрасли промышленности связана с повышением эффективности бумажного производства и качества готовой продукции при экономном и рациональном использовании сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов. Однако без современных средств автоматизации, управления и защиты решение этой задачи малоперспективно.
Внедрение современных методов, средств и систем управления технологическими процессами производства бумаги сдерживается приближенностью математических моделей, в соответствии с которыми синтезируется управление; наличием в объекте управления транспортного запаздывания, возникающего из-за конечного времени распространения возмущений в среде, где протекает управляемый процесс; возникновением в объекте управления режимов, возбуждаемых нестационарными внешними возмущениями и плохо управляемых по входу. При этом необходимо стабильно обеспечить высокие требования к показателям качества бумаги, таким как масса квадратного метра с однородным распределением в продольном и поперечном направлениях.
Преодоление трудностей управления, связанных с вышеуказанными факторами, в настоящее время можно осуществить в рамках интеллектуального управления, в том числе предиктивного, экстремального и нейросе-тевого управления, которое было реализовано в настоящей работе применительно к функциональным подсистемам АСУТП бумажного производства.
Целью работы является повышение точности и стабильности технологического процесса производства бумаги путем совершенствования функциональных подсистем АСУТП с использованием алгоритмов предиктив-ного, помехозащищенного экстремального и нейросетевого управления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
выявить основные причины, снижающие эффективность автоматизированного управления процессом формирования бумажного полотна, и определить пути совершенствования функциональных подсистем АСУТП;
-
провести параметрическую идентификацию и построить математические модели функциональных подсистем бумажного производства, оказывающих основное влияние на качество бумажной продукции;
-
разработать алгоритмы управления функциональными подсистемами АСУТП бумажного производства с использованием методов предиктив-ного, экстремального и нейросетевого управления;
-
создать систему многопараметрического и комбинированного экстремального регулирования массы квадратного метра бумажного полотна;
-
провести промышленную апробацию результатов работы.
Объектом исследования являются функциональные подсистемы АСУТП бумажного производства.
Предмет исследования: методы математического моделирования технологического процесса и алгоритмы управления функциональными подсистемами АСУТП бумажного производства, обеспечивающие повышение его качества.
Методы исследования. В работе использованы методы современной теории автоматического управления и автоматизации технологических процессов, теории вероятностей и математической статистики, нейросетевые технологии и компьютерное моделирование. Экспериментальные исследования проводились на бумажном производстве ОАО «МАЯК» (г. Пенза) с использованием стандартизированных методик и аттестованного оборудования.
Научная новизна (пп. 4, 6, 9, 10 паспорта специальности 05.13.06):
-
Созданы математические модели формирования массы квадратного метра бумажного полотна и процесса напуска бумажной массы на сетку бумагоделательной машины на основе уравнений материально-энергетического баланса, позволяющие научно обоснованно подойти к выбору алгоритмов управления.
-
Разработан алгоритм выделения продольной и поперечной составляющих массы квадратного метра бумажного полотна, при использовании которого повышаются точность и стабильность регулирования техпроцесса производства бумаги.
-
Разработан помехоустойчивый алгоритм экстремального управления инерционным объектом, основанный на совмещении методов синхронного накопления и синхронного детектирования с последующим поиском максимума амплитуды второй гармоники отфильтрованного сигнала, направленный на снижение среднеквадратического отклонения массы квадратного метра бумажного полотна.
-
Создана нейросетевая система контроля положения верхней планки напорного устройства и стабилизации процесса напуска бумажной массы на сетку.
-
Синтезирована система многопараметрического и комбинированного экстремального регулирования массы квадратного метра бумажного полотна, позволившая повысить точность и стабильность процесса бумажного производства.
Практическая ценность исследования заключается в разработке современных научно обоснованных алгоритмов и систем контроля и управления технологическими процессами бумажного производства, что позволяет:
-
сократить время для выхода на рабочий режим при опытной выработке бумаги;
-
сократить время перехода бумагоделательной машины с одного режима на другой;
-
сократить число параметров, регулируемых оператором вручную;
-
повысить точность и стабильность регулирования массы квадратного метра бумажного полотна;
5) снизить нормы расхода бумажного волокна.
На защиту выносятся:
-
Математические модели формирования массы квадратного метра бумажного полотна и напуска бумажной массы на сетку бумагоделательной машины на основе уравнений материально-энергетического баланса.
-
Алгоритм выделения продольной и поперечной составляющих массы бумажного полотна.
-
Помехоустойчивый алгоритм экстремального управления инерционным объектом.
-
Нейросетевая система контроля положения верхней планки напорного устройства для напуска бумажной массы на сетку.
-
Система многопараметрического и комбинированного экстремального регулирования массы квадратного метра бумажного полотна.
Достоверность результатов и выводов настоящей работы подтверждена данными, полученными при математическом и имитационном моделировании процессов бумажного производства, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также опытной эксплуатацией разработанных алгоритмов и систем управления.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в производство на ОАО «МАЯК» (г. Пенза), что позволило повысить качество производимой продукции, снизить расход ресурсов, уменьшить время простоя оборудования.
Разработанные математические модели в виде методик, алгоритмов и программ используются в ОАО «МАЯК», ООО «МАЯКТРАНСЭНЕРГО», ООО «МАЯК-ПРИНТ», ООО «МАЯК-ТЕХНОЦЕЛЛ» при разработке и эксплуатации систем автоматического управления.
Математические модели, алгоритмы и программы внедрены в учебный процесс на кафедре «Автоматика и телемеханика» Пензенского государственного университета при подготовке бакалавров по направлению 27.03.04 «Управление и информатика в технических системах» и магистров по направлению 27.04.04 «Управление в технических системах».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семи конференциях различного уровня: Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2009, 2011, 2013, 2015); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Датчики и системы» (Пенза, 2012); ежегодном Международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (Алушта, 2010, 2012, 2013, 2015); международной научно-практической конференции «ИНЖИНИРИНГ ТЕХНО 2014» (Саратов, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ (4 работы - без соавторов), в том числе 6 статей (2 - без соавторов) в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основной части и заключения, списка литературы^ включающего 107 наименований, и приложений. Объем работы - 160 страниц машинописного текста, включающих 107 рисунков и 11 таблиц.
Процесс производства бумаги на бумагоделательной машине как объект управления и его организационная структура
Содержание влаги в бумаге поступающей в сушильную часть зависит от эффективности прессов и может составлять от 60 до 75%. После сушки содержание влаги колеблется в пределах от 5 до 10%.
В сушильной части БДМ происходит соприкосновение бумажного полотна с горячей поверхностью сушильного цилиндра, в результате чего происходит испарение влаги. Сушильная часть состоит из сушильных цилиндров, на которых происходит высушивание бумажного полотна и холодильного цилиндра, где бумага охлаждается. Также в состав сушильной части входят:
Температура в сушильной части поднимается постепенно с 900 С до 1400С и затем понижается в конце сушильной части примерно до 1000С. Регулирование температуры сушильных цилиндров осуществляет изменением количества подаваемого насыщенного пара в каждую паровую сушильную группу.
Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92-95 %. Пройдя сушильные цилиндры, сухой бумажный лист охлаждается на холодильном цилиндре и поступает в машинный каландр. На холодильном цилиндре бумажное полотно впитывает в себя влагу и увлажняется на 1-2%.
Здесь заканчивается процесс выработки бумаги на бумагоделательной машине. Плотность намотки на периферическом накате в основном зависит от линейного давления между рулоном бумаги и цилиндром наката и в меньшей степени от натяжения бумаги перед накатом.
Намотанное на тамбурный валик бумажное полотно снимается с наката при непосредственном регулировании прижима и перезаправки бумажного полотна и при помощи грузоподъемного механизма подается на раскат продольно-резательного станка (ПРС), где разрезается на рулоны. С каждого тамбура отбираются образцы бумаги и направляются в производственную цеховую лабораторию для проведения анализа по необходимым качественным параметрам.
Система контроля качества Для контролирования качества производимой продукции есть лаборатория с измерительными приборами, которые определяют параметры свойств бумаги. Также перед накатом бумагоделательной машины устанавливают сканирующее устройство. Сканер представляет собой установленную поперек бумагоделательной машины балку и сканирующий элемент с датчиками, перемещающийся по балке. Сканирующий элемент состоит из двух частей, между которыми проходит бумага. Устройство сканирующего элемента представлено на рисунке 1.11.
Сканером измеряется масса 1 м2, влажность, зольность бумажного полотна. При каждом прохождении сканера по бумажному полотну на графиках отражаются профили и тренды измеренных параметров. Регулирование всех измеренных параметров обеспечивается в автоматическом режиме посредством регулирования заданных параметров технологического процесса. 1.3 Влияние технологических параметров процесса производства бумажного полотна на его структуру Практически все стадии процесса формования бумажного полотна оказывают значительное влияние на равномерность макроструктуры бумаги и формирование механических характеристик. Неравномерность макроструктуры бумажного полотна тесно связана с параметрами технологического процесса его производства, которые вызывают хлопьеобразование, или флокуляцию в бумажной массе. В работе [16] перечислены основные факторы, влияющие на уровень флокуляции, в порядке убывания: - вид волокнистого полуфабриката; - режим размола волокна; - наличие флоккулирующих и дефлокулирующих добавок; - условия напуска и формования бумажного полотна. Все указанные выше факторы проявляют себя в большей или меньшей степени в зависимости от вида волокон, используемых при отливе бумаги, от технологии подготовки бумажной массы и от условий изготовления бумаги на бумагоделательной машине [81]. Концентрация бумажной массы Однородность макроструктуры бумажного полотна и его качество определяются во многом режимом подачи на сеточный стол бумажной массы. Концентрация массы при этом является важнейшим фактором [81].
В обычных условиях при выборе необходимой концентрации бумажной массы исходят из общего правила, что ее разбавление должно быть больше при более тонкой вырабатываемой бумаге, а при одинаковой массе квадратного метра бумаги разбавление уменьшают при повышении степени помола массы.
При большом разбавлении массы количество контактов волокон будет минимальным и вероятность образования сгустков и хлопьев невелика. Полученное при низких концентрациях бумажное полотно должно иметь более равномерный просвет.
В работе [16] приводится зависимости хлопьеобразования бумажной массы от концентрации (рисунок 1.12). Таким образом, отмечается то, что увеличение разбавления массы ведёт к более равномерному просвету бумаги.
Однако следует отметить, что характер взаимосвязей концентрации и неоднородности бумажного полотна имеет линейный характер не во всех исследованиях. Так, например, в работах М.К. Смита заостряется внимание на том, что в рабочих диапазонах производства бумаг влияние концентрации массы и степени помола на неоднородность бумажного полотна имеет нелинейный характер (рисунок 1.13). Несмотря на то, что зависимости, полученные для различных композиций бумажной массы и сорта целлюлозы, отличаются друг от друга, все они имеют некоторую схожесть. На рисунке 1.13 представлены результаты исследования влияния на облачность концентрации. Из анализа результатов этих исследовании следует важный вывод о том, что для каждого сорта выпускаемой бумаги существует, по крайней мере, одна величина концентрации, при которой формование является оптимальным.
Математическая модель отлива бумажной массы на сетку
Практический интерес представляет решение обратной задачи нахождения управляющих параметров процесса по его управляемым параметрам. Управляющими параметрами рассматриваемого процесса являются координаты верхней планки напорного устройства х, у и напор р, управляемыми параметрами - горизонтальная составляющая скорости бумажной массы при контакте с сеткой Vx и координата падения струи бумажной массы на сетку s. Используя формулу (2.37) и (2.39), найдём соответственно Кн и Vн Унх = Ухерз. (2.40) VHV= -z . (2.41) иу 2VHX s Зная VHX и VHy из (2.35), нетрудно найти угол подъёма струи ос= arctg (Щ. (2.42) VHy Тогда искомый напор найдём из (2.34) полагая =1 у2 л_у2 2д v Поскольку первоначальное формирование бумажного полотна и его свойств происходит на мокрой части БДМ, то без учёта явления флокуляции суспензии волокон целлюлозы будем считать, что степень однородности суспензии волокон в воде постоянна. Тогда, как уже отмечалось, принимая во внимание высокую стабильность скорости привода сетки БДМ, для стабилизации массы бумажного полотна необходимо стабилизировать производительность бумажной массы Q, поступающей из напорного ящика, которая задаётся выражением Q = pbyVH (2.44) где - плотность водной суспензии, Ъ - ширина выпускной щели напорного устройства, у - высота щели выпускного устройства, Vн - скорость выпуска бумажной массы из напорного устройства. Задаваясь требуемым по условиям технологического процесса значением производительности Q можно вычислить требуемое значение y, поскольку остальные члены выражения (2.44) заданы
Результаты моделирования Полученная математическая модель отлива бумажной массы позволяет установить, что имеются три управляемых и управляющих параметра с нелинейными и перекрёстными взаимными связями. В свою очередь, управляющие параметры формируются специальными устройствами бумагоделательной машины.
Координаты верхней планки напорного устройства x и y задаются с помощью специального механизма (манипулятора) перемещающего верхнюю планку.
Напор водной суспензии поступающей на сетку создается напорным устройством. На рисунке 2.20 приведена функциональная схема управления массой квадратного метра бумажного полотна. На линии рабочего бассейна стоит массная задвижка, которая регулирует количество поступаемой бумажной массы высокой концентрации в общий поток. В смесительные насосы №1 и №2 поступает оборотная вода с сеточного стола бумагоделательной машины с низкой концентрацией бумажных волокон, и масса с машинного бассейна с концентрацией 3-4 %. После смесительного насоса №2 бумажная масса через напорную сортировку направляется в напорный ящик БДМ. На сеточной части происходит частичная потеря бумажных волокон, которые имеют постоянный характер в установившемся режиме работы БДМ. Далее бумага попадает на прессовую и сушильную части, каландр, которые не влияют на массу производимой бумаги. Перед накатом масса квадратного метра бумажного полотна измеряется с помощью сканирующего устройства. Сканирующее устройство
Система обладает значительным запаздыванием, которое появляется из-за движения массы по трубам перед напорным ящиком и движения бумаги по бумагоделательной машине до сканирующего устройства, определяющего массу бумаги. Инерционная составляющая проявляется не в мгновенном изменении концентрации на входном патрубке смесительного насоса. Представим процесс изменения массы квадратного метра бумажного полотна от угла открытия массной задвижки в виде модели апериодического звена первого порядка с запаздыванием
Запаздывание т± бумажной массы должно иметь постоянную величину, так как при закрытии массной задвижки смесительный насос №1 будет перекачивать большее количество регистровой воды, не меняя при этом свою производительность. Таким образом точное регулирование массы бумажного полотна на бумагоделательной машине происходит регулированием концентрации бумажных волокон в бумажной массе. Производительность смесительного насоса №2 зависит от его частоты вращения. При повышении скорости вращения насоса происходит больший забор регистровой воды, из-за этого понижается концентрация бумажной массы, поступаемой на напорную сортировку и напорный ящик. Постоянство давления в трубопроводе обеспечивается баком бесперебойного уровня и сборником регистровой воды с переливом. Потери бумажного волокна и на бумагоделательной машине в установившемся режиме можно считать постоянными.
Для доказательства данных утверждений используем технологическую карту, представленную в таблице 2.2. Таким образом, если вычислить запаздывание тъ то далее, можно рассчитывать чистое запаздывание т = f(V), где V - скорость бумагоделательной машины. Контроль массы квадратного метра бумаги осуществляется с помощью радиоизотопного датчика, который с помощью сканирующего устройства совершает возвратно-поступательные перемещения поперёк движения измеряемого листа как показано на рисунке 2.21. Очевидно, что при такой схеме движения датчика происходит регистрация значений массы бумаги не только в продольном, но и в поперечном направлении. В действительности выходные переменные объекта y(t) определяются не только детерминированными управляющими входными сигналами u(t), но и ненаблюдаемыми и неуправляемыми воздействиями (помехами) e(t), что вызывает отклонения выходных переменных от заданных значений. Чтобы получить уравнение связи между статистическими характеристиками входа и выхода для стационарных эргодических процессов, пользуются их статистическими характеристиками и, в частности, корреляционными функциями или спектральными плотностями.
Синтез регулятора подсистемы регулирования массы бумажного полотна
Снижение неравномерности просвета бумажного полотна является одним из важнейших факторов, влияющих на оптические и физико-механические свойства бумаги. Применением экстремального регулирования неравномерности просвета, как составной части APC - управления, при соответствующем жестком контроле и оперативном управлении режимами работы бумагоделательной машины можно добиться значительного снижения поверхностной плотности бумажной продукции и работать на нижнем пределе её допуска, предусмотренного ГОСТом.
Известно [21], экстремальное влияние соотношения скоростей массы и сетки БДМ на неравномерность просвета бумаги. Соотношение между скоростью массы и скоростью сетки выражается формулой Км = —. (3.5) где vM — скорость массы, поступающей на сетку, м/мин; vc — скорость бесконечной сетки сеточного стола, м/мин. При заметном превышении скорости массы по отношению к скорости сетки могут образовываться наплывы массы на сетку, что приводит к ухудшению макроструктуры бумаги и снижению показателей прочности. При обратном соотношении увеличивается анизотропия бумажного листа. И в том и в другом случае затрудняется регулирование массы 1 м2 бумаги по длине полотна и возможность управления степенью ориентации волокон.
В таблице 3.3 показано влияние соотношения скоростей массы и сетки на неравномерность просвета бумаги [77].
Изменение скорости БДМ влечет к изменению технологического режима и влияет на все системы БДМ. Поэтому для минимизации неравномерности просвета будем изменять скорость истечения бумажной массы с помощью изменения напора напускного устройства.
Данные о неравномерности просвета будем косвенным образом вычислять по массе бумажного полотна, измеряемой сканирующим устройством. Очевидно, что чем меньше изменение массы относительно среднего значения, тем лучше неравномерность бумажного полотна и, следовательно, изменение дисперсии массы квадратного метра будет оценкой неравномерности просвета.
На рисунке 3.26 приведены экспериментальные осциллограммы изменения напора, массы квадратного метра бумажного полотна и расчётные значения его среднеквадратического отклонения.
Экспериментальные и расчётные осциллограммы изменения напора, массы квадратного метра бумажного полотна и его среднеквадратического отклонения Первые две осциллограммы были получены экспериментально. Расчёт осциллограммы среднеквадратического отклонения массы (СКО) проводился по оценке математического ожидания и дисперсии с использованием рекуррентных формул: где m N - оценка математического ожидания при выборке xt из N отсчетов, m N_1 - оценка математического ожидания при выборке xt из (N-1) отсчета. где D - оценка дисперсии по выборке xt из TV отсчетов, D _1 - оценка дисперсии по выборке Xj из (N-1) отсчета.
В ходе проведения эксперимента была получена экстремальная зависимость между напором напускного устройства и среднеквадратическим отклонением массы, представленная на рисунке 3.27. Полученная зависимость подтверждает экстремальное соотношение между соотношением скоростей Км и неравномерностью просвета приведенную в [29].
Полученная экспериментальная зависимость СКО массы квадратного метра бумажного полотна от напора бумажной массы позволяет сформулировать задачу экстремального комбинированного регулирования неравномерности просвета бумажного полотна в следующей постановке: реализовать систему стабилизации массы квадратного метра бумажного полотна и экстремальное регулирование его СКО по текущим измеренным значениям напора бумажной массы и массы квадратного метра бумажного полотна на выходе БДМ.
Анализ экстремальной зависимости среднеквадратического отклонения массы квадратного метра бумажного полотна от напора напускного устройства позволяет утверждать, что использование традиционных методов поиска экстремума в экстремальных системах для рассматриваемого случая невозможно из-за высокого соотношения сигнал-шум.
Следует иметь в виду, что значительное изменение напора при поиске экстремума нежелательно, поскольку может привести к нарушению технологических режимов. Допустимым может считаться изменение напора не превышающее 50 мм. Поскольку в рассматриваемом случае на вход экстремальной системы можно подавать сигнал любой формы, ограничивая его только по амплитуде, то предпочтение следует отдавать гармоническому сигналу [9]. Частота этого сигнала должна находиться в полосе пропускания системы и для повышения быстродействия должна приближаться к её верхней границе. Тогда эффективное выделение гармонического сигнала достигается использованием либо корреляционного метода [20], либо метода синхронного накопления [33].
Наиболее предпочтительным представляется использование метода синхронного накопления как более простого в реализации и менее требовательно к форме входного и выходного сигналов экстремальной системы [5].
Использование метода синхронного накопления предопределяет применение методов периодического поискового сигнала для поиска экстремума. В том случае если временное запаздывание в экстремальном объекте фиксированное, для поиска экстремума можно воспользоваться методом синхронного детектирования предварительно, с учётом запаздывания, синхронизируя фазы опорного и выходного сигналов экстремальной системы с помощью фазовращателя. В противном случае, при изменяющемся временном запаздывании, требуется использование специальных методов поиска экстремума. При нахождении в области экстремума, в силу чётности экстремальной характеристики, в выходном сигнале экстремальной системы модулируемой гармоническим сигналом будут появляться чётные гармоники. Тогда экстремальное значение амплитуды второй гармоники будет свидетельствовать о нахождении системы в точке экстремума.
Программные средства АСУТП бумажного производства
Для ускорения и снижения затрат на проектирование в настоящее время разработаны пакеты прикладных программ (ППП). Построение ППП по модульному принципу позволяет набирать из них программное обеспечение АСУ для конкретного предприятия. При этом разработчики ППП создают определенную функциональную избыточность, что позволяет выбирать из модулей с одинаковым функциональным назначением тот, который наиболее близок к условиям разрабатываемой системы. Независимость модулей позволяет использовать их в любых комбинациях. Вместе с тем разработчики системы должны помнить о необходимости учета ее индивидуальных особенностей. К ним относятся не только внешние по отношению к системе факторы, но и такие условия, как требования к частоте и точности решения задач, наличие и доступность исходной информации и т.д.
Рассмотрим среду программирования Simatic Step 7 промышленных контроллеров фирмы Siemens. Данный пакет предназначен для программирования контроллеров S7-300 и S7-400 семейств. Перечислим этапы при создании программы промышленного контроллера:
Создать структуру проекта. В проекте может быть несколько контроллеров, которые могут работать как в обычном режиме, так и в мультипроцессорном. При таком режиме обеспечивается синхронная работы нескольких промышленных контроллеров. Главное окно пакета Simatic Step 7 представлено на рисунке 4.11.
Сконфигурировать аппаратное обеспечение под задачи системы управления технологическими объектами. Выбирается по производительности промышленный контроллер, необходимое количество модулей ввода/вывода. Программирование аппаратной части представлено на рисунке 4.12.
SCADA (от англ. 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.
Компьютерная SCADA система WinCC немецкого производства решает задачи визуализации и управления процессами, производственными линиями, отдельными машинами и целыми производственными предприятиями во всех секторах промышленного производства. Позволяет создавать как отдельные однопользовательские компьютерные станции визуализации, так и мощные распределенные многопользовательские системы с использованием резервированных серверов и удаленных Web-клиентов. Рассмотрим набор базовых функциональных модулей из которых состоит SCADA-система WinCC: Проводник (WinCC Explorer) - быстрый обзор всех данных проекта, глобальных установок, запуска редакторов и режима исполнения (Runtime), конфигурация «клиент-сервер», резервирование, загрузка изменения проекта.
Графический редактор (Graphic Designer) - разработка мнемосхем с поддержкой централизованно изменяемых шаблонов дизайна, цветовой палитры, объектов пользователя. Динамизация осуществляется с помощью прямой привязки к тегам, динамических диалогов, скриптов на языках ANSI-C или VBS.
Система сообщений (Alarm Logging) - сбор и архивация сообщений. Поддерживается два метода генерации сообщений: периодический опрос тегов и прием пакетов ПЛК Simatic S7. Сообщения могут генерировать звуковые сигналы.
Архивация тегов (Tag Logging) - сбор, архивирование и сжатие тегов. База данных основана на MS SQL Server. Архивирование производится циклически или управляется событиями в системе. Может производится архивирование отдельных тегов или блоков данных промышленного контроллера.
Редактор отчетов (Report Designer) - генерация отчетов в свободно проектируемом формате, управляемая событиями или по времени. Возможна генерация протоколов сообщений, измеряемых величин и пользовательских отчетов.
Глобальные макросы (Global Script) - программирование действий с графическими объектами, а также сценариев, выполняющихся в фоновом режиме.
Администратор пользователей (User Administrator) - управление пользователями и уровнями доступа в проекте. Управление пользователя может интегрироваться в систему безопасности Windows.
Текстовая библиотека (Text library) и Дистрибьютор текстов (Text Distributor) - предназначены для управления текстами в мультиязычных проектах. Поддерживается экспорт и импорт текстов из всех редакторов. Меню и Панель инструментов (Menu & Toolbar) - редактор, позволяющий создавать пользовательское меню и панели инструментов для экранов и отдельных окон. Редактор проектов (OS-Project Editor) - набор инструментов для управления процессами, таких как построение иерархии мнемосхем, синхронизация времени в системе, звуковая сигнализация, конфигурация проектов с несколькими мониторами, контроль работоспособности устройств. Коммуникации с ПЛК - набор драйверов для подключения программируемых логических контроллеров Мнемосхемы спроектированной SCADA-системы для автоматизации функциональных подсистем бумажного производства с экстремальным, предиктивным и нейросетевым управлением приведены на рисунках 4.18 и 4.19. На мнемосхеме отображены системы регулирования массы бумажного полотна, напуска бумажной массы на сетку.