Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Содержание

Введение

Одним из лучших способов усвоения информации является реализация практических задач с применением полученных знаний. Так как для создания АСУ ТП широкое распространение получили микропроцессорные системы, то для усвоения знаний по таким дисциплинам как ТАУ, СТУДС, САПР, ПСТ и , необходима реализация решений на базе МПС. В сфере АСУ ТП выполнение реальных практических задач без должной подготовки чревато возможными экономическими, человеческими и экологическими потерями, то для подготовки проектировщиков и интеграторов лучшим способом является использование лабораторных стендов.

1. Актуальность темы

В настоящее время среди МПС, применяемых в АСУ ТП, на первой месте по распространенности, находятся программируемые логические контроллеры (ПЛК) – устройства, позволяющие произвести автоматизацию как относительно малых объектов, например, конвейеров углеподготовки на коксохимических производствах, так и целых производственных участков, например, линий или цехов. Сложность и архитектура проектируемой и внедряемой АСУ ТП зависит от поставленной задачи, экономических возможностей заказчика и опыта конструкторов и интеграторов системы, но в то же время практически не зависит, за редким исключением, от конкретного ПЛК и его производителя, так как их подавляющее большинство производится по одинаковым принципам и различается лишь конструкционным исполнением, доступными интерфейсами и ПО на котором ведется разработка и работа данного контроллера. Основные положения программирования ПЛК регламентировано международным стандартом IEC 61131–3, что позволяет подготовленному инженеру АСУ знакомому с языками данного стандарта или логикой заложенной в них приступить к выполнению задачи на любом ПЛК затратив минимальное количество времени на ознакомление с ним.

Для реализации возможности управления и мониторинга систем на среднем уровне необходимо применение систем человеко–машинного интерфейса. Для решения данной задачи зачастую применяются два подхода: использование ПЛК со встроенным графическим интерфейсом или применение панель операторов – HMI–панели.

2. Цель и задачи исследования

Целью создания стенда является повышение качества обучения и уровня подготовки обучающихся направления 27.03.04 «Управление в технических системах» путем разработки лабораторного стенда и курса проводимых на нем лабораторных работ на базе оборудования автоматизации ОВЕН.

Основной причиной создания стенда на базе ПЛК 150–ИП320 является отсутствие данного ДНТУ. Причиной разработки нового стенда, а не использование готового является несоответствие поставленным требованиям.

Разрабатываемый стенд должен обладать возможностью изучения следующих вопросов в ходе лабораторных работ:

1) Применение протоколов Modbus RTU, Modbus TCP, CoDeSys Gateway в реальных условиях;

2) Изучение работы и примеров практического применения ПЛК 150;

3) Обучение универсальной условно–бесплатной среде разработки CoDeSys;

4) Изучение языков стандарта IEC 61131–3;

5) Изучение принципов подключения и конфигурации различных датчиков и простых исполнительных механизмов;

6) Изучение принципов разработки графического интерфейса для оператора посредством HMIndash;панели;

7) Изучение среды разработки «Конфигуратор ИП320» и принципов организации связи ИП 320.

3. Обзор существующих разработок

В данным момент на основе ОВЕН ПЛК 150 реализовано относительно большое количество лабораторных стендов как самой компанией, так и сторонними производителями, вузами.

На рисунке 3.1 представлен стенд, разработанный компанией ОВЕН для проведения обучения стажирующихся, демонстрационных мероприятий и поставки по запросу в учебные заведения.

pic

Рисунок 3.1 – Стенд ОВЕН на базе ПЛК 150-ИП 320

По заявлению производителя данный стенд предназначен для проектирования и отладки САУ выполняемых на базе продукции ОВЕН, применения в процессе работы учебных заведений, для организации лабораторных работ, посвященных построению и эксплуатации современных САУ, в учебных курсах промышленных предприятий для повышения квалификации работников. К преимуществам данного стенда можно отнести компактность, а также наличие измерительного оборудования на стенде и вывод его на экран. Но также данный стенд не лишен серьезных недостатков. К данным недостаткам можно отнести отсутствие полной разводки дискретного выхода стендов, неиспользования всех доступных интерфейсов ПЛК, а также ограничение доступных возможностей ПЛК предоставленными производителями датчиками, исполнительными механизмами и их коммутацией.

pic2

Рисунок 3.2 – Учебный стенд, разработанный АЧИИ на основе ПЛК 150-СП 207

По заявлению разработчиков, стенд, представленный на рисунке 3.2, предназначен для обучения студентов принципам проектирования и выполнения пуско–наладочных работ систем управления электроприводами поточных линий, выполненных на основе ПЛК.

Данный стенд в отличии от предыдущего укомплектован дополнительными исполнительными механизмами, устаревшим модулем релейного вывода и более продвинутой, но в данный момент снятой с производства панелью оператора СП 207.

Преимуществом данного стенда относительно предыдущего является более развитая система периферии дискретного типа. Крупным недостатком данного стенда в целях изучения студентами возможностей ПЛК и HMI–панели являются предустановленная программа работы в ПЛК и панели оператора, отсутствие открытой для коммутации обучающимися периферийной части, отсутствие разводки большинства периферий доступных в ПЛК.

pic3

Рисунок 3.3 – Промышленный стенд автоматизации ПА–ОВЕН3–МН производства УЧТЕХ

Представленный на рисунке 3.3 стенд предназначен для проведения лабораторных работ студентами специальностей, связанных с АСУ и для проведения практических работ в учебных центрах повышения квалификации.

Преимуществом данного стенда по сравнению с предыдущими являются наличие полной разводки интерфейсов ПЛК, возможность коммутации студентами требуемых схем, но и недостатков данный стенд не лишен. К таковым можно отнести ограниченное производителем количество лабораторных работ доступных для выполнения, неэффективное конструктивное исполнение.

4. Обоснование принятого направления

В ходе проведенного анализа существующих стендов на базе данной конфигурации, был выявлен ряд недостатков, таких как: отсутствие мобильности в существующих аналогах, неполная разводка существующих интерфейсов или отсутствие таковой для некоторых интерфейсов, ограничение разработчиками количества выполняемых задач.

Как следствие данные недостатки повлекли за собой невозможность изучения всех заложенных возможностей используемого оборудования. В ходе анализа были сформулированы цели создания новой обучающей системы, а также выдвинуты основные требования функциональности, безопасности, надежности, а также темы лабораторных, которые могут быть изучены на основании разрабатываемого стенда.

В качестве основных требований к системе были выделены следующие:

Исходя из поставленных требований составим набросок макета разрабатываемого стенда.

picG

Рисунок 4.1 – Набросок макета стенда
(анимация:6 кадров,5 циклов, 144 килобайт)

5. Методика решения задачи и текущие результаты

ВТак как среди требований к создаваемому стенду были выдвинуты высокая мобильность, полная разводка всех доступных интерфейсов и наличие средств взаимодействия, то в качестве концепции построения рационально выбрать псевдо-модульную систему.

Данная система позволяет организовать взаимодействие с каждым отдельным элементом стенда – блоком. Также данная концепция позволяет разделить рабочую площадь на две независимые половины – интерфейсы ПЛК (рис.5.1) и HMI (рис.5.2).

Необходимо выделить в качестве основных концептуальных требований к разрабатываемому стенду то, что у пользователей должна быть возможность производить необходимые коммутации собственноручно и то, что для использования всех доступных возможностей ПЛК и ИП 320 должны быть предусмотрены стандартные простые средства взаимодействия со всеми существующими интерфейсами.

pic4

Рисунок 5.1 – Половина рабочей площади стенда с интерфейсами ПЛК

pic5

Рисунок 5.2 – Половина рабочей площади стенда с интерфейсами HMI

Все подключение на лицевой панели выполнены при помощи клемм JS–910B–1, а на боковых – DB9F. Каждое подключение, расположенное на лицевой панели, состоит из 2–3 клемм в зависимости от типа подключения, но некоторые, такое как 24 В имеет просто дублирование пар.

На боковой панели расположены интерфейсы:

1) RS–485 – дублирует общее для стенда подключение по интерфейсу RS–485;

2) Ethernet – представляет собой одноименный интерфейс расположенный на ПЛК 150;

3) ИП 320 – интерфейс RS–232 для программирования панели ИП320. Доступ возможен только после перевода тумблера в положение «П»;

4) ПЛК 150 – интерфейс RS–232 для программирования и отладки программы на ПЛК 150.

Так как ИП 320 для смены режима программирования и работы требует не только смены интерфейсов, но и переключение питания для этого на боковой панели предусмотрен трехпозиционный тумблер промышленного типа с нулевым положением (рис.5.3). Положение Р подключает ИП 320 по интерфейсу RS 485 к общей шине стенда для работы, 0 – отключает интерфейсы и питание от панели, П – подключение питания и интерфейса RS–232 для программирования.

pic6

Рисунок 5.3 – Боковая панель интерфейсов и их коммутации

На боковой панели с питанием предусмотрены стандартная компьютерная розетка типа папа, тубулярным выключателем для коммутации питания и предохранителем, а также предохранитель для 24 В (рис. 5.4).

pic7

Рисунок 5.4 – Боковая панель питания на стенде

На половине, представленной на рисунке 5.1, произведена полная разводка доступных интерфейсов и разделение их на блоки:

1) RS–485;

2) Блок аналоговых выходов;

3) Блок аналоговых входов;

4) Блок дискретных входов;

5) Блок дискретных выходов;

6) Блок питания 24 В.

Все блоки интерфейсов, которые относятся к интерфейсу ПЛК полностью дублируют визуальное оформление расположенное на скрытой под передней панелью частью ПЛК.

Половину HMI (рис.5.2) можно разделить на две части – коммутации и взаимодействия. На части взаимодействия расположены:

1) 6 световых индикаторов промышленного исполнения разного цвета;

2) 6 кнопок без фиксации промышленного исполнения;

3) 6 тумблеров на два положения с фиксацией;

4) 4 потенциометра для управления задатчиками 0...10 В и 4..20 мА.

На части коммутации расположены разделенные на блоки клеммы с соответствующими обозначениями дополнительных параметров.

Выводы

В качестве объекта разработки была выбран стенд АСУ на базе связки ПКЛ 150–ИП 320.

Анализ существующих решений, а также требований, которые мы выдвигаем к разрабатываемому стенду позволил создать и воплотить концепцию стенда в реальности.

С помощью практического опыта удалось выдвинуть, структурировать и воплотить разрабатываемое устройство.

При написании данного реферата магистерская еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2019 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Проектирование средств автоматизации в Санкт–Петербурге и Ленинградской области [Электронный ресурс] URL:https://elektro-78.ru....
  2. Учебный лабораторный стенд [Электронный ресурс] URL:https://owen.ru....
  3. Промышленная автоматика ОВЕН - 3. Исполнение моноблочное с ноутбуком.ПА-ОВЕН-3-МН [Электронный ресурс] URL:http://www.uralstend.ru....