презентация лабораторных работ. часть 1

Б.К. Курбатов

Автоматизированные
информационноуправляющие системы

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

Автоматизированные информационно-управляющие системы

.

Лабораторный практикум
(SCADA-система Trace Mode)
•

Лабораторная работа №1

•


•


•


Лабораторный практикум
Курбатов Б.К.

КГТУ (КАИ), кафедра АСОИУ

2


.


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

Описание ОУ и создание экранной формы


3


.

Основные понятия

 ТРЕЙС МОУД

 Проект
 Узел

 Редактор базы каналов (РБК)
 FBD-программа

 Редактор представления данных (РПД)
 Элементы рисования (статические и динамические)


4


.

Схема автоматизации ОУ – технологической операции
неполного обезвоживания нефтепродукта



5


.

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


6


.

Выходная информация

1) текущее значение МФУ L;
2) F2,F3 – значения расходов по потреблению воды и
нефти. Информация, выводимая на дисплей

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.


7


.

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.


8


.

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.


9


.

Порядок выполнения работы

1) Запустить Редактор Базы Каналов (РБК)
(ПУСК ПРОГРАММЫTRACEMODEРедакторБазыКаналов)
2) Создать новый проект с именем Фамилия_№группы

3) Создать узел проекта (команда «Создать» меню «Узел») с
именем Otstoynik и типом «Средний»



10


.


4) Создать базу каналов двойным щелчком левой кнопки
(ЛК) на изображении узла в рабочем поле РБК.



11


.


5) Создать новый канал с именем Al_pritok
(аналоговый (Al) канал будет содержать значение
переменной F1)
6) Установить начальное значение переменной F1=0,02
м³сек (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


12


.


Имя канала

Физическая интерпретация

Al_pritok

Капелька сырой нефти в м³сек

Al_kob

Доля воды в сырой нефти(безразмерная или в %)



13


.


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


14


.


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»).



15


.


16) Создать следующее изображение для окна «буллит».



16


.

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?


17


.


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.

Формирование расхода по притоку


18


.

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;



19


.

Предварительные сведения

Объемы воды В и нефти Н2, остающихся в отстойнике
определяются по формулам:
VВОТ =(F1В * В1 - F2)(t-t0 ) для t t 0
VНОТ =(F1Н * В1-F3) (t-t0), для t 0 t t НАП
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

1, включен
0, выключен



20


.


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.



21


.


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.



22


.


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.



23


.

FBD-программа СУММАТОР

Блок

Входы, выходы

Тип

Комментарий

* (Умножение)

IN1
IN2
IN2
AS
SUM

Аргумент
Аргумент
Аргумент
Аргумент
Аргумент

приток_F1
коэфф. обвод коб
Сост. вент.В1
Потребление F2
Объем воды

- (Разность)
+2 (Сложение)



24


.


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 ( )


25


.



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



26


.


8) Загрузить свой проект в редактор представления
данных (РПД).
9) Добавить в группу «ѐмкости» экран «Параметры»
(ширина 300, высота 200)
-

объект – БАЗА;
канал – Al_Pritok
атрибут - реальное

«Посылка значения»  «Посылка в канал»
«Ввод и посылка»
объект – БАЗА;
канал – Al_Pritok
атрибут - входное


27


.


10) Дополнить экран «буллит». Связать графические
элементы с атрибутами соответствующих каналов.
Выполнить тестирование созданного GUI в режиме
ЭМУЛЯЦИЯ ( );



28


.


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 FBDпрограмме 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?


29


.


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.

Формирование межфазного уровня


30


.

Поперечное сечение буллита отстойника

D – диаметр буллита, O – центр сечения
AB – межфазный уровень (МФУ)
L – значение МФУ (L=EC), OC=D/2


31


.

Определение значения МФУ

Длина буллита l

4VO
D2

D2
(
8

Площадь сегмента AEBCA S СЕГ
Объем осажденной воды l S СЕГ

VВОТ
(

l S СЕГ
sin )

4VO D 2
(
2
D 8

VO
или (F1B*B1 - F2)t = (
2

a (F1B*B1 - F2)t, где a

EC=OC-OE=

D
2

D
cos
2
2

sin )

D
(1 cos )
2
2

sin )

VO
(
2

sin )

sin ) или

2
VO


L

D
(1 cos )
2
2



32


.

Построение градуировочной таблицы

2L
D

D
(1 cos )
2
2

L

1 cos

2 arccos(
1

2

2L
)
D

Алгоритм определения МФУ с использованием
градуировочной таблицы

Vвот

(

sin )

2L
(интерполяция)
D

L

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


33


.

Интерполяция первого и второго порядков

i-ая колонка градуировочной таблицы описывает i-ый узел
интерполяции

2L
D

2L
D

2L
( ) i , если (
D

(

2L
)i
D

(

sin ) i

sin ) (
(

(

sin )

sin ) i

sin ) i

1

(

(

sin ) i

1

2L
2L
( )i 1 ( )i
D
D
sin ) i



34


.


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


35


.


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 (
sin )
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.


36


.

FBD-программа Interpol

Блок

Входы, выходы

Тип


In1
In2
Sel
In2
Mul

Аргумент
Константа
Константа
Константа
Аргумент

LINTR

Значение


Al_Volume
0.0314159
0
1.7

Al_Uroven



37


.


5) В директории проекта создать файл itabl.cfg, в который
занести значения градуировочной таблицы:
QTABL=1
TABL00=21
0
0
0.12 0.1
….
X
Y
…
6.28
2.0

Количество таблиц
Число узлов в таблице



38


.


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).


39


.


9) Разместить ФО как показано на рисунке



40


.


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


41


.


Тема: Программирование регулятора МФУ и
формирование расходов F2 и F3
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).
Программирование регулятора МФУ


42


.

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).


43

Ui


.

Трехпозиционное регулирование

Ui

1, если L - L0 eps
0, если - eps L0 - L eps
1, если L - L0
eps

где eps – зона нечувствительности регулятора;
U – выходной сигнал регулятора:
U=1 – «БОЛЬШЕ»
U=-1 – «МЕНЬШЕ»


44


.

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


45


.

Качество регулирования МФУ

Время хода плунжера на i – м шаге
i
tx

i
t x 1 U i t , i = 0, 1, 2, 3…,



46


.


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


47


.

Блок-схема алгоритма регулятора МФУ

3 - вычисление Ui
4 - вычисление время хода плунжера
5 - вычисление величины хода
плунжера
6 - вычисление F2



48


.


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.


49


.


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.


50


.

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



51


.


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.


52


.

Экраны «График» и «Настройки регулятора»



53


.


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.


54

презентация лабораторных работ. часть 1

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to презентация лабораторных работ. часть 1

Similar to презентация лабораторных работ. часть 1 (20)

More from student_kai

More from student_kai (20)

презентация лабораторных работ. часть 1