TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Řízení tepelné soustavy pomocí PLC

Bakalářský projekt Závěrečná zpráva

Jan Beran

Liberec

2011

Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, KTERÝ JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY


TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní program: Elektrotechnika a Informatika Studijní obor: Elektronické informační a řídicí systémy


Bakalářský Projekt

Autor:

Jan Beran

Vedoucí práce: Ing. Petr Školník, Ph.D

V Liberci 21. 5. 2011

2


Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Ústav řízení systémů a spolehlivosti

Zadání projektu / bakalářské / diplomové práce Příjmení a jméno studenta, (osobní číslo - nepovinné)

Beran Jan

Datum zadání práce Plánované datum odevzdání Rozsah grafických prací

Dle potřeby dokumentace

Rozsah průvodní zprávy

cca 20 stran Řízení tepelné soustavy pomocí PLC

Název práce (česky)

Název práce (anglicky) Zásady pro vypracování BP/DP (text nijak neformátujte, pouze očíslujte jednotlivé body a každý bod uveďte jako nový odstavec: 1. Seznamte se s řídicím systémem AMiT AMiNi4DS, popis možností číslicových a analogových I/O, možnosti archivace dat, možnosti komunikace s PC a možnosti síťové komunikace. 2. Navrhněte a realizujte propojení systému AMiT s danou tepelnou soustavou. 3. Vytvořte a zprovozněte program pro řízení systému, který bude obsluhovat tepelnou soustavu v požadovaných parametrech. 4. Ověřte možnosti řídicího systému (archivace dat, časový program, atd.) Seznam odborné literatury (text nijak neformátujte, pouze každou položku uveďte jako nový odstavec): [1] AMiT - řídicí systémy a elektronika pro průmyslovou automatizaci [online]. 2010 [cit. 2010-09-21]. AMiT. Dostupné z WWW: . Vedoucí BP/DP

.

Konzultant BP/DP (u externích pracovníků uveďte plný název pracoviště – firmy)

-

3


Abstrakt Cílem tohoto projektu je zpracovat zprávu o řešení a seznámení se s řízením tepelné soustavy za pomoci PLC. Předmětem zprávy je úvod do základní hardwarové znalosti a programování PLC od firmy AMiT. Konkrétně se zabývá tvorbou programu na řízení tepelné soustavy a poté jeho aplikací na reálný model tepelné soustavy. V první kapitole je fyzicky popsáno PLC AMiNi4DS, které bylo použito pro řešení této úlohy. Jsou zde popsány především vstupy, výstupy a technické parametry. Druhá kapitola se zabývá základy programování PLC AMiNi4DS. Zejména tvorbou proměnných, zapisováním na vstupy a výstupy a také využitím doplňkových funkcí, které byly během řešení použity. Ve třetí kapitole je uveden popis, který se hlavně týká komponent, ze kterých je model tepelné soustavy složen. Čtvrtá kapitola je věnována již samotnému řešení. Zabývá se nejen propojením PLC a modelu soustavy, ale také již konkrétnímu programovému řešení, které se týká jak vstupů a výstupů, tak také i regulaci samotné tepelné soustavy.

4


Obsah Abstrakt .........................................................................................................................................................4 Obsah.............................................................................................................................................................5 Úvod ..............................................................................................................................................................6 1.

2.

AMiNi4DS ............................................................................................................................................6 1.1

Základní technické parametry .......................................................................................................7

1.2

Rozmístění konektorů a svorek .....................................................................................................8

DetStudio a základy programování .......................................................................................................8 2.1

Základní nastavení projektu ..........................................................................................................9

2.2

Databáze ........................................................................................................................................9

2.3

Procesy ........................................................................................................................................10

2.4

Programování vstupů a výstupů ..................................................................................................10

2.4.1

Číslicové vstupy ..................................................................................................................10

2.4.2

Číslicové výstupy ................................................................................................................11

2.4.3

Analogové vstupy ................................................................................................................11

2.4.4

Analogové výstupy ..............................................................................................................11

2.5

Rozšiřující funkce........................................................................................................................11

2.6

Programování obrazovek .............................................................................................................12

3.

Popis modelu tepelné soustavy............................................................................................................13

4.

Realizace propojení a programové řešení AMiNi4DS s modelem tepelné soustavy ..........................14 4.1

Propojení AMiNi4DS s modelem tepelné soustavy ....................................................................14

4.2

Analogové vstupy a výstupy .......................................................................................................15

4.3

Digitální výstupy .........................................................................................................................15

4.4

Regulace modelu tepelné soustavy..............................................................................................16

4.5

Obrazovky ...................................................................................................................................17

Závěr............................................................................................................................................................19 Seznam použité literatury ............................................................................................................................20 Příloha č. 1 – popis komponent modelu tepelné soustavy...........................................................................21 Příloha č. 2 – přehled vytvořených obrazovek ............................................................................................22

5


Úvod PLC, neboli programovatelný logický automat, je relativně malý průmyslový počítač používaný pro automatizaci procesů v reálném čase. Dříve se používal výhradně pro řízení strojů nebo výrobních linek v továrně. Postupem času se díky modernějším technologiím a zmenšováním jejich rozměrů, začali používat nejen pro řízení továrních linek a strojů, ale také pro řízení menších strojů, jako například kotle nebo některá spotřební elektronika. Dalším využitím je například řízení tzv. inteligentních domů, kde jsou v dnešní době možnosti řídit téměř, a tento trend se stává více populárnějším. PLC automaty jsou odlišné od běžných počítačů nejen tím, že zpracovávají program cyklicky ale i tím, že jejich periferie jsou přímo uzpůsobeny pro napojení na technologické procesy. Převážnou část periferií v tomto případě tvoří digitální vstupy (DI) a digitální výstupy (DO). Pro další zpracování signálů a napojení na technologii jsou určeny analogové vstupy (AI) a analogové výstupy (AO) pro zpracování spojitých signálů. S rozvojem automatizace v průmyslu jsou používány i další moduly periferních jednotek připojitelných k PLC, které jsou nazývány funkčními moduly (FM). Například pro polohování, komunikačními procesory (CP) pro sběr a přenos dat a další specifické moduly podle výrobce konkrétního systému.

1. AMiNi4DS AMiNi4DS je volně programovatelný automat, který je vhodný pro komplexní autonomní řízení a ovládání malých soustav, strojů či zařízení. Především se používá na rozsáhlé distribuované systémy měření a regulace, řízení jednoduchých strojů a zařízení, automatizaci budov, inteligentních domů a na monitoring a archivaci měřených dat.

6


1.1 Základní technické parametry Tab. 1: Přehled základních technických parametrů CPU

ST10F269

Paměť Flash

256 + 1024 KB

Paměť RAM (zálohovaná)

1024 KB

EEPROM

2 KB

Zálohování RAM

Lithiová baterie Panasonic, 5 let

Vstupy

8 × Digitálná + 8 × Analogové

Číslicové vstupy

24 V ss./stř.

Analogové vstupy

0 .. 5 V / 0 .. 10 V / 0 .. 20 mA / Ni1000 / Pt1000

Výstupy

8 × Digitální + 4 × Analogové

Číslicové výstupy

24 V/0,3 A ss.

Analogové výstupy

0 .. 10 V (max. 10 mA)

Komunikace Sériový komunikační kanál

1 × RS232 (RJ45), dle EIA-561 1 × RS485 (Konektory WAGO)

Ethernet

1 × 10 Mbps, RJ45, dle IEEE802.3

Napájení

24 V ss. ±20 %

Odběr (bez výstupů)

Max. 200 mA při 24 V ss.

Ostatní Displej

Grafický, 122 × 32 bodů

Klávesnice

8 tlačítek

Pracovní teplota

0 .. 50 °C

Maximální vlhkost okolí

< 95 % nekondenzující

Montáž

DIN lišta 35 mm

Hmotnost

500 g

Rozměry (š × v × h)

160 × 98 × 74 mm

7


1.2 Rozmístění konektorů a svorek Propojkami, které jsou u analogových vstupů, se nastavuje typ vstupu. Vstupy je možné nezávisle konfigurovat pro rozsahy 0 - 5 V, 0 - 10 V a 0 - 20 mA nebo pro přímé připojení čidel Ni1000 / Pt1000.

Obr. 1: Rozmístění a popis konektorů a svorek

2. DetStudio a základy programování DetStudio je návrhové prostředí, které je určeno pro tvorbu uživatelských aplikací pro všechny standardní řídicí systémy firmy AMiT. V tomto vývojovém prostředí lze vytvořit vlastní aplikaci, navrhnout a odsimulovat vzhled obrazovek zobrazovačů řídicích systémů, definovat chybová hlášení, on-line ladit běžící aplikaci nebo i vytvořit dokumentaci vytvořeného programu ve formě HTML.

8


2.1 Základní nastavení projektu Jedna z prvních položek, které je potřeba nastavit před začátkem tvorby programu, je typ stanice. Dále je zde možné vyplnit údaje o autorovi, projektu nebo stručný popis. V další položce se nastavuje tzv. ID1 a ID2. To jsou řetězce, které řídicí systém „vrátí“ po dotazu na identifikaci, která vždy probíhá nahráním programu do řídicího systému. Takto lze jednoduše zjistit, jestli je řídící sytém správně připojen. Jako další je potřeba, zda se řídicí systém bude chovat jako pasivní nebo aktivní stanice. V případě pasivní stanice řídicí systém nekomunikuje s ostatními systémy. Pokud bude jako aktivní stanice, tak může komunikovat s ostatními systému na principu MASTER a SLAVE. Jako poslední položku, kterou je potřeba nastavit, je komunikace. Zde se musí nastavit komunikační port, obvykle COM, adresa stanice (1 - 31), způsob komunikace (RS232, ethernet…) a komunikační rychlost (9600 – 115200 Bd).

2.2 Databáze Databáze se skládá z proměnných a aliasů. Při zaklání proměnných, je potřeba nastavit její jméno, typ, WID a popřípadě popis a inicializační hodnotu (viz Obr. 2). Jméno proměnné se píše bez diakritiky, tedy bez háčků a čárek, a mezery se nahrazují podtržítkem.

Obr. 2: Okno s definicí proměnné Typem proměnné se myslí datový typ. Může nabývat hodnot Integer (I), Long (L) a Float(F), MI[x,y] (matice typu I), ML[x,y] (matice typu L) a MF[x,y] (matice typu F), kde x a y jsou rozměry matice. Důležitý je WID, číselný indikátor v rozsahu 0 – 65500. Toto číslo je používáno při přístupu k proměnné a musí být jedinečné v celé aplikaci (tedy i v síti řídicích systému). Přidělování WID řeší DetStudio automaticky a nedoporučuje se jej editovat (až na vyjímečné případy). Každý WID je sestaven z čísla řídicího systému na síti DB-Net a pořadového čísla proměnné v konkrétním řídicím systému. Tak je zajištěno, aby nedocházelo ke kolizím identifikátoru WID v aplikaci. Do pole Init lze zadat hodnotu proměnné, kterou bude nabývat při spuštění programu. U celočíselných proměnných typu I (MI) / L (ML) je možnost přistupovat k nim i jako k bitovým proměnným. Každá může nabývat 16 / 32 hodnot TRUE / FALSE. Bity jsou pak identifikovány jménem proměnné a číslem bitu (jméno.číslo). Jednotlivým bitům lze pak také přiřadit jméno a poté se na ně přímo odkazovat. K tomu slouží tzv. Alias. Tento Alias pak nahrazuje odkaz pomocí jména proměnné a čísla bitu: Alias = jméno.číslo V programu se Alias pozná podle znaku @, který má před svým jménem.

9


2.3 Procesy Činnost řídicího systému probíhá sekvenčně a je rozdělena do tzv. procesů. Každý proces obsahuje část programu, která může pracovat samostatně a nezávisle na ostatních procesech. Jsou tři typy procesů: • • •

Proces LA – pracuje s vrcholem zásobníku Proces RS – pracuje s reléovými schématy Proces ST – pracuje s klasickým strukturovaným textem

Velikou výhodou je, že jak proces ST nebo RS, má již předdefinované moduly a reléová schémata, která stačí jen do programu vložit a doplnit je o proměnné, aliasy nebo jen o nějaké parametry, takže zde odpadá problém s tím, abychom si některé složité bloky programu museli sami programovat.

2.4 Programování vstupů a výstupů 2.4.1 Číslicové vstupy Řídicí systém AMiNi4DS má 8 číslicových vstupů, které se značí DI.0 – DI.7, které lze použít pro stejnosměrný i střídavý signál. Vyhodnocení záleží na programu. Načíst hodnotu ze vstupů lze provést dvěma způsoby. Můžeme načíst všech 8 číslicových vstupů najednou: DigIn

#0,DigVstup,0x0000

kde: DigIn – modul načítání číslicových vsupů #0 – číslo logického kanálu DigVstup – proměnná, do které se hodnota bude zapisovat 0x0000 – příznak negace Nebo můžeme načíst pouze 1 číslicový vstup, tedy 1 bit: BinIn

#0.1,0,VstupX.1

kde:

BinIn – modul načítání 1 číslicového vstupu #0.1 – číslo bitu logického kanálu 0 – negace bitu (1 = negace) VstupX.1 – proměnná, nebo alias do kterého se hodnota zapisuje

10


2.4.2 Číslicové výstupy Číslicových výstupů je zde opět 8 a značí se DO.0 – DO.7. Možnosti programového řešení jsou stejné jako u číslicových vstupů. Rozdíl je v použitém modulu. Jen se nahradí DigIn DigOut a BinIn BinOut. Důležitou poznámkou, kterou uvádí výrobce, je, že pro správnou funkci číslicových vstupů a výstupů je potřeba připojit svorky E+24V a EGND na zdroj napětí.

2.4.3 Analogové vstupy Řídicí systém AMiNi4DS má 8 analogových vstupů, které se značí AI.0 – AI.7. Pomocí konfiguračních propojek, které jsou umístěny hned u analogových vstupů, lze daný analogový vstup konfigurovat pro rozsahy 0 - 5 V, 0 - 10 V, 0 - 20 mA nebo pro přímé připojení čidla Ni1000, Pt1000. Pokud nemáme připojené čidlo, tak se analogové vstupy načítají pomocí modulu AnIn: AnIn

#AI00_0, Value, Rozsah, Elmin, Elmax, Fyzmin, Fyzmax

kde: AnIn – modul načítání analogového vstupu #AI00_0 – číslo analogového vstupu Value – proměnná, do které se hodnota zapisuje Rozsah – rozsah elektrické veličiny (pro 0 – 5V je Rozsah = 5) Elmin – minimální hodnota elektrické veličiny Elmax – maximální hodnota elektrické veličiny Fyzmin – minimální hodnota fyzikální veličiny, které je minimální hodnota elektrické veličiny úměrná Fyzmax - maximální hodnota fyzikální veličiny, které je maximální hodnota elektrické veličiny úměrná Pokud máme přímo připojené čidlo typu Ni1000 nebo Pt1000, použijeme modul Ni1000: Ni1000

#AI00_0, TEPLOTA, 6180

kde: Ni1000 – modul načítání hodnoty analogového vstupu TEPLOTA – proměnná, do které se hodnota zapisuje 6180 – citlivost snímače [ppm] (5000 / 6180)

2.4.4 Analogové výstupy Analogové výstupy jsou pouze 4, jejichž výstupní rozsah napětí je 0 – 10V. Značí se AO.0 – AO.3. Programují se stejně jako analogové vstupy, jen se místo modulu AnIn použije modu AnOut.

2.5 Rozšiřující funkce Mezi nejdůležitější rozšiřující funkce můžeme zařadit programovou archivaci hodnot, provozní deník, správce dat nebo správce archívů. Pomocí archivace hodnot můžeme přímo definovat archívy, které poté můžeme vyčítat, ukládat a následně zpracovávat v počítači. Archívy se ukládají zálohované paměti RAM řídicího sytému. Pro práci s archívy slouží moduly SyncArch a SyncMark, přičemž modul SyncMark se využívá ke generování tzv. časových značek pro modul SyncArch, který ukládá nastavené hodnoty do předem definovaných matic. Časovou značku si můžeme libovolně nadefinovat na základě časové jednotky (sekundy, hodiny až měsíce) a čase, kdy se archivace provede. Například lze nastavit synchronizace na každou hodinu, nebo na každý třetí den o libovolném čase.

11


Další užitečnou funkcí je provozní deník. Ten obsahuje chybová a jiná hlášení, které se týkají samotného provozu řídicího systému. Provozní deník je dvojího typu. Systémový, který je možné prohlížet pouze na terminálu, který je připojen k řídicímu sytému a má hloubku 50 - ti hlášení. Druhý je aplikační, který je přístupný přes počítač a je možné ho zpracovávat i jinými programy. Jeho hloubka je omezena pouze velikostí volné paměti řídicího sytému. K vytvoření je potřeba založit 2 proměnné o speciálním WIDu xx900 a xx901, kde xx je číslo stanice. Proměnná o WIDu xx900 musí být typu Integer a louží jako index hlášení. Druhá proměnná o WIDu xx901 je matice typu Integer do které se zapisují hlášení. Správce dat slouží pro uchování aktuálních hodnot proměnných v řídicím systému. Načtená data se ukládají do samostatných souborů s příponou .psps. Dále je umožněno jejich prohlížení ve formě přehledných výpisů, uložení inicializačních hodnot do otevřeného projektu nebo také možnost porovnání dat ve dvou souborech nebo s aktuálním stavem proměnných v řídicím systému. Správce archívů slouží pro načítání, prohlížení, export a analýzu dat časových archívů a provozních deníků přímo v prostředí DetStudia. Načtená data se ukládají do souboru s příponou .pspa.

2.6 Programování obrazovek Další z užitečných možností je programování obrazovek. Lze zde vytvářet obrazovky, které mohou obsahovat pouze informace o aktuálním stavu, obrazovky typu login, menu a mnoho dalších. Pomocí velkého množství funkcí lze i provázat program s ovládáním přímo na řídicím systému a přes něj měnit hodnoty proměnných, spouštět různé bloky programu atd. Tvorba obrazovek je na principu vkládání a editování jednotlivých prvků.

12


3. Popis modelu tepelné soustavy Model tepelné soustavy je založen na principu přenosu tepla pomocí teplonosného média prostřednictvím potrubního systému. Reálné vyobrazení je uvedeno v příloze A. Blokové schéma modelu tepelné soustavy je uvedeno na Obr. 3.

Obr. 3: Schéma modelu tepelné soustavy

Teplonosné médium, v tomto případě voda, je transportováno pomocí spojitě regulovatelného čerpadla (6) do průtokového ohřívače (1) o výkonu 750W. Teplota vody vystupující z ohřívače je měřena platinovým teploměrem (Pt1000) T1. Ohřátá voda dále vstupuje do tepelně izolované měděné potrubní cívky (2) dlouhé 15m. Zde vzniká v závislosti na zvolených otáčkách čerpadla dopravní zpoždění v rozmezí 50 – 200s. Spotřebič tepelné energie představuje výměník tepla typu voda/vzduch (3), který předává tepelnou energii do okolního prostředí. Úroveň spotřeby tepla lze nastavit pomocí dvou regulovatelných ventilátorů (4, 5). Ventilátor 1 (5) lze ovládat pouze dvoustavově (zapnuto / vypnuto), ventilátor 2 (4) je řízen spojitě. Teplota vody vstupující do výměníku a vystupující z výměníku je měřena teploměry T2 a T3. Z výměníku se voda vrací zpět do čerpadla a celý koloběh se opakuje. Model tepelné soustavy je potřeba ovládat 2 digitálními vstupy, kterými je ovládán průtokový ohřívač (1) a ventilátor (5). Dále jsou potřeba 2 analogové vstupy na ovládání ventilátoru (4) a čerpadla (6). Potřeba jsou také 3 analogové výstupy pro sledování naměřené teploty z teploměrů T1, T2 a T3.

13


4. Realizace propojení a programové řešení AMiNi4DS s modelem tepelné soustavy 4.1 Propojení AMiNi4DS s modelem tepelné soustavy Protože model tepelné soustavy má na výstupu konektor typu CANON 25 a u AMiNi4DS se vstupy a výstupy propojují pomocí propojovacích kabelů, bylo propojení realizováno pomocí speciální svorkovnice a k ní připojeného signálového konektoru CANON 25 (viz Obr. 4, Obr. 4 je pouze ilustrační, jednotka CTRL V3 nebyla použita). AMiNi4DS bylo propojeno se svorkovnicí pomocí propojovacích kabelů a model byl připojen pomocí konektoru CANON 25.

Obr. 4: Svorkovnice s modulem CTRL V3 Propojení bylo realizováno pomocí 8 aktivních vstupů a výstupů (viz Tab. 2). Tab. 2: Zapojení pinů a konektoru svorkovnice (ze strany modelu) Pin

Signál konektoru

Směr

Signál svorkovnice

Napěťová úroveň

11

Měřená veličina y1

výstup

I2

0 - 10V

12


výstup

I1

0 - 10V

13


výstup

I0

0 - 10V

17

GND

----

S2

0V

19

Ventilátor 2

vstup

N0

0 - 10V

20

Čerpadlo

vstup

N1

0 - 10V

23

Ventilátor 1

vstup

0V

TTL

24

Topení

vstup

0V

TTL

14


4.2 Analogové vstupy a výstupy K řízení modelu tepelné soustavy jsou zapotřebí 3 analogové vstupy, na snímání teplot z teplotních čidel, které model obsahuje a 2 analogové výstupy, pomocí kterých se řídí ventilátor 2 a čerpadlo. Pro měřené hodnoty teplot byly založeny následující proměnné: y1 – měřená teplota z čidla y1 y2 – měřená teplota z čidla y2 y3 – měřená teplota z čidla y3 Všechny 3 proměnné jsou typu Float, aby se docílilo vyšší přesnosti měřené hodnoty. Načítání měřených teplot se provádělo pomocí modulu AnIn (viz. Obr. 5): AnIn #AI00_0, y1, 10.000, 0.000, 10.000, 0.000, 100.000 Převodníky, které jsou umístěné v modelu tepelné soustavy, převádí hodnoty odporu teplotních čidel, které jsou úměrné teplotám měřeného média, na napětí v rozsahu 0 – 10V. Toto napětí odpovídá hodnotám 0 – 100°C. Výše zmíněný kód načítá úroveň napětí od 0 -10V ze svorky AI.0, kde je zapojené teplotní čidlo y1. Hodnota napětí se převede na rozsah 0 – 100°C. Tato hodnota se zapíše do proměnné y1. Stejný kód se použije i pro zbylá 2 teplotní čidla, y2 a y3. Pro ovládání ventilátoru 2 a čerpadla byly založeny tyto proměnné: AO_1 - Řídicí napětí ventilátor2 (Obraz analogového výstupu 1) AO_2 - Řídicí napětí čerpadlo (Obraz analogového výstupu 0) Obě proměnné jsou opět typu FLoat, šlo by zde ale i využít proměnné typu Integer. K řízení byl využit modul AnOut (viz. Obr. 5): AnOut #AO00_0, AO_1, 10.000, 0.000, 10.000, 0.000, 100.000 AnOut #AO00_1, AO_2, 10.000, 0.000, 10.000, 0.000, 100.000 Tento modul pracuje naopak. Převádí procentuální hodnotu výkonu, 0 – 100%, která je obsažena v proměnných AO_1 a AO_2, na úroveň napětí v rozsahu 0 – 10V, které je zapisováno na analogové výstupy, a tím řídí ventilátor 2 a čerpadlo.

4.3 Digitální výstupy Digitální výstupy jsou zde zapotřebí k ovládání funkce topení a ventilátoru 1. Možnosti, jak ovládat digitální výstupy, jsou 2. První je pomoci modulu DigOut. Pro práci s tímto modulem bylo potřeba založit následující proměnnou: ovladani – proměnná k řízení topení a ventilátoru 1 Tato proměnná je typu Integer, a jak již bylo zmíněno, lze k ní přistupovat i jako k bitové proměnné, která má 32 bitů. 1 bit by složil pro ovládání topení, a druhý pro ventilátor1. Použití modulu DigOu (viz. Obr. 5)t: DigOut ovladani, #0, 0x0000 Modul DigOut zapisuje všechny hodnoty bitů proměnné na jejich příslušné digitální výstupy. Takto se stane při jakékoli změně proměnné. V tomto případě se na digitálních výstupech logického kanálu #0 vypíše hodnota proměnné ovladani, která nebude nijak negována. Pokud je potřeba zapsat hodnotu jen 1 bitu určité proměnné na 1 digitální výstup, tak se používá modul BinOut . Pro jeho použití nelze použít standardní proměnnou. Musí se vytvořit tzv. alias, který obsahuje pouze hodnotu 1 bitu 1 proměnné. Pro ovládání topení a ventilátoru 1 byly vytvořeny tyto aliasy: @topeni – bit ovládání topení @vent – bit pro spouštění ventilátoru 1

15


Použití modulu BinOut je téměř stejné jako u modulu DigOut, jen se nahradí jméno modulu, a místo proměnné se použije alias a prohodí se pořadí čísla logického kanálu a negace (viz. Obr. 5): BinOut @vent, 0x0000, #0.1 BinOut @topeni, 0x0000, #0.0 Číslo logického kanálu se zde uvádí i s číslem konkrétního digitálního výstupu, na který se má hodnota aliasu zapsat.

Obr. 5: Blok programu ovládající vstupy a výstpy

4.4 Regulace modelu tepelné soustavy K regulaci modelu tepelné soustavy slouží 2 regulační obvody (viz. Obr. 6). První, na základě porovnání žádané hodnoty teploty y2 a velikosti skutečné teploty z teplotního čidla y2, které je umístěno před výměníkem a symbolizuje teplotu kapaliny vstupující například do radiátoru nebo bojleru, spíná topení. Tento obvod je tvořen pomocí funkce If . Druhý regulační obvod řídí počet otáček na ventilátoru 2, a tím i tepelnou ztrátu teplonosného média, vody. Zde je regulace prováděna PID regulátorem, který na základě rozdílu skutečné teploty na teplotním čidle y3,které měří teplotu vody vycházející z výměníku, a žádané hodnoty teploty y3 upravuje akční zásah, který je pak převáděn na elektrické napětí, kterým je ventilátor 2 řízen. Velikou výhodou je, že DetStudio má již bloky, jako je PID regulátor, předdefinované a stačí pouze vytvořit proměnné s parametry regulátoru a přiřadit je, což nám práci velice zrychlí a zjednoduší.

16


Obr. 6: Reléové schéma regulačních obvodů Součástí regulace je i možnost automatické nebo manuální regulace. Možnost výběru je realizována pomocí funkce If , která sleduje hodnotu aliasu @manualni a na základě hodnoty TRUE / FALSE vyhodnocuje režim regulace. Automatická regulace je realizována výše popsanými regulačními obvody. Manuální regulace se realizuje pomocí integrovaných funkcí DetStudia. Pro reléová schémata je to funkce Watch, a v případě programu ve strukturovaném textu je to funkce Inspektor. Tyto funkce umožňují uživateli při běhu programu přímo měnit hodnoty proměnných a aliasů. Pro regulaci byly vytvořeny a využity tyto proměnné a aliasy: pid_out – velikost akčního zásahu PID regulátoru pid_para – proměnná obsahující parametry PID regulátoru, obvykle maticového typu pid_rezim – proměnná s nastavením režimu regulátoru y2_zadana – žádaná hodnota teploty y2 y3_zadana – žádaná hodnota teploty y3 @manualni – přepínání mezi automatickým a manuálním režimem regulace @topeni – ovládání topení @porovnani – porovnává teploty y2 a y2_zadana

4.5 Obrazovky Další možností, kterou AMiNi4DS poskytuje, je programování obrazovek. Velikost obrazovky je 122 x 32 bodů. Displej má programovatelné 4 řádky, na každý z nich lze zapsat 20 znaků. Programování obrazovek je velmi jednoduché. Spočívá pouze ve vkládání jednotlivých prvků na plochu simulující displej. Po vložení prvku ho lze upravovat, například přiřazovat nápisy, funkcím tlačítka nebo zobrazovat / editovat proměnné. K této úloze jsem vytvořil 5 obrazovek (viz. Příloha B). Menu obrazovku, která odkazuje na další obrazovky, pro zobrazování teplot, nastavení žádaných teplot pro regulaci a 2 obrazovky pro ovládání manuální regulace čerpadla a ventilátoru 2. Na jejich tvorbu postačily základní prvky pro tvorbu obrazovek: MenuScreen – prvek pro zobrazení menu, každá položka odkazuje na určitou obrazovku Label – prvek sloužící pro zobrazování statického textu NumericView – prvek sloužící pro zobrazení aktuální hodnoty proměnné

17


NumericEdit – prvek sloužící k editaci proměnné KeyScreen – tento prvek se používá pro přechod na jinou obrazovku po stisknutí tlačítka DetStudio nabízí 2 možnosti programování obrazovek. První možností je programování v tzv. skriptech. Programují se ve strukturovaném textu, a používají se v případě, že je třeba například potřeba vyvolat blok programu při nějaké události. Například při otevírání a zavírání obrazovek. Pro potřeby tohoto programu jsem využil druhou možnost, a tou je jen základní editace vlastností prvků. Na Obr. 7 lze vidět příklad vlastností prvku NumericView. V těchto vlastnostech lze například nastavit jakou proměnnou bude prvek zobrazovat, v jakém formátu ji bude zobrazovat atd. Lze zde editovat parametry prvku, jako je například jeho zarovnání, styl a velikost písma atd. Zbylá nastavení prvků a obrazovek jsou přiloženy v příloze na CD, kde je umístěn zdrojový k programu.

Obr. 7: Vlastnosti prvku NumericView

18


Závěr Řídicí systém AMiNi4DS se díky svým vlastnostem a spoustou předdefinovaných funkcí nejlépe hodí pro řízení různých měření a regulací, ovládání inteligentních domů, ovládání menších strojů, jako jsou různé kotle, bojlery atd. Mezi jeho veliké přednosti patří, že je to produkt českého výrobce (AMiT), takže je dostupný a všem srozumitelný, je jednoduchý, kompaktní, má širší možnosti použití a je navržen tak, aby nebyl unikátní, tedy aby k jeho obsluze nebylo zapotřebí různých speciálních zařízení. Například různé redukce. Vývojové prostředí, DetStudio, má mé osobní hodnocení velmi vysoké. Velikou předností je podpora českého jazyka, takže vše je srozumitelné, což velmi usnadňuje práci a hledání nejen v nápovědě, kde jsou uvedeny popisy jednotlivých modulů, ze kterých se skládá program. Další výhodou jsou již předem předdefinované moduly, funkční bloky a mnoho dalších potřebných a užitečných funkcí, které není třeba složitě programovat a vymýšlet. Mezi užitečné, a jistě velmi používané, patří možnosti tvorby pracovních deníků, různých archivací dat a archívů, tvorby vlastních obrazovek atd. Drobným nedostatkem je menší možnost práce s proměnnými, hlavně v jejich porovnávání a v jejich možnosti vkládání je jako různé podmínky. Co se týče řízení modelu tepelné soustavy pomocí AMiNi4DS, tak se mi z technických důvodů nepodařilo ověřit a aplikovat všechny funkce PLC a celý výše uvedený program, který tedy může obsahovat drobné chyby. Nastavení komunikace mezi AMiNi4DS a modelem tepelné soustavy nebylo nijak obtížné. K navázání komunikace se použila speciální svorkovnice z měřícího modulu CTRLV3. Komplikace nastaly při ovládání vstupů a výstupu modelu soustavy. Nejprve byla chyba na straně PLC, kde museli být svorky u digitálních vstupů a výstupů připojeny na napětí +24V. Další problém nastal v zapojení pinů signálového konektoru CANON 25, který je na výstupu modelu soustavy, neodpovídalo zapojení v přiložené dokumentaci k modelu tepelné soustavy. Tato komplikace mě stála hodně času, protože nebylo lehké na ni přijít, ale podařilo se mi ji vyřešit otevřením modelu soustavy a následným zkontrolováním zapojení pinů. Další komplikací v řešení úlohy byla nefunkčnost průtokového ohřívače a jednoho teplotního čidla, konkrétně čidla y1. K analýze a řešení tohoto problému jsem se z důvodu časové tísně již bohužel nedostal. Těžko říct, jestli byla chyba někde ve vnitřním zapojení modelu tepelné soustavy, což se mi zdá mnohem pravděpodobnější vzhledem k tomu, že ani zapojení pinů neodpovídalo přiložené dokumentaci, nebo jestli chyba bylo přímo v zařízení. Ověřit se mi podařilo pouze fungování programování obrazovek a část manuálního ovládání, které je uvedeno pod bodem 4.2 a 4.3. U obrazovek jsem odzkoušel jejich zobrazování, které proběhlo úspěšně. Provázání programu a ovládání modelu soustavy přes PLC jsem kvůli nefunkčnosti kompletního programu nedělal. Úspěšně jsem odzkoušel ovládání digitálních i analogových vstupů a výstupů. Ověřit fungování regulace modelu soustavy se mi bohužel nepodařilo, protože při nefunkčnosti průtokového ohřívače, nebyla možnost jak měnit teplotu teplonosného média. K odzkoušení nadstavbových funkcí, jako je provozní deník, archivace dat, správce dat či archívů jsem se z nedostatku času také nedostal.

19


Seznam použité literatury [1] PODOLÁK, Stanislav. AMiNi4DS, Návod na obsluhu [online]. 2009 [cit. 2011-05-23]. AMiT. URL:

[2] ŘÍHA, Zbyněk. DetStudio, Návod na obsluhu [online]. 2008 [cit. 2011-05-23]. AMiT. URL:

[3] Výukový model tepelné soustavy s dopravním zpožděním. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2006.

[4] AMiNi4DS, katalogový list [online]. 2009 [cit. 2011-05-23]. AMiT. URL:

20


Příloha č. 1 – popis komponent modelu tepelné soustavy

21


Příloha č. 2 – přehled vytvořených obrazovek

22

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Recommend Documents