Rapport – Entank

Transcription

Rapport – Entank

Rapport – Entank
Prosjekt i emnet
«Styresystemer og reguleringsteknikk»
Gruppe 01
Høgskolen i Sør-Trøndelag
2015
Prosjekt i styresystemer 2015
Gruppe 1
Rapport Entank
Sammendrag
(Skrevet av TM)
Entank-prosjektet er en del av et større prosjekt som går i vårsemesteret i emnet
«Reguleringsteknikk og styresystemer» for 2EA. Formålet med oppgaven er å regulere nivået i en
tank etter gitte kriterier og ved hjelp av det utstyret vi har blitt tildelt fra skolen.
Rapporten beskriver detaljert hvordan vi har programmert regulatorer i PLS, kommunikasjonen
mellom de forskjellige enhetene, og flere løsninger på brukergrensesnitt. I tillegg til rapporten
kommer et simuleringsnotat som vedlegg, hvor modellering, simulering og uthenting av
regulatorparametere er beskrevet.
Hovedresultatet har blitt en tank med en velfungerende nivåregulering med et innsvingningsforløp
av typen «minimum forstyrrelse». Vi har fungerende og oversiktlige brukergrensesnitt, og i tillegg en
webserver man kan lese og skrive noen verdier fra. Parameterne fra simuleringsnotatet ga et
innsvingningsforløp på riggen som gjenspeilte resultatene fra simuleringen.
Erfaringer vi har gjort oss er viktigheten av rekkefølgen av aksjonene i PLS-programmet, regulering
med heltallsaritmetikk, og at man må være påpasselig med å ha god oversikt over adresser som blir
brukt og oppdaterer disse forløpende.
I PLS har kan vi velge om vi skal regulere med P-, eller PI-regulator. I tillegg har vi konstruert P-, D- og
PD-foroverkobling. Best resultat oppnådde vi med PI-serieregulator med PD-foroverkobling. De beste
innstillingene vi kom frem til er:
PI-reg:
 P: 5.5
 I-tid: 4.2 sekunder
PD-foroverkobling:
 P: 0.7
 D-tid: 0.3
Kravet gitt i oppgaveteksten var et innsvingningsforløp av typen minimum areal. Vårt
innsvingningsforløp er av typen «minimum forstyrrelse». Vi har prøvd hardt å oppnå «minimum
areal», men har konkludert med at dynamikken til selve utstyret er et hinder til å oppnå dette.
Forord
(Skrevet av TM)
Denne prosjektrapporten representerer «Entank»-delen i prosjektet som holdes hver vår i emnet
«Reguleringsteknikk og styresystemer» for 2EA. Vi i gruppe 1 retter vår takk til de ansatte og våre
medstudenter ved HiST AFT - Program for elektrofag.
Gjennomføringen av prosjektet har vært lærerikt og utfordrende, vi har alle fått kjent på
mestringsfølelsen. Det har vært lærerikt fordi vi har fått konkretisert mye av det vi hadde i
forelesninger tidligere i år. Man kan si at prosjektet har gitt oss flere knagger å henge klærne på. Det
har vært utfordrende fordi mye av programvaren har vært ny for oss, og fordi vi ikke har lagd et PLSprogram som har vært så omfattende tidligere i utdanning.
Vi vil rette en spesiell takk til vår veileder På Gisvold for den hjelpen vi har fått.
Gruppe 1
Rapport Entank
Innholdsfortegnelse
1.0
Innledning .................................................................................................................................... 2
1.1 Bakgrunn ....................................................................................................................................... 2
1.2 Utstyr, programvare, definisjoner og forkortelser ........................................................................ 2
1.2.1 Forkortelser ............................................................................................................................ 2
1.2.2 Definisjoner ............................................................................................................................ 3
1.2.3 Utstyr ...................................................................................................................................... 4
1.2.4 Software ................................................................................................................................. 4
1.3 Hjemmeside................................................................................................................................... 5
2.0 Teknisk del ......................................................................................................................................... 7
2.1 Problemstilling ............................................................................................................................... 7
2.2 Prosessbeskrivelse ......................................................................................................................... 8
2.2.1 Flytskjema............................................................................................................................... 8
2.2.2 Bilder av systemet .................................................................................................................. 9
2.2.3 Kommunikasjon .................................................................................................................... 11
2.3 Antialiasing filter.......................................................................................................................... 12
2.4 Regulatoralgoritmer .................................................................................................................... 16
2.5 PLS programmering (EB) .............................................................................................................. 20
2.5.1 Master-PLS............................................................................................................................ 22
2.5.2 Slave-PLS ............................................................................................................................... 27
2.5.3 Serieregulator ....................................................................................................................... 31
2.5.4 Foroverkobling...................................................................................................................... 35
2.5.5 Alarmhåndtering .................................................................................................................. 39
2.6 HMI programmering .................................................................................................................... 43
2.6.1 OPC-server og tagger............................................................................................................ 43
2.6.2 Design InTouch ..................................................................................................................... 45
2.6.3 Design iX-panel ..................................................................................................................... 49
2.6.4 Alarmhåndtering InTouch..................................................................................................... 54
2.6.5 Alarmhåndtering iX-panel .................................................................................................... 57
2.6.6 Operatørnivåer og rettigheter.............................................................................................. 58
2.6.7 Web-grensesnitt for iX panel................................................................................................ 62
2.7 Simulering .................................................................................................................................... 64
2.7.1 Serieregulering ..................................................................................................................... 64
2.7.2 Foroverkobling...................................................................................................................... 66
Gruppe 1
Rapport Entank
3.0 Innregulering ................................................................................................................................... 68
3.1 Krav til reguleringen .................................................................................................................... 68
3.2 Manuelle innjusteringsmetoder .................................................................................................. 68
3.3 Serieregulering ............................................................................................................................ 69
3.4 Foroverkobling............................................................................................................................. 70
3.5 Parametere fra simulering........................................................................................................... 71
4.0 Testskjema ....................................................................................................................................... 72
4.1 Operatørpanel ............................................................................................................................. 72
4.2 InTouch ........................................................................................................................................ 72
4.3 PLS ............................................................................................................................................... 73
5.0 Prosjektgjennomføring, erfaringer og konklusjon .......................................................................... 74
5.1 Prosjektgjennomføring ................................................................................................................ 74
5.2 Erfaringer og forslag til forbedringer........................................................................................... 74
5.3 Konklusjon ................................................................................................................................... 75
6.0 Vedlegg .............................................................................................................................................. 1
6.1 PLS program Master ...................................................................................................................... 1
6.2 PLS program Slave ......................................................................................................................... 1
6.3 Simuleringsnotat ........................................................................................................................... 1
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur liste
Figur 1 Eksempel kildekode hjemmeside ................................................................................................ 5
Figur 2 Eksempel CSS hjemmeside .......................................................................................................... 5
Figur 3 Eksempel formattering hjemmeside ........................................................................................... 5
Figur 4 Hjemmeside................................................................................................................................. 6
Figur 5 Flytskjema.................................................................................................................................... 8
Bilde 1 PLS-rigg ........................................................................................................................................ 9
Bilde 2 Tankrigg ..................................................................................................................................... 10
Bilde 3 Tankrigg bakside ........................................................................................................................ 10
Figur 6 Kommunikasjon ......................................................................................................................... 11
Figur 7 Kretsskjema antialiasing filter ................................................................................................... 12
Figur 8 Bode diagram filter .................................................................................................................... 13
Figur 9 Kobling MultiSim filter ............................................................................................................... 14
Figur 10 Sprang 1 til 5 volt filter MultiSim............................................................................................. 14
Figur 11 Ferdig filter .............................................................................................................................. 15
Figur 12 Karakteristikk AD/DA omformer ............................................................................................. 17
Figur 13 Prinsipp P-reg foroverkobling .................................................................................................. 18
Figur 14 Prinsipp D-reg foroverkobling ................................................................................................. 18
Figur 15 Prinsipp PD-reg foroverkobling ............................................................................................... 19
Figur 16 MOV blokk ............................................................................................................................... 20
Figur 17 TO blokk ................................................................................................................................... 20
Figur 18 FROM blokk ............................................................................................................................. 20
Figur 19 LD blokk ................................................................................................................................... 21
Figur 20 PLS / PLF blokk ......................................................................................................................... 21
Figur 21 Kontakt positiv flanke .............................................................................................................. 21
Figur 22 PLS initiering status ................................................................................................................. 22
Figur 23 PLS Flytte fra data til enkelte bit ............................................................................................. 22
Figur 24 PLS enkelt Bit til Data .............................................................................................................. 23
Figur 25 PLS Flytte til batterimatede minneceller ................................................................................. 23
Figur 26 PLS Flytte parametre til Profibus ............................................................................................. 23
Figur 27 PLS Start/Stopp pumpe ........................................................................................................... 24
Figur 28 PLS Auto/Manuell .................................................................................................................... 24
Figur 29 Velge P/PI regulator ................................................................................................................ 25
Figur 30 PLS valg av foroverkobling ....................................................................................................... 25
Figur 31 PLS Valg av utløp / Magnetventiler ......................................................................................... 26
Figur 32 PLS Status magnetventiler....................................................................................................... 27
Figur 33 PLS Slave struktur .................................................................................................................... 27
Figur 34 PLS Slave til/fra Master ........................................................................................................... 28
Figur 35 PLS Status bit sendes via Dataregister..................................................................................... 29
Figur 36 PLS Aksjoner mottatt fra Master ............................................................................................. 29
Figur 37 PLS Styring utganger Slave ...................................................................................................... 30
Figur 38 PLS Skriv/les AD/DA slave ........................................................................................................ 30
Figur 39 PLS P-regulator ........................................................................................................................ 31
Figur 40 PLS P-regulator algoritme - mellomregning ............................................................................ 31
Figur 41 PLS Grensesjekk og pådrag ...................................................................................................... 32
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 42 PLS Av/På P-regulator.............................................................................................................. 32
Figur 43 PLS PI-regulator ....................................................................................................................... 33
Figur 44 PLS PI mellomregning 1 ........................................................................................................... 33
Figur 45 PLS PI mellomregning 2 ........................................................................................................... 33
Figur 46 PLS PI grensesjekk og pådrag .................................................................................................. 34
Figur 47 PLS PI-reg pådrag ..................................................................................................................... 34
Figur 48 PLS Foroverkobling .................................................................................................................. 35
Figur 49 PLS Foroverkobling P-Reg pådrag............................................................................................ 35
Figur 50 PLS Foroverkobling D-Reg endring av Kp til 1 ......................................................................... 36
Figur 51 PLS Foroverkobling D-Reg ....................................................................................................... 36
Figur 52 PLS Foroverkobling pådrag D-del ............................................................................................ 36
Figur 53 PLS Foroverkobling PD-Reg ..................................................................................................... 37
Figur 54 PLS Pådrag til DA-omformer .................................................................................................... 37
Figur 55 PLS Manuelt pådrag................................................................................................................. 38
Figur 56 PLS Rykkfrie overganger .......................................................................................................... 38
Figur 57 PLS Samplingstid ...................................................................................................................... 38
Figur 58 PLS Revers/Direkte regulering ................................................................................................. 39
Figur 59 PLS Status Profibus .................................................................................................................. 39
Figur 60 PLS funksjonsblokk Alarmer .................................................................................................... 40
Figur 61 PLS Alarm 25% under ref. ........................................................................................................ 40
Figur 62 PLS Alarm Kritisk lavt nivå ....................................................................................................... 40
Figur 63 PLS Alarmer tidsbegresning ..................................................................................................... 41
Figur 64 PLS Alarmer Tidsforsinkelse .................................................................................................... 41
Figur 65 PLS Alarmer Kvittering ............................................................................................................. 41
Figur 66 PLS Alarmlampe blink .............................................................................................................. 42
Figur 67 PLS Alarmlampe....................................................................................................................... 42
Figur 68 PLS Alarmer kvittering ............................................................................................................. 42
Figur 69 OPC Tag liste ............................................................................................................................ 43
Figur 70 OPC Tag eksempel skalering .................................................................................................... 44
Figur 71 InTouch Nivå tag ...................................................................................................................... 45
Figur 72 InTouch Plassering av referanse .............................................................................................. 46
Figur 73 InTouch Reguleringsventil ....................................................................................................... 46
Figur 74 InTouch Pumpe........................................................................................................................ 46
Figur 75 InTouch Animering pumpe ...................................................................................................... 47
Figur 76 InTouch Animering rør/ventil .................................................................................................. 47
Figur 77 InTouch display av verdier....................................................................................................... 47
Figur 78 InTouch Regulator parametere ............................................................................................... 48
Figur 79 InTouch Knapper utløpsventiler .............................................................................................. 48
Figur 80 InTouch Knapper ..................................................................................................................... 48
Figur 81 InTouch Trender ...................................................................................................................... 49
Figur 82 iX-panel Navigasjonsmuligheter .............................................................................................. 50
Figur 83 iX-panel Nivåindikator ............................................................................................................. 51
Figur 84 iX-panel Actions til knapper .................................................................................................... 51
Figur 85 iX-panel Trendvindu ................................................................................................................ 52
Figur 86 iX-panel Trendkurver oppsett ................................................................................................. 52
Figur 87 iX-panel Skjermbilde Instillinger .............................................................................................. 53
Figur 88 iX-panel Indikatorfarger .......................................................................................................... 53
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 89 InTouch Alarmtag .................................................................................................................... 54
Figur 90 InTouch Alarmvindu ................................................................................................................ 54
Figur 91 InTouch Kvitterings script ........................................................................................................ 55
Figur 92 InTouch Alarmknapp animering .............................................................................................. 55
Figur 93 InTouch Oppsett blinking alarm .............................................................................................. 56
Figur 94 InTouch Alarm indikatorer ...................................................................................................... 56
Figur 95 iX-panel Alarmvindu ................................................................................................................ 57
Figur 96 iX-panel Alarmserver ............................................................................................................... 57
Figur 97 iX-panel innlogging .................................................................................................................. 61
Figur 98 iX-panel operatørnivåer .......................................................................................................... 61
Figur 99 iX-panel Webgrensesnitt ......................................................................................................... 62
Figur 100 iX-panel HTML kode eksempel .............................................................................................. 62
Figur 101 Simulering Serieregulering .................................................................................................... 64
Figur 102 Simulering Ziegler-Nichols ..................................................................................................... 64
Figur 103 Simulering Etterjustering....................................................................................................... 65
Figur 104 Simulering Etterjustering....................................................................................................... 65
Figur 105 Simulering Forenklet foroverkobling ..................................................................................... 66
Figur 106 Simulering Modell for foroverkobling ................................................................................... 66
Figur 107 Simulering Innsvingningsforløp med PD-foroverkobling ...................................................... 67
Figur 108 Manuell selvjustering ............................................................................................................ 69
Figur 109 Serieregulering ...................................................................................................................... 69
Figur 110 Foroverkobling ...................................................................................................................... 70
Figur 111 Test av parametere ............................................................................................................... 71
Gruppe 1
Rapport Entank
Gruppedeltakere
Prosjektgruppen består av følgende medlemmer
Eyvind E. Bjørsland
Allmenn
90915799
[email protected]
Anders Aabakken
Elektriker
95992849
[email protected]
Magnus K. Bergsbakk
Fagbrev sveiser
99026094
[email protected]
Øyvind Eklo
Automatiker
92894293
[email protected]
Torbjørn Morken
Prosesstekniker
45272224
[email protected]
Veileder
Pål Gisvold er veileder for prosjektgruppen
Han jobber som Høgskolelektor ved avdeling for teknologi ved HiST, ved
program for elektro- og datateknikk.
Mail: [email protected]
Gruppe 1
Rapport Entank
1.0 Innledning
1.1 Bakgrunn
(Skrevet av ØE)
Det har blitt en tradisjon at studenter i 4. semester ved Elektro- og datateknikk, med valgt
spesialisering automatisering, kjører et prosjekt i emnet «Styresystemer og reguleringsteknikk». I
dette prosjektet skal vi prøve ut teorien vi har lært tidligere i semesteret i praksis.
«Entank» er hoveddelen av prosjektet.
Prosjektet omhandler alle de tre hoveddelene i emnet, reguleringsteknikk, sanntids datateknikk og
PLS-/HMI-programmering.
Prosjektet teller 40% av karakteren i emnet «Styresystemer og reguleringsteknikk».
Klassen er delt inn i seks prosjektgrupper, som igjen består av fem eller seks studenter.
1.2 Utstyr, programvare, definisjoner og forkortelser
1.2.1 Forkortelser
(Skrevet av MB)
HiST
OPC
PC
PLS
HMI
PID
AD
DA
mA
V
Kp
Ti
Td
HTML
WAN
Høgskolen i Sør-Trøndelag
Object Linking and Embedding for Process Control.
Personal computer
Programmerbar logisk styring
Human-Machine-Interface
Proporsjonal-, Integral- og Derivat-regulator
Analog til digital
Digital til analog
Milliampere
Volt
Forsterkning
Integrasjonstid
Derivasjonstid
HyperText Markup Language
Wide Area Network – Skolens nettverk i vårt tilfelle
Side 2 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
1.2.2 Definisjoner
(Skrevet av MB og ØE)
HMI
BUS
Profibus-DP
InTouch
IEC
HTML
CSS
PID-regulator
Brukergrensesnitt for skriving og lesing til prosessen.
Kommunikasjonssystem for overføring av data.
Feltbuss kommunikasjonsstandard brukt innen automatikk
Verktøy for programmering av HMI.
International standards and conformity.
Programmeringsspråk som kan brukes for å kode hjemmesider.
«Cascading Sheet Styles» formateringsspråk til HTML
 P-regulator: Sørger for å endre pådraget proporsjonalt med
avviket.
 PI-regulator: I-delen (integratordelen) har i oppgave å gjøre det
stasjonære avviket lik null.
 PD-Regulator: D-delen (derivatdelen) har i oppgave å redusere
det dynamiske avviket. Den gir ingen bidrag til stasjonært avvik.
Stasjonært avvik
Dynamisk avvik
Innsvingningsforløp
Forskjellen mellom referanse og måling ved stabilt system.
Det største avviket fra referansen i et innsvingningsforløp.
Karakteristikk på prosessverdiens forløp før systemet er stabilt. Vi
opererer hovedsakelig med tre typer innsvingningsforløp: Minimum
forstyrrelse, minimum areal eller minimum amplitude.
Innsvingningsforløp med 4-6 halvperioder.
Reguleringsstrategi for å motvirke forstyrrelser i prosessregulering.
Signal der 4 mA representerer 0% og 20 mA representerer 100%.
Signal der 1 V representerer 0% og 5 V representerer 100%.
Minimum areal
Minimum amplitude
Minimum forstyrrelse
Foroverkobling
4-20 mA
1-5 V
Side 3 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
1.2.3 Utstyr
(Skrevet av ØE og MB)
Utstyr på PLS riggen:
Mitsubishi FX1N PLS
Mitsubishi Q00CPU
Mitsubishi Q61P-A2 Powersupply modul
Mitsubishi QJ71PB92D Ethernet modul
Mitsubishi QJ71E71-100 Profibus modul
DLink AirPlus G+ Router
Mitsubishi FX0N-3A AD/DA modul
Mitsubishi FX0N-32NT-DP Profibus modul
Beijer iX Panel TA100
Beijer OPC server
PC med InTouch software
Antall:
2 stk.
1 stk.
1 stk.
1 stk.
1 stk.
1 stk.
2 stk.
2 stk.
1 stk.
1 stk.
1 stk.
Utstyr brukt under prosjektet:
Agilent Technologies Oscilloscope m/USB tilkobling
1 stk.
1.2.4 Software
(Skrevet av ØE)
Software navn:
Wonderware InTouch
GX Works 2
Beijer OPC server
iX Developer 2.10
GX Configurator-DP
GX IEC Developer
MatLab m/ Simulink
NI MultiSim
Notepad++
WinSCP
Benyttet til:
HMI interface
PLS programmering
OPC link mellom PLS og HMI
iX touchpanel programmering
Oppsett Profibus-DP
Oppsett Ethernet PLS
Simulering og filter design
Simulering av filteret
Hjemmeside programmering
Opplasting av hjemmeside
Hjemmeside:
http://www.invensys.com
http://www.beijer.no
http://www.mathworks.com
http://www.ni.com
http://notepad-plus-plus.org/
http://www.winscp.net
Side 4 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
1.3 Hjemmeside
(Skrevet og kodet av ØE)
Prosjektet har egen hjemmeside som publiserer alle rapportene, arbeidsnotatene og
tidsskriftartikkelen. Her har vi også lagt ut kort hva prosjektoppgaven går ut på og hvem som er med i
prosjekt gruppen.
Hjemmesiden finner du på: http://www.hekta.org/~p2ea1
Til koden har vi benyttes oss av programmet notepad++, og språket som er benyttet er HTML 4.01.
Figur 1 Eksempel kildekode hjemmeside
Formatering av sidene er gjort ved hjelp av «Cascading Style Sheets», eller CSS 3.0. Det vil si at vi
henter inn ferdige *.css filer i <head> i hver html fil. På den måten slipper vi å skrive
formateringskoden for hver gang vi lager en ny html fil. Vi har laget to CSS filer, samt hentet en med
font type fra Google. Vi ser i figuren over hvordan disse blir hentet inn i selve HTML filen, på linje 6, 7
og 8.
Koden på linje 9 og 10 forteller web-browseren hvilket
tegnsett som skal brukes, og hvilket språk siden er på.
Dette må være med slik at vi få nordiske bokstaver som
æ, ø og å. Koden som står i <style> taggen gir oss
muligheten til å formatere hver enkelt HTML side med
ting som kun gjelder denne siden.
Figur 2 Eksempel CSS hjemmeside
Her ser vi et eksempel på hvordan elementet «overskrift» er formatert under <style>. Høyde,
bredde, plassering fra toppen og fra venstre. Her settes også bakgrunnsfargen, som her er
representert med RGB tall, til grå.
Ved å velge class=«overskrift» i <div>
elementet, velger vi formattering for hele.
Vi bruker <div> til å plassere alt av tekst,
bilder og linker.
Figur 3 Eksempel formattering hjemmeside
Side 5 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Hovedsiden er laget slik at menyer og overskrift kun lastes inn første gang. Innholdsdelen er laget ved
hjelp av et <iframe> element, som henter opp og viser HTML sider. Det er laget en HTML side for
hver side i menyen. Dette gjør at det blir enkelt å navigere i menyen, siden den ikke lastes hver gang.
Størrelsen på siden er også prosent basert slik at den tilpasses skjermstørrelsen på hver PC som laster
den.
Koden for HTML og CSS er sjekket for kompabilitet mot gjeldende standarder på http://www.w3.org
Dette gjør at vi kan benytte oss av logoer som viser at vi har utført denne sjekken av koden. Denne
måten å lage hjemmesider på er veldig forskjellig fra den måten vi lærte i emnet Datateknikk. Vi har
derfor måtte bruke mye tid på å lese oss opp på hvordan hjemmesider kodes til dagens HTML
standard. Bruken av CSS var helt ny for oss, slik at vi begynte fra «scratch».
Webgrensesnitt HMI
I forbindelse med HMI-delen skulle det settes opp et web-grensesnitt mot touchpanelet. Dette
bygger på en innebygget Java del i panelet. Det er satt opp en link fra hjemmesiden til Java serveren i
panelet, men denne vil kun være operativ når vår del er lastet inn. Java delen i panelet er av en eldre,
usikker type, som blir blokkert av nyere versjoner av Java. For å få denne funksjonen til å fungere må
det derfor være installert en Java versjon som er versjon 7.0 eller eldre.
Istedenfor er det kodet et webgrensesnitt som viser nivå, pådragsverdi og referanse. Referanse og
manuelt pådrag kan også endres. Vi har prøvd å laget knapper som styrer utløpet, pumpe og
kvitterer alarmer, men vi har ikke funnet koden som skal til for å styre enkelte bit-verdier. Dette
grensesnittet fungerer kun når man er koblet til routeren lokalt.
Grensesnittet finnes på http://192.168.1.104
Figur 4 Hjemmeside
Side 6 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.0 Teknisk del
2.1 Problemstilling
(Skrevet av ØE)
Nivået i en tank skal reguleres med referanse 60%. Pådraget til tanken styres av en reguleringsventil.
Det er 3 magnetventiler i utløpet som gir forstyrrelser til systemet. Prosjektgruppen skal
programmere en regulator i PLSen, og utvikle brukergrensesnitt for prosessen i InTouch, samt et
touch brukerpanel montert på riggen.
Det skal prøves ut regulatorparametere fra simuleringsnotatet som ble ferdigstilt tidligere.
Det er gitte krav til funksjoner og tilgangsnivåer til InTouch og touchpanelet i oppgaveteksten.
Reguleringsmetodene som kan benyttes er følgende:
Serieregulering:


P-Regulator med nominelt pådrag.
PI-Regulator.
Foroverkobling:






P-regulator med P-regulator foroverkobling.
PI-regulator med P-regulator foroverkobling.
P-regulator med D-regulator foroverkobling.
PI-regulator med D-regulator foroverkobling.
P-regulator med PD-regulator foroverkobling.
PI-regulator med PD-regulator foroverkobling.
Kravene til reguleringen er:



Intet stasjonært avvik.
Innsvingningsforløp av typen «minimum areal».
Kjappest mulig innsvingning til ±2% av måleområdet når referansen er 60%.
Det skal utarbeides en rapport på 60-80 sider for delprosjektet, samt publiseres på egen hjemmeside.
Det praktiske arbeidet skal vises frem til faglærere Tirsdag 28.04.2015
Side 7 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.2 Prosessbeskrivelse
2.2.1 Flytskjema
(Laget av AA)
Figur 5 Flytskjema
Side 8 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.2.2 Bilder av systemet
(Tatt av EB)
Bilde 1 PLS-rigg
Side 9 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Bilde 2 Tankrigg
Bilde 3 Tankrigg bakside
Side 10 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.2.3 Kommunikasjon
(Skrevet av AA)
Kommunikasjon mellom de forskjellige nodene i nettverket foregår på forskjellige måter. Vi bruker
Ethernet mellom master PLS, operatørpanel og PC med InTouch. Mellom master PLS og slave PLS
bruker vi ProfiBus DP. Masteren vil da fungere som en «tolk» mellom operatørpanel, PC med InTouch
og slave PLS. Dette er primæroppgaven til master PLS i dette prosjektet.
Ofte må man bruke slike «overganger» mellom forskjellige typer kommunikasjonsprotokoller. Dette
kommer ofte av at de forskjellige produsentene ikke støtter andre leverandørers protokoller. Da blir
det mye mer komplisert, og ikke minst fordyrende.
Det kan også være nødvendig å bytte bus type dersom det er store krav til hastighet mellom noen av
nodene. Alle bus typer har også en klar begrensning i rekkevidde. Her kan det være veldig kostbare
noder som kommuniserer over store avstander, mens rimeligere noder brukes lokalt i de forskjellige
avdelingene.
Ett eksempel på dette kan være en fabrikk som har flere produksjonslokaler på ett industriområde. I
hvert lokale kan det være flere mindre maskiner som har sine egne PLSer. Lokalt på hver enkelt
maskin kan det være for eksempel ASI BUS som henter inn signal fra de forskjellige sensorene inn til
PLSen. Deretter knyttes de forskjellige maskinene sammen med ProfiBus DP. Til slutt bruker man
kanskje Ethernet IP for å sende data fra hver avdeling inn til hovedkontoret som ønsker å se
driftsstatus, tilstander og produksjonsstatistikk. For å gjøre dette er man avhengig av noder som
kommuniserer på minimum 2 nett samtidig, akkurat slik som vår master PLS gjør.
Figur 6 Kommunikasjon
Side 11 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.3 Antialiasing filter
(Skrevet av ØE)
Spesifikasjon AD omformer
8bit
4-20 mA
0-250 oppløsning
250 Ohm motstand inngang til filter
100 ms i samplingstid i PLS (valgt av oss)
2. ordens Butterworth filter
Tar utgangspunkt i ukjent støy, og designer filteret ut i fra at alt over halve samplingsfrekvensen skal
dempes med 20 dB per dekade. Inngangssignalet på 4-20 mA gjøres om til 1-5V ved hjelp av en 250 Ω
motstand i parallell med inngangssignalet.
Figur 7 Kretsskjema antialiasing filter
1𝐿𝑆𝐵 =
𝜔𝑠
2
5−1𝑉
250
2𝜋
𝜋
= 0.016 𝑉
= 2ℎ = 0.1 = 31.4
1
𝐿𝑆𝐵
2
𝑟𝑎𝑑
𝑠
𝜔0 = 0.11/2 ∗ 31.4 = 0.316 ∗ 31.4 = 9.93
=
0.016𝑉
2
= 0.008 𝑉
10−20/20 = 0.1
𝑟𝑎𝑑
𝑟𝑎𝑑
≈ 10
= 1.6 𝐻𝑧
𝑠
2
Side 12 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi velger kondensatorer først, for så å bestemme verdiene til motstandene.
𝑉𝑒𝑙𝑔𝑒𝑟 𝐶1 = 𝐶2 = 1 𝜇𝐹
𝑅1 =
1
√2𝜔0 𝐶1
𝑅2 =
ℎ𝑖𝑛𝑛 =
𝑢𝑡
=
1
≈ 70𝑘Ω
𝑟𝑎𝑑
√2 ∗ 10 𝑠 ∗ 1 𝜇𝐹
√2
√2
=
≈ 140 𝑘Ω
𝜔0 𝐶2 10 𝑟𝑎𝑑 ∗ 1 𝜇𝐹
𝑠
𝑅1 𝑅2 𝐶12 𝑠 2
1
1
=
2
+ 𝑅2 𝐶2 𝑠 + 1 0.0098𝑠 + 0.14𝑠 + 1
Dette blir ideelle verdier for motstandene. Vi må velge fra reelle verdier som ligger nærmest disse. Vi
velger da:
𝑅1 = 68 𝑘Ω, 𝑅2 = 150 𝑘Ω
Bode diagram
Bode Diagram Antialiasing filter
0
-10
Magnitude (dB)
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
0
Phase (deg)
-45
-90
-135
-180
-1
10
10
0
1
10
Frequency (rad/s)
10
2
10
3
Figur 8 Bode diagram filter
Side 13 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Test av filteret i MultiSim
MultiSim simulering av filteret med inngangssignal 1-5V og 50Hz støy med 2V amplitude.
Vi valgte først kondensatorer på 47 𝜇𝐹, men ble anbefalt av Stein-Olav Lund, Labingeniør ved HiST, å
velge kondensatorer mellom 1 𝑜𝑔 2.2 𝜇𝐹. Disse hadde mindre lekkasjestrømmer, og filteret ble
bedre. Vi har simulert det opprinnelige filteret i MultiSim, og siden dette har samme karakteristikk
som det vi skal lage, har vi valgt å ta med figur av simuleringen
Figur 9 Kobling MultiSim filter
Figur 10 Sprang 1 til 5 volt filter MultiSim
Rødkurve = inngangssignal, Blåkurve = utgangssignal, Sprang fra 1 til 5 V
Scope innstillinger for kurven over.
Side 14 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Filteret i praksis
Figur 11 Ferdig filter
Systemet er generelt plaget med mye støy, både nettstøy og fra frekvensomformeren. Denne støyen
forplantet seg til AD/DA omformeren, slik at den oppfattet at signalet inn endret verdi, selv om
nivået var stasjonært.
Vi så en klar forbedring når vi koblet til filteret. Støyen ble fjernet, og inngangssignalet ble uforandret
når vi hadde stasjonært nivå i tanken.
Systemet er fortsatt plaget med støy når spolene til utløpsventilene slår inn. Vi får da en «peak» som
tolkes som verdien 250 i AD omformeren.
Side 15 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.4 Regulatoralgoritmer
(Skrevet av ØE)
Vi velger å bruke bakoverdifferans for numerisk integrasjon.
𝑠=
1 − 𝑍 −1
ℎ
Det skal være mulig å kjøre hovedregulatoren i både direkte og revers
Vi har følgende kombinasjoner for regulatorene:
Serieregulering:


P-Regulator med nominelt pådrag
PI-Regulator (uten nom. Pådrag)
Foroverkobling:






P-regulator med P-regulator foroverkobling
PI-regulator med P-regulator foroverkobling
P-regulator med D-regulator foroverkobling med nom. pådrag
PI-regulator med D-regulator foroverkobling
P-regulator med PD-regulator foroverkobling
PI-regulator med PD-regulator foroverkobling
Regulator parametere
Grenseverdier for Kp, Ti og samplingstid h
𝐾𝑝 = 0.1 𝑡𝑖𝑙 100
𝑇𝑖 = 0.1 𝑡𝑖𝑙 100 𝑠𝑒𝑘
ℎ𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔 = 0.1 𝑠𝑒𝑘
Ved heltallsaritmetikk multipliseres disse verdiene opp, slik at vi får kun heltall:
𝐾𝑝10 = 𝐾𝑝 ∗ 10 = 1 𝑡𝑖𝑙 1000
𝑇𝑖10 = 𝑇𝑖 ∗ 10 = 1 𝑡𝑖𝑙 1000 𝑠𝑒𝑘
ℎ = ℎ𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑛𝑔 ∗ 10 = 1 𝑠𝑒𝑘
Vi vil få det samme for foroverkoblingsregulatorens parametere, 𝐾𝑝𝑓𝑓 , 𝑇𝑑𝑓𝑓 , 𝐾𝑝𝑓𝑓10 , 𝑇𝑑𝑓𝑓10.
𝑇𝑑𝑓𝑓 = 0.1 𝑡𝑖𝑙 100 𝑠𝑒𝑘
𝑇𝑑𝑓𝑓10 = 𝑇𝑑𝑓𝑓 ∗ 10 = 1 𝑡𝑖𝑙 1000 𝑠𝑒𝑘
Side 16 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Avvik
Det dynamiske avviket regnes ut på følgende måte
Reversert:
𝑒 =𝑟−𝑦
konstant r: pådraget økes når y reduseres
Direkte:
𝑒 =𝑦−𝑟
konstant r: pådraget økes når y økes
Hvor r = referansen og y = måltverdi
Inn- og utgangsverdier på AD/DA omformer
4-20 mA gjøres
om til 0-250 i
digitale verdier for
AD.
0-250 i digitale
verdier gjøres om
til 4-20 mA i DA.
Figur 12 Karakteristikk AD/DA omformer
Serieregulator (Hovedregulator)
P-regulator med nominelt pådrag
Desimaltallalgoritme:
𝑢(𝑘) = 𝐾𝑝 ∗ 𝑒(𝑘) + 𝑢0
Heltallsalgoritme:
𝑢=
𝐾𝑝10 ∗ 𝑒(𝑘)
+ 𝑢0
10
PI-regulator
Desimaltallalgoritme:
𝑢(𝑘) = 𝑢(𝑘 − 1) + 𝐾𝑝 ∗ ((1 +
ℎ
) ∗ 𝑒(𝑘) − 𝑒(𝑘 − 1))
𝑇𝑖
Heltallsalgoritme:
𝐻𝑗𝑒𝑙𝑝𝑒𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑒𝑙: 𝑋 =
𝑢(𝑘) = 𝑢(𝑘 − 1) +
𝑇𝑖10
ℎ
(𝐾𝑝10 ∗ (𝑒(𝑘) − 𝑒(𝑘 − 1)) +
𝐾𝑝10 ∗ 𝑒(𝑘)
)
𝑋
10
Side 17 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Foroverkobling
P-regulator
Desimalalgoritme:
𝑢𝑃𝑓𝑓 (𝑘) = 𝐾𝑝𝑓𝑓 ∗ (𝑣(𝑘) − 𝑣(𝑘 − 1))
Heltallsalgoritme:
𝑢𝑃𝑓𝑓 (𝑘) =
𝐾𝑝𝑓𝑓10 ∗ (𝑣(𝑘) − 𝑣(𝑘 − 1))
10
Figur 13 Prinsipp P-reg foroverkobling
D-regulator
Heltallalgoritme:
𝑢𝐷𝑓𝑓 (𝑘) =
𝑇𝑑𝑓𝑓10 ∗ 𝑢𝐷𝑓𝑓 (𝑘 − 1) 𝐾𝑝𝑓𝑓10 ∗ 𝑇𝑑𝑓𝑓10 (𝑣(𝑘) − 𝑣(𝑘 − 1))
+
𝑇𝑑𝑓𝑓
10 ∗ 𝑁
10 ∗ 10 ∗ (ℎ + 𝑁 )
𝐾𝑝𝑓𝑓 settes til 1 ved ren D
Figur 14 Prinsipp D-reg foroverkobling
Side 18 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
PD-regulator
𝑢𝑃𝐷 (𝑘) = 𝑢𝐷 (𝑘) + 𝑢𝑃 (𝑘)
Kun 𝑢𝑃 (𝑘) grensetestes i forbindelse med wind-up kontrollen.
Figur 15 Prinsipp PD-reg foroverkobling
Side 19 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.5 PLS programmering (EB)
Slave-PLSen er den enheten hvor all regulering foregår. Den mottar datainput fra en maste-PLS virker
som et bindeledd mellom slaven, InTouch og operatørpanelet. Videre vil vi først forklare noen
grunnleggende instruksjoner i programmeringen for å enkelt kunne forstå hva som skjer. Deretter
viser vi hva master gjør og deretter slave-PLSen. Detaljert beskrivelse av programkoden inne i
funksjonsblokkene er gitt etter en generell beskrivelse av blokka.
MOV-blokka
Figur 16 MOV blokk
MOV-blokka brukes til å kopiere data fra en plass til en annen. Den kan for eksempel kopiere data fra
et dataregister over til et sett med minneceller. Da skrives dataregisteret på s-inngangen til blokka.
På utgangen d kan man for eksempel skrive «K4M100». Da legges de 16-bits dataene fra
dataregisteret over i 16 minneceller fra og med M100-M115. K4 betyr 4 kvartiler. I tilfellet i figur #
kopierer den verdien 250 over i et dataregister som er kalt «Pådrag_u».
TO- og FROM-blokkene
Figur 17 TO blokk
TO-blokka brukes for å skrive data til et bufferminne på Profibus. «s» angir hvilke data som skal
sendes, n1 forteller hvilket slotnummer enheten som skal motta dataene har, n2 forteller hvilket
bufferminne (BFM#) dataene skal sendes på og n3 forteller hvor mange 16-bits ord som skal sendes.
Figur 18 FROM blokk
FROM-blokka brukes til å lese data fra et bufferminne på Profibus. n1 angir slotnummeret for
enheten dataene skal leses fra, n2 angir BFM# og n3 forteller hvor mange 16-bits ord som skal leses.
Utgangen d angir hvor dataene skal leses til, for eksempel et dataregister eller et sett minneceller.
Side 20 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
LD – sammenligningsblokker
LD-blokkene er et sett med blokker som sammenligner to verdier. Om påstanden til blokka er sann,
vil de etterfølgende instruksjonene bli utført. Denne funksjonen bruker vi for å grensesjekke verdier
så de holder seg innenfor tillatte grenser. F.eks. kan ikke pådraget ut på DA-omformeren overskride
250 eller være mindre enn 0. Da må pådraget grensesjekkes etter utregning slik at det holder seg
innenfor 0 og 250.
Figur 19 LD blokk
I figur # sjekkes «Pådrag_u» om verdien er over 250. Hvis den er det, kopieres verdien 250 til
pådraget, slik at det ikke blir større. Dette er også en del av anti-windup-funksjonen til regulatoren,
slik at integratoren ikke fortsetter å integrere opp når pådraget når sine grenser.
PLS og PLF
Mye av aksjonene og utregningene skal skje på et bestemt tidspunkt, og ikke kontinuerlig. Dette
gjelder set/reset av minneceller som styrer aksjoner, utregning av pådrag fra regulatoren,
oppdatering av gamle verdier etc. PLS-blokka går høy i et scan på positiv flanke når noe trigger den.
PLF-blokka går høy et scan på negativ flanke. En kan se for seg en knapp som trykkes på. PLS-blokka
går høy et scan når knappen trykkes inn (den forblir ikke høy selv om knappen holdes inne), og den
PLF-blokka går høy et scan når knappen slippes.
Figur 20 PLS / PLF blokk
Det er også mulig å sette at en overgang skal trigge på positiv eller negativ flanke, at etterfølgende
aksjoner bare trigges et scan på den respektive flanken. Pilen, vist i figur 21, indikerer om den trigger
på positiv flanke (pil opp) eller negativ flanke (pil ned).
Figur 21 Kontakt positiv flanke
Side 21 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.5.1 Master-PLS
Initiering og backup
Først i programmet i master ligger en del som resetter alle statuser ved oppstart og henter tilstanden
for aksjoner fra batterimatede minneceller. Oppgaven sier at regulering av tanken skal skje direkte
etter strøminnkopling ved strømbrudd. Det medfører at vi må ta vare på regulatorparametere og
aksjoner i batterimatede dataregistre og minneceller. Dataregistrene som er batterimatede er av
typen R#, og minnecellene av typen L#. Disse beholder sine verdier selv om strømmen er borte, via et
batteri i strømforsyningsenheten til master.
Figur 22 PLS initiering status
Statuser
I master har vi satt av et sett med minneceller til indikering av statuser fra slave-PLSen. Master
mottar et dataregister, D130, hvor verdiene kopieres over i minneceller for å lese av hvert enkelt bit.
K4L16 betyr 4 kvartetter (4x4 bit) fra minnecelle L16 tom. L31. Ved oppstart/strøminnkopling
nullstilles alle statuser med spesialminnecelle SM402, som kun er høy første scan etter oppstart.
I figur 23 er programbiten for statushåndtering vist.
Figur 23 PLS Flytte fra data til enkelte bit
Status for kommunikasjon med Profibus er programmert på samme måte som i miniprosjektet.
Side 22 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Aksjoner
Aksjoner som skal styres settes via batterimatede minneceller samles i et dataregister og sendes ut
på Profibus til slave. Dette er aksjoner som «start/stopp pumpe», «åpne en ventil» etc., hvor vi
bruker bitverdier til å sette/resette utganger på slaven. Dette er vist i figur 24.
Figur 24 PLS enkelt Bit til Data
Sende regulatorparametere
Det er master som sender ned alle parametere satt i InTouch eller operatørpanel ned til slave, og
som mottar alle statuser sendt opp fra slaven og videreformidler disse til Intouch og operatørpanel.
Da de batterimatede dataregistrene ikke automatisk sendes ut på ProfiBus, bruker vi en MOV-blokk
for å kontinuerlig kopiere parameterne over i dataregistre som sendes ut på ProfiBus. Vi har laget en
funksjonsblokk som flytter alle parameterne over i dataregister som går ut på ProfiBusen.
Funksjonsblokka har ingen innganger eller utganger, da alle dataregistre fra D100-D115 automatisk
sendes ut på ProfiBus. Hensikten med å samle koden i en blokk er å gjøre programmet kompakt og
oversiktlig.
Figur 25 PLS Flytte til batterimatede minneceller
Figur 26 PLS Flytte parametre til Profibus
Side 23 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Starte og stoppe pumpa
Pumpa skal startes både fra Intouch og operatørpanel. Vi har brukt et batterimatet dataregister som
vi har kalt «PUMPE_data» som enten har verdien 0 eller 1 ettersom pumpa skal starte (1) elle stoppe
(0). Ved strømbrudd beholder dataregisteret sin verdi slik at pumpa beholder samme status etter
som før strømbruddet.
Figur 27 PLS Start/Stopp pumpe
Å få pumpa til å starte etter strømbrudd var et problem vi jobbet en stund, da de batterimatede
minnecellene vi satte ble resatt etter strøminnkopling av ukjent grunn. Derfor endte vi opp med å la
verdien på et dataregister bestemme om minnecellene skulle være satt eller ikke.
Pumpa stoppes automatisk ved kritisk lavt eller høyt nivå (over 90% eller under 10%). Denne
programbiten er presentert i alarmdelen for slaven.
Auto/manuell regulering
Det er gitt i oppgaven at regulatoren, i tillegg til automatisk regulering, også skal kunne styres
manuelt. Dette gjøres ved å sette den i manuell modus hvor pådraget blir gitt av operatør som
«manuelt pådrag». Denne funksjonen må også ha en set/reset-funksjon av samme grunn som
pumpa. Vi har programmert regulatoren til å være i auto så lenge «AUTO_MAN_IN» er resatt (lav).
InTouch og operatørpanelet kommuniserer med «Aktiver_manuell» og «Stopp_manuell», se figur 28.
Figur 28 PLS Auto/Manuell
Side 24 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Regulatormoduser
Regulatoren skal kunne fungere både som P- og PI-regulator, og begge enten uten eller med P-, D-,
eller PD-foroverkobling. I Intouch har vi brukt «radio buttons», som ikke kunne gi diskrete, men bare
analoge verdier, 1, 2, 3 osv. Dermed har vi måtte lage en programdel som legger verdiene fra
knappene i Intouch over i dataregistre, for så å sammenligne disse med bestemte verdier for å sette
eller resette bitverdiene som angir regulatormodus. Valg av regulatormodus settes bare i Intouch,
ikke i operatørpanel. Valg av P- og PI-regulator er vist i figur 29.
Figur 29 Velge P/PI regulator
«Radio»-Knappene i Intouch har verdiene 1 og 2 når det er to knapper som står sammen, som her
styrer P- og PI-modus. Det samme er tilfellet med aktivering/deaktivering av foroverkoblingen, som
vist i figur 30, mens for valg av type foroverkobling gir knappene verdiene 1, 2 eller 3, da det er tre
valg. Dette har resultert i at vi bruker verdien i gitte dataregistre for å bestemme hvilken
regulatormodus som skal være satt. Programdelen for valg av foroverkoblingsmodus er vist i figur 30.
Her er det programmert slik at hvis D- og PD-foroverkobling er resatt, er P-foroverkoblingsmodus
satt. Hvordan dette settes i slaven er vist under avsnitt 2.5.3 Foroverkoblinsregulator.
Figur 30 PLS valg av foroverkobling
Side 25 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Styring magnetventiler
Riggen har tre magnetventiler som vi kan styre via Intouch eller operatørpanelet. Vi har laget
programmet slik at vi kan sette utløp til 0% (alle lukket), 33% (en ventil åpen), 66% (to ventiler åpne)
eller 100% (alle ventiler åpne), se figur #. Dette settes både i Intouch og i operatørpanelet.
For at statusen for ventilene skulle holde seg etter strømbrudd, måtte vi også bruke dataregistre for
indikasjon på hvor mange ventiler som skulle åpnes. Hvis vi brukte direkte set/reset-funksjon uten
dataregistre, beholdt de bare statusen sin en kort stund (ca. et scan) før de ble resatt. Dette
problemet var gjengående for alle aksjoner som skulle starte etter strømstans.
Under, i figur 31 vises programkoden som lukker alle ventilene, og her vises også koden som åpner to
ventiler. Den samme koden gjelder for alle utløp, null, en, to og tre ventiler åpne. Verdien i
«VENTIL_data» gjenspeiler antall åpne ventiler.
Figur 31 PLS Valg av utløp / Magnetventiler
Side 26 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
En egen programdel gir status på hvor mange ventiler som er åpne til Intouch og operatørpanelet.
Dette er vist i figur 32 under.
Figur 32 PLS Status magnetventiler
2.5.2 Slave-PLS
For å holde oversikt over hva som skjer i de forskjellige programdelene og for lett å kunne feilsøke,
har vi delt inn programmet i flere deler med hver sin oppgave. Dette er også viktig for å styre
rekkefølgen oppgaver utføres i. F.eks. må avleste verdier som vi tar vare på for videre beregninger,
oppdateres til slutt i programsekvensen, etter at pådraget ut fra regulatoren er sendt ut på DAomformeren. For å styre denne rekkefølgen legges programdelene i «Task 1», «Task 2» osv etter
hvilken rekkefølge de skal utføres i. Dette er vist i figur 33.
Figur 33 PLS Slave struktur
I Task 1 ligger programdelene for skriving og henting av data til og fra master, styring av pumpe og
ventiler, regulatorene og alarmhåndteringen. I Task 2 ligger programdelen som skriver og leser til og
fra AD/DA-omformeren. Det er viktig at denne oppgaven ikke gjøres samtidig som utregningene fra
regulatoren, men etter pådraget er regnet ut. I Task 3 oppdateres «forrige verdier». Dette må skje til
slutt etter at pådraget er sendt ut på DA og dataene er lest av.
Side 27 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Til/Fra Profibus
«Til_Fra_Bus» inneholder programkoden som sender og henter all data til og fra Profibus/masterPLS. Vi har laget funksjonsblokker som bruker TO- og FROM-blokker til å sende og hente data. Når vi
samler alle disse blokkene i egne funksjonsblokker blir programmet mer oversiktlig og lettere å lese
under monitorering når vi kjører reguleringen. Da kan vi enkelt lese av hvilke verdier som sendes og
hentes til og fra master.
Figur 34 PLS Slave til/fra Master
De ledige utgangene fra funksjonsblokkene er utganger fra bufferminner som ikke brukes. Vi har
mulighet til å hente og sende data fra og til totalt 15 bufferminner fra ProfiBus. Ved å lage en
funksjonsblokk som leser/skriver fra/til alle og tildeler hvert bufferminne et dataregister, kan vi
enkelt delegere hvilke verdier som skal hvor i slaven. Da har vi også oversikt over hva som er i bruk
og hva som er ledig av bufferminner og dataregistre. Programdelen i funksjonsblokkene i figur # og #
er vist i vedlegg #.
Side 28 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Statuser fra slave
I slaven har vi satt av 16 minneceller for statusindikasjoner som samles i et dataregister og sendes
opp til master. Statusene brukes som bekreftelser på at de aksjoner og innstillinger vi har satt fra pc
eller operatørpanel er utført/satt. Statuser som sendes opp er status for:



Pumpe (Start eller stopp)
Magnetventiler (åpen eller lukket)
Alarmer (avvik fra referanse og kritisk høyt eller lavt nivå)
MOV-blokka kopierer 16 minneceller fra M500-M515 over i dataregister D130 som sendes ut på
Profibus opp til master. K4 bety fire kvartetter som er lik 16 minneceller.
Figur 35 PLS Status bit sendes via Dataregister
Aksjoner fra master
Slaven mottar også et sett med minneceller «pakket» inn i et dataregister fra master på samme måte
som statuser fra slaven blir sendt. Dataregisteret kopieres over til et sett med minneceller med ei
MOV-blokk. Hvert enkelt bit setter hver sin funksjon, som er kommentert i figur 36.
Figur 36 PLS Aksjoner mottatt fra Master
Styring av pumpe og magnetventiler, slave
Pumpa på riggen startes ved å sette utgang Y4 på slaven høy. Det er et krav i oppgaven at den skal
stoppe om nivået når kritisk lavt (under 10%) eller høyt (over 90%) nivå, og tilstanden varer i over
fem sekunder. Om enten «LowLevelAlarm» eller «HighLevelAlarm» aktiveres, stopper pumpa. Pumpa
må også kunne overstyre i manuell modus, slik at man kan komme seg opp fra et kritisk lavt nivå,
eller ved en oppstartsfase av tanken. Magnetventilene på riggen styres av utgangene Y10, Y11 og
Y12. Status på utgangene sendes opp til master.
Side 29 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 37 PLS Styring utganger Slave
Avlesning av nivå, utstrømning og skriving av pådrag
I miniprosjektet laget vi en funksjonsblokk som skrev pådrag ut på DA-omformeren og leste av nivå
og utstrømning (flow) fra AD-omformeren. Denne funksjonsblokka har vi brukt videre i
entankprosjektet, men vi gjentar ikke innholdet inne i funksjonsblokka.
Figur 38 PLS Skriv/les AD/DA slave
Side 30 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.5.3 Serieregulator
P-regulator
Funksjonsblokka for P-regulatoren er vist over i figur #. Inn i blokka sendes Kp-verdien (Kp10),
nominelt pådrag (NomineltPadrag_u0), referanse (Referanse_r), avvik, aktivering av P-regulator
(RegModus) og indikasjon for manuell eller automatisk modus (ManAuto). Kp- og Ti-verdiene er
multiplisert med 10 før de blir sendt til slaven pga. heltallalgoritmen. Dette gjelder også for PIregulatoren og foroverkoblingen (Kpff og Tdff). Ut fra blokka sendes pådraget, som videre legges
sammen med et eventuelt pådrag fra foroverkoblingen og det grensesjekkes og sendes ut på DAomformeren.
Figur 39 PLS P-regulator
Funksjonsblokken inneholder heltallsalgoritmen for P-regulator hentet fra avsnitt 2.4:
𝑢=
𝐾𝑝10 ∗𝑒(𝑘)
10
+ 𝑢0 . Når P-foroverkobling er valg skal ikke det nominelle pådraget skrives til pådraget
fra P-regulatoren. Dette er det satt opp en sperre for i programmet.
Figur 40 PLS P-regulator algoritme - mellomregning
Side 31 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
«Mellomverdi» er pådraget fra P-regulatoren før det er grensesjekket. Pådraget skal skrives som en
8-bits verdi fra 0-250. Hvis utregningen blir negativ, settes pådraget til null, og hvis det blir over 250,
settes det til 250 før det kopieres over i den endelige variabelen for pådraget, «P_Pådrag», som går
ut av funksjonsblokka. Grensesjekken er vist i figur 41. Det er lagt inn sperrer for skriving til pådraget
hvis PI-regulator eller manuell modus er aktivert.
Figur 41 PLS Grensesjekk og pådrag
Under, i figur 42, er programbiten som kopierer 0 over til pådraget fra P-regulatoren om PIregulatoren er aktivert. Når «Regmod» er høy, betyr det at PI-regulator er aktivert.
Figur 42 PLS Av/På P-regulator
Side 32 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
PI-regulator
Figur 43 PLS PI-regulator
PI-regulatoren er også programmert som en egen funksjonsblokk. Parameterne som sendes inn i
blokka er referanse (Referanse_r), avvik, Kp (Kp10), integrasjonstid Ti (Ti10), forrige pådrag (Um1),
forrige avvik (em1), aktivering av PI-regulatoren (RegModus), indikasjon på manuell eller automatisk
modus (ManAuto) og samplingstiden (h_sampling). Ut fra blokka sendes pådraget, «Pådrag_PI», som
videre legges sammen med et eventuelt pådrag fra foroverkoblingen og deretter grensesjekkes før
det sendes ut på DA-omformeren.
Algoritmen som er brukt i regulatoren er hentet fra boka «Sanntidsdatateknikk. Per Hveem, 2014».
Først innfører vi hjelpevariabelen 𝑇𝑖ℎ =
𝑇𝑖
ℎ
Del 1 av mellomregningene vist under: 𝛥𝑈𝑖𝑘 =
𝐾𝑝10 ∗𝑒𝑘 +𝛥𝐼𝑅𝑒𝑠𝑡𝑘−1
𝑇𝑖ℎ∗10
Figur 44 PLS PI mellomregning 1
Del 2 av mellomregningene vist under: Δ𝑈𝑖𝑟𝑒𝑠𝑡𝑘 = (𝐾𝑝10 ∗ 𝑒𝑘 + Δ𝑖𝑅𝑒𝑠𝑡𝑘−1 )%(𝑇𝑖ℎ ∗ 10)
Uttrykket er det samme som i del 1, med en modulofunksjon, %, er brukt for å tar vare på resten av
heltallsdivisjonen som senere legges til. Den er representert av MOD_E-blokka.
Figur 45 PLS PI mellomregning 2
Side 33 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Til slutt regnes det endelige pådraget ut, som så grensesjekkes før det sendes ut av funksjonsblokka.
𝑈𝑘 = 𝑈𝑘−1 + Δ𝑈𝑖𝑘 +
𝐾𝑝10 ∗ (𝑒𝑘 − 𝑒𝑘−1 )
10
Figur 46 PLS PI grensesjekk og pådrag
Resten av hjelpevariabelen Δ𝑖𝑅𝑒𝑠𝑡𝑘 oppdateres på negativ flanke, når samplingstimeren går lav.
Det gis bare bidrag fra «PI_Pådrag» om «Regmodus», altså PI-regulatoren, er aktivert og den ikke står
i manuell modus. Pådraget skrives på positiv flanke når samplingstimeren går høy.
Figur 47 PLS PI-reg pådrag
Side 34 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.5.4 Foroverkobling
Foroverkoblingen er et tillegg til hovedregulatoren og gir ekstra pådrag på bakgrunn av
utstrømningen. Flowmåleren måler utstrømningen, som reagerer raskere enn målingen av nivået i
tanken. Ved å gi et pådrag på bakgrunn av utstrømningen kan man raskere regulere inn nivået ved
åpningen av ventilene. Foroverkoblingen skal fungere enten som P-, D-, eller PD-foroverkobling som
skal styres fra PC.
Vi har laget en funksjonsblokk som inneholder mulighet for alle typene foroverkobling.
Figur 48 PLS Foroverkobling
P-foroverkobling
Algoritmen i sin helhet er vist i avsnitt 2.4.
PLS-programmet for heltallsalgoritmen som regner ut pådraget er vist i figur #:
𝑢𝑃𝑓𝑓 (𝑘) =
𝐾𝑝𝑓𝑓10 ∗ (𝑣(𝑘) − 𝑣(𝑘 − 1))
10
Pådraget skal regnes ut enten når P-foroverkobling eller PD-foroverkobling er aktivert. Differansen
mellom nåværende og forrige utstrømning multipliseres med en K-forsterkning og divideres til slutt
på 10. Jo større differanse det er mellom dem i nåværende utstrømnings favør, jo større blir
pådraget.
Figur 49 PLS Foroverkobling P-Reg pådrag
Pådraget fra P-foroverkoblingen grensesjekkes før det legges til pådraget fra serieregulatoren og
sendes ut på DA.
Side 35 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
D-foroverkobling
Foroverkoblingen skal også ha en ren D-foroverkobling. Derivatordelen registrerer hvor hurtig
endringer skjer, i vårt tilfelle hvor hurtig utstrømningen endres. Den gir så pådrag etter hvor hurtig
endringene skjer.
Når ren D-foroverkobling er aktivert settes 𝐾𝑝𝑓𝑓 = 1 → 𝐾𝑝𝑓𝑓10 = 10. Dette skjer utenom
funksjonsblokka, under POUen «Parametere».
Figur 50 PLS Foroverkobling D-Reg endring av Kp til 1
Heltallsalgoritme for D-foroverkobling:
𝑢𝐷𝑓𝑓 (𝑘) =
𝑇𝑑𝑓𝑓10 ∗ 𝑢𝐷𝑓𝑓 (𝑘 − 1) 𝐾𝑝𝑓𝑓10 ∗ 𝑇𝑑𝑓𝑓10 (𝑣(𝑘) − 𝑣(𝑘 − 1))
+
𝑇𝑑𝑓𝑓
10 ∗ 𝑁
10 ∗ 10 ∗ (ℎ +
)
𝑁
Figur 51 PLS Foroverkobling D-Reg
De tre øverste blokkene, i figur 51 over, representerer den første brøken i uttrykket. Den nedre
halvdel, bestående av sju blokker representerer den andre brøken. Disse brøkene adderes til slutt. Ddelen av foroverkoblingen skal være utenfor anti-windup (grensesjekk), så det sendes rett ut av
funksjonsblokka og adderes til pådraget fra serieregulatoren.
Figur 52 PLS Foroverkobling pådrag D-del
Side 36 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
PD-foroverkobling
PD-foroverkoblingen summerer pådragene fra P- og D-delen. P-delen grensesjekkes, og deretter
legges bidraget fra D-delen til. Etter de er summert sendes de ut av funksjonsblokka.
Figur 53 PLS Foroverkobling PD-Reg
Pådrag ut på DA-omformer
Når pådraget fra serieregulatoren og foroverkoblingen er regnet ut, legges de sammen etter hvilken
regulatortype som er valgt i pc eller operatørpanel. «Pådrag_u» grensesjekkes så, før det kopieres
over i «Pådrag_ut», som skrives til DA-omformeren.
Figur 54 PLS Pådrag til DA-omformer
Side 37 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Manuelt pådrag
Når manuelt pådrag er valgt, er skriving fra regulatorpådraget deaktivert.
Figur 55 PLS Manuelt pådrag
Rykkfrie overganger
Rykkfrie overganger (Bumpless Transfer) vil si at endring av regulatortype eller fra manuell til auto og
motsatt ikke skaper rykk/hopp i prosessen eller pådraget. Oppgaven vår setter rykkfrie overganger
som et krav. Vi har sørget for at overgangen mellom P og PI går rykkfritt ved at begge pådragene
regnes ut kontinuerlig, og at vi bestemmer hvem som skal skrive til det endelige pådraget ut på DAomformeren. Pådraget mellom manuell og auto har vi satt slik at om manuell settes, blir pådraget
som er skrevet inn i Intouch eller operatørpanel, satt. Det forutsetter at manuelt pådrag er satt lik
det automatiske pådraget for at pådraget skal ligge urørt etter overgang.
Figur 56 PLS Rykkfrie overganger
Sampling
Vi har laget en timer som bestemmer når verdier skal skrives, leses og oppdateres under
reguleringen. Samplingstiden til regulatoren kan settes i Intouch, og bestemmer hvor ofte
regulatoren skal avlese nivå og utstrømning og skrive pådrag. Standard samplingstid for regulatoren
vår er 0.1 sekund. Timeren er laget slik at den resettes seg selv.
Figur 57 PLS Samplingstid
Side 38 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Revers og direkte modus
Oppgaven er det gitt at det skal være mulig å velge revers eller direkte modus for regulatoren.
Forskjellen er måten avviket regnes ut på. Det var ikke videre gitt at regulatorens skulle fungere i
begge moduser, så regulatoren er bare skikkelig fungerende i reversert modus, hvor avviket er lik
referansen minus nivået. Ved direkte modus er avviket lik nivået minus referansen.
Figur 58 PLS Revers/Direkte regulering
2.5.5 Alarmhåndtering
(Skrevet av MB)
Programmeringen av alarmer på nivå og referanse ble gjort i slaven ettersom alle verdiene vi trenger
ligger der, samt utgangen til alarmlampen er i slaven. Alarm for kommunikasjon ble programmert i
master.
Statusen for ProfiBus-kommunikasjonen ligger i bufferminne nr. 21. Dersom kommunikasjonen
mellom master og slave ikke fungerer går bit 12 i BFM#21 høy. Vi henter ut denne biten med en
FROM-blokk. Dersom statusen er lik 1 settes ett flagg som indikerer at Profibus-kommunikasjonen er
nede.
Figur 59 PLS Status Profibus
Side 39 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi laget en egen funksjonsblokk for alarmhåndteringen i slaven slik at alt som går inn og ut av
programbiten blir oversiktlig framstilt. Vi trengte kun nivået i tanken og referansen på inngangene til
funksjonsblokken for å regne ut alarmtilstandene. I tillegg måtte kvitteringen av alarmer fra
brukergrensesnittene inn på blokka. Ut fra blokka kommer alle alarmtilstandene pluss utgangen til
alarmlampen.
Figur 60 PLS funksjonsblokk Alarmer
Hvis nivået avviker mer enn 25% fra referansen skal det gå vanlig alarm. Det ble delvis utført på
måten vist i bildet under. I neste bilde regner vi ut om nivået er 25% under referansen. Referansen
blir trukket fra verdien 62 som er 25% av det totale nivået i tanken uttrykt i bit verdi. Dette blir gjort
med SUB-blokken vist i bildet nedenfor. Så blir verdien fra subtraksjonen sendt videre til
sammenligningsblokken LD<. Her blir verdien sammenlignet med nivået i tanken. Hvis nivået er
mindre enn verdien sendt fra SUB-blokka, settes et flagg for at avviket mellom nivå og referanse er
for stort. En lik programkode ble skrevet for avvik over referansen. SUB-blokka ble da byttet ut med
en ADD-blokk med de samme verdiene. Verdien blir sendt videre til en blokk som sammenligner om
nivået er større enn denne verdien.
Figur 61 PLS Alarm 25% under ref.
Kritisk alarm skal aktiveres om nivået går over 90% av tanken eller under 10%. I bildet under regner vi
ut om nivået er mindre enn verdien 25, som er 10% av det absolutte nivået i tanken. Når verdien i
Nivå er mindre enn 25 settes ett flagg for kritisk lavt nivå i tanken. For å regne ut kritisk alarm når
nivået er over 90% brukte vi en «større enn»-blokk som regner ut om nivået er større enn verdien
225 som er 90% av det absolutte nivået i tanken uttrykt i bitverdi. Når den kritiske alarmen går skal
pumpa automatisk stoppes.
Figur 62 PLS Alarm Kritisk lavt nivå
Side 40 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Ett av kravene til alarmene var at en alarmtilstand som ikke varte lenger enn 5 sekunder ikke skulle
utløse noen alarm. Det ble realisert på følgende måte, som også er vist i bildet under. Alarmflaggene
som blir satt etter utregningene får sine egne «timere». Så lenge ett av flaggene er satt vil den
respektive blokka OUT_T begynne å telle opp til verdien som er satt i inngangen «TValue». Verdien er
oppgitt i tidels sekund. Når blokka har telt opp til 5 settes en individuell bit for hver blokk.
Figur 63 PLS Alarmer tidsbegresning
For blokka «TC1» heter den individuelle bit’en «TS1». Når denne blir satt høy 5 sekunder etter at
alarmtilstanden ble satt, får vi varsel om alarmtilstanden. Varselet sendes på utgangen til
funksjonsblokka ved at utgangen settes høy.
Figur 64 PLS Alarmer Tidsforsinkelse
Alarmen kan kun resettes dersom tanken går ut av alarmtilstand, som igjen setter TS1 lav, i tillegg til
at det fysisk må kvitteres fra ett av brukergrensesnittene som er koblet til systemet.
Figur 65 PLS Alarmer Kvittering
I tillegg til at alarmer skal vises i brukergrensesnittene skal en lampe på selve riggen indikere om en
alarm er kritisk, vanlig, eller kvittert. Ved vanlig alarm skal lampen blinke på og av med 0,5 sekunders
intervaller. Ved kritisk alarm skal lampen blinke med 0,2 sekunders intervaller. Når en alarm er
kvittert men det fortsatt er alarmtilstand skal lampen lyse konstant. Når det ikke lenger er
alarmtilstand og den er kvittert slukkes lampen. Neste bilde viser hvordan vi realiserte den kritiske
alarm frekvensen ved hjelp av en timer og en holdekrets. En timer sender ut en puls hvert 2. tidels
sekund ved at timeren resetter seg selv ett scan etter at den er ferdig å telle. For hver puls på TS5 vil
M1 bytte status mellom høy og lav. For vanlig alarm på 0,5 sekunds intervaller ble en identisk
programkode laget med en endret «TValue» på 5. For vanlig alarm brukte vi minnecelle M0 i
holdekretsen.
Side 41 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 66 PLS Alarmlampe blink
Neste bilde viser programbiten for alarmlampen. Vi ser at når vi har vanlig alarm men ikke kritisk
alarm, i tillegg til at vi ikke har fått noen kvittering fra operatøren, vil M0 gjøre at alarmlampen
blinker med frekvens på 0,5 sekund på og 0,5 sekund av. Skulle en kritisk alarm bli utløst derimot, vil
minnecelle M1 gjøre at lampen blinker med frekvens 0,2 sekund. Dersom vi har kvittert alarmen men
fortsatt har alarmtilstand vil lampen lyse konstant.
Figur 67 PLS Alarmlampe
For å sørge for at alle alarmer må kvitteres blir kvitteringen satt og resatt. Kvitteringen blir satt av
operatør på ett av brukergrensesnittene. Kvitteringen resettes hver gang en alarm går. På denne
måten vil alle nye alarmer resette kvitteringen, som sørger for at operatøren fysisk må kvittere for
alle alarmer som går.
Figur 68 PLS Alarmer kvittering
Side 42 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.6 HMI programmering
2.6.1 OPC-server og tagger
(Skrevet av MB)
OPC gjør kommunikasjonen mellom produkter fra forskjellige produsenter mulig. En OPC server ble
derfor satt opp for å muliggjøre kommunikasjon mellom Mitsubishi master-PLS og
brukergrensesnittet som ble laget i Wonderware Intouch.
Det er viktig at PLS-programmet er overført til PLSen, og at GX Works er lukket før man setter opp
OPC serveren første gang. Det første vi gjør etter vi har åpnet OPC serveren er å konfigurere den for
vår master-PLS som er en Mitsubishi Q-E71. Vi velger merke og serie og skriver inn PLSen sin IPadresse. Nå vet OPC serveren hvilken adresse den skal kommunisere med på Ethernettet.
I master-PLSen brukes bit- og ordadresser for å overføre informasjon til og fra både slaven og
brukergrensesnittene. I OPC serveren definerer vi alle de brukte adressene som tagger. Vi
spesifiserer også hva slags type adresse den skal prate med enten det er en bitadresse, for eksempel
en minnecelle, eller en ordadresse, eller et dataregister. Nå vet serveren hvilke adresser den skal
kommunisere med i selve PLSen. Taggene får samme verdi i OPC som i PLSen, og disse endres
ettersom verdiene endres i PLS.
Når vi er ferdig med å opprette alle taggene vi trenger startes OPC serveren. Den har nå forbindelse
til PLSen og vi kan monitorere verdiene til alle adressene som vi har definert i serveren. Vi kan også
monitorere statusen på forbindelsen mellom server og PLS. Så lenge serveren er oppe og går kan vi
ikke endre de taggene vi allerede har opprettet, men vi kan opprette nye tagger og grupper.
OPC serveren er nå oppe og går, og klar til bruk. Vinduet må ikke lukkes så lenge vi skal ha
kommunikasjon mellom utstyret.
Figur 69 OPC Tag liste
I tillegg til en OPC server trenger vi en OPC klient som er forbindelse fra utstyret inn til serveren.
Klienten som oversetter data inn fra/ut til PLSen er innebygd i OPC serveren.
OPC klienten som forbinder OPC server og Intouch heter Wonderware OPC Link og følger med
Intouch. Når man åpner OPC Link må man opprette en konfigurasjonsfil hvor de satte innstillingene
lagres. Dette fordi Intouch skal kunne åpne OPC Link automatisk når man åpner prosjektet. Etter man
har opprettet filen definerer man hva OPC serveren heter som Intouch skal ha forbindelse med. I vårt
tilfelle Beijer.Electronics.OPC.Server. I tillegg definerer vi hva PLSen heter. Dette gjøres fordi man i
Intouch gjerne styrer mange forskjellige PLSer.
Vi har nå kommunikasjon mellom Intouch og server, og videre til master-PLS.
Side 43 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Det første vi gjorde i Intouch var å opprette tagger for de adressene som brukes i PLSen. Taggene kan
man si er et duplikat av adressene i PLSen, og vi kan aktivere disse for å styre adressene i PLSen. Vi vil
at taggene som brukes skal referere til de taggene vi har opprettet i OPC serveren og må derfor
bruke en modul i Intouch som heter OPC TagCreator. Etter at vi har koblet OPC serveren opp
mot Intouch med OPC Link finner vi nå de samme taggene som vi opprettet i serveren igjen
i TagCreator. Først velger vi den topicen vi ønsker fra OPC Link. Her finner vi igjen navnet på PLSen.
Så lager vi et accessname for de taggene vi skal opprette. Vi laget bare ett accessname kalt ”master”,
men om man har flere PLSer og massevis av tagger er det viktig å organisere taggene med
flere accessnames. Så oppretter vi en og en tag som deretter dukker opp i en liste i et eget vindu
nederst på skjermen.
Vi importerer taggene til Intouch. Vi kan se at TagCreator har importert gruppene vi laget i OPC
serveren og taggene som ligger i hver gruppe. Når vi markerer en tag kan åpnes muligheten for å
trykke ”Create Tag”. Hvis vi trykker på denne vises den nye taggen i en liste.
En liste over alle tagger finner vi under Tag Directory. Her kan man også redigere navnet på taggene,
hva slags type tag det skal være og andre detaljer. Noe vi fikk mye bruk for i dette prosjektet var
skaleringen av taggene. Dette betyr at verdien endres i Intouch før den sendes ut på OP serveren.
Som vi ser på figur 70 skriver vi inn en verdi mellom 0 og 100 i Intouch. Verdien blir skalert til en verdi
mellom 0 0g 250 og denne verdien sendes ut til OPC serveren
Figur 70 OPC Tag eksempel skalering
Side 44 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.6.2 Design InTouch
(Skrevet av MB)
Det første som ble laget i Intouch var det hele prosjektet egentlig handler om, nemlig tanken. Det var
viktig at designet av tankgrafikken var enkel, lett gjenkjennelig, samtidig som den skal passe inn i et
større system av grafikk med ventiler, pumpe og andre komponenter. Hovedpoenget med designet
av tanken var allikevel å vise nivået i tanken på en måte som gjør at man umiddelbart får en ide om
hvor høyt vannstanden ligger. Vanntanken ble designet meget enkelt som en gjennomsiktig tank med
sorte kantlinjer, blått fyll og en anelse lysere bakgrunn enn resten av skjermbildet. På denne måten
skjønner operatøren umiddelbart hva dette er, samtidig som framstillingen er enkel og grafikken blir
«ren» og ryddig. Tanken ble plassert midt i hovedprosessbildet for videre å tydeliggjøre at dette er
hva hele programmet handler om. Fyllet i tanken ble koblet til taggen for nivået i tanken i menyen
Animation Links->Vertical Fill. Man kommer seg til denne menyen ved å dobbeltklikke på grafikken
man vil endre animasjonsinnstillingene på. Her skriver man også inn hva verdien på taggen man
bruker er ved maksimum fyll og minimum fyll.
Figur 71 InTouch Nivå tag
Neste steg ble å legge inn referansen som en stripe på tankgrafikken. Vi valgte å bruke en fargen gul
for å framheve at dette ikke er nivået i tanken. Vi unngår å bruke fargen rød da denne fargen brukes
utelukkende på alarmer for å unngå forvirring. Vi vil at denne referanse-stripen skal flyttes opp og
ned etter hva vi setter referansen til. Vi går derfor inn i Animation Links->Vertical Location hvor vi
kobler denne til referanse-taggen. Ved denne innstillingen kan vi få referanse-stripen til å bevege seg
vertikalt etter hva verdien på referanse-taggen er. Måten vi gjorde dette på var ved å plassere stripen
der hvor 100 % av referansen ville være, og brukte koordinatene på windows-pilen som ligger nede
til høyre i InTouch vinduet til å finne koordinatene til det som ville være 0 % av referansen. Verdiene
ble skrevet inn i Vertical Location-vinduet som vist i figur 72.
Side 45 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 72 InTouch Plassering av referanse
Etter vi følte oss ferdig med tanken kom designet og animasjon av resten av riggen. Vi begynte med
reguleringsventilen. Vi ville fortsette med det enkle, rene designet som vi begynte med på tanken og
bestemte oss for å lage en ventil som viser pådraget som fyll. Dette gir operatøren raskt en anelse
om hvor stort pådraget er i forhold til maksimum pådrag. Symbolet for reguleringsventilen ble bygget
opp av flere andre symboler, noe som gjør at muligheten til å lage celler i Intouch kommer godt til
nytte. Denne funksjonen gjør at vi kan sette flere symbol sammen til én celle, noe som gjør alt mye
lettere i Intouch om man for eksempel skal flytte om på grafikk man har laget. Vi kan lett se for oss
forskjellen på figur 73 under.
Figur 73 InTouch Reguleringsventil
Utløpsventilene på selve tankriggen er magnetventiler så de måtte designes på en annen måte enn
reguleringsventilen. Ventilene er enten åpen eller lukket så fargen på fyllet ble satt til enten fullt eller
tomt.
Det var viktig å få fram statusen på pumpen på tankriggen på en tydelig måte. Vi valgte å fortsette
trenden med grønt fyll når ting i systemet var åpent, eller på. Dette gjorde vi også for pumpa, men i
tillegg ville vi endre posisjon på symbolet for å tydeliggjøre om pumpa var på eller av. Vi ville derfor
vri symbolet 90 grader når pumpa var slått av.
Figur 74 InTouch Pumpe
Side 46 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Dette gjøres ganske enkelt i Animation Links->Orientation. Man skriver inn hva verdien på taggen er i
posisjonene maksimum moturs og maksimum medurs, i tillegg til hvor mange grader man vil at
symbolet skal vris og i hvilken retning i forhold til startposisjon.
Figur 75 InTouch Animering pumpe
Til slutt lagde vi rørene mellom de forskjellige komponentene på riggen. Vi valgte å animere rørene
for å tydeliggjøre hvor det faktisk renner vann i rørsystemet. Fyllet endrer dermed farge i forhold til
hvilke komponenter som er åpen eller lukket. På denne måten kan enhver person oppfatte hva som
skjer i prosessbildet. Dette vil i tillegg få fram statusen på de forskjellige komponentene på en bedre
måte enn om rørene hadde en konstant farge. Vi valgte selvfølgelig blå farge når det renner vann i
rørene, mens vi valgte en mørkgrå tone når rørene er tomme. Grunnen til dette var for å skille rørene
fra bakgrunnen og i tillegg få en kontrast til tanken i tom tilstand.
Figur 76 InTouch Animering rør/ventil
Vi valgte å legge til små vinduer med de forskjellige målte verdiene slik at man i tillegg til å se på de
grafiske modellene, kan lese av en eksakt verdi for målingene.
Figur 77 InTouch display av verdier
Side 47 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi valgte å plassere prosessbildet i midten av fanen for å framheve at dette er midtpunktet i hele
programmet. Til venstre begynte vi å plassere små ruter for de forskjellige parameterne på
regulatoren og foroverkoblingen. Vi skiller mellom de forskjellige gruppene parametere ved å ramme
de inn slik som vist på figur 78. Vi valgte radioknapper for å bytte mellom P og PI for regulatoren, og
P, D og PD for foroverkoblingen. Disse ble valgt på grunn av det enkle designet, samt at man lett ser
hva slags innstilling man står i.
Figur 78 InTouch Regulator parametere
Vi valgte å se på de tre utløpsventilene som en ventil når vi setter den fra Intouch. Vi laget derfor fire
knapper som setter utløpet i prosent. Statusen på ventilene vises fortsatt som tre individuelle
ventiler på prosessbildet. Vi valgte å gjøre det på denne måten for å gjøre presentasjonen så enkel
som mulig. Da kan man enkelt hoppe fra én åpen ventil til tre åpne ventiler i ett klikk.
Figur 79 InTouch Knapper utløpsventiler
For innstillingene av pumpa og det manuelle pådraget valgte vi trykknapper som vist i figur 80.
Grunnen til dette var at disse funksjonene skal kunne styres både fra Intouch og iX Panelet, noe som
gjør at sett og reset-knapper er mest hensiktsmessig. Da kan begge funksjonene styres og endres
samtidig av både Intouch og iX panelet. Det vil si at om pumpa startes i Intouch vises dette i iX
panelet.
Figur 80 InTouch Knapper
Side 48 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Sanntidstrender er viktig for å vise utviklingen av en prosess den siste tiden. En egen sanntidsfane ble
laget med to forskjellige trender. Den ene viser nivået med referansen og pådraget. Den andre viser
pådrag og flow i forhold til hverandre. Begge viser trenden de siste 5 minuttene. I tillegg til dette
ønsket vi å ha en trend i hovedfanen slik at man lett kan se hva som har skjedd i prosessen uten å
bytte fane. Dette er hjelpsomt om man er borte fra arbeidsstasjonen i en stund eller opptatt med
noe annet i et øyeblikk. I figur 81 vises innstillingene for et sanntidstrendvindu. Vi ser hvordan
trenden blir med disse innstillingene også.
Figur 81 InTouch Trender
En historisk trend ble også laget slik at man kan søke seg tilbake flere timer eller dager for å se
hvordan utviklingen av prosessen har vært over lengre tid. Dette kan være viktig om man ser at
prosessen ikke er som den skal og man vil finne ut når dette skjedde, og hva som skjedde med de
andre målte verdiene.
2.6.3 Design iX-panel
(Skrevet av AA)
For En-tank prosjektet ligger det klare føringer i oppgaveteksten for hvilke betjeningsmuligheter man
skal ha på operatørpanelet. Dette operatørpanelet vil ikke ha brukerkontroll i form av innlogging
eller andre sperrer. Dermed er det hensiktsmessig å ikke legge for mange innstillingsrettigheter på
operatørpanelet.
Derfor er det hos oss kun mulig å bytte mellom manuell og automatisk regulator. Man må også ha
muligheten for å sette manuelt pådrag for regulatoren i manuell modus. Man kan også sette
referanse fra operatørpanelet.
Da operatørpanelet kun er ett alternativ til InTouch, må man lage skjermbildene slik at de ikke
overstyrer og blokkerer for hverandre. Dette løser man med å velge variabler/tagger som har
muligheten til både å lese og skrive. Disse «Read/Write» variablene velger man i starten av prosjektet
under opprettelsen av tagger. Disse kommuniserer mot ett dataregister eller ett bit i master-PLSen.
Her leser det stadig av verdien, slik at panelet vil vise riktig verdi dersom verdien endres fra ett annet
sted enn operatørpanelet. Dette er viktig for å unngå forvirring.
Side 49 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Dersom kommunikasjonen mellom operatørpanelet og controlleren faller ut, vil man få feilmeldingen
«comm err station 1». Da fungerer selvfølgelig ikke panelet på noen som helst måte.
Operatørpanelet har vi designet slik at det skal være enkelt å finne den informasjonen du er ute
etter. Det skal ikke ha for mange momenter som tiltrekker seg din oppmerksomhet uten å være
viktig. Derfor bruker vi grå og rolige farger. Ved grafisk illustrering bør man holde grafikken på ett
fornuftig nivå. Her kan det fort bli for mye unødvendige illustrasjoner.
Vi har valgt å kun animere tanken for å vise nivået. Alle de andre komponenter i systemet har vi
laget lamper og brytere til. Dette fordi vi mener at alle rør og detaljerte tegninger over prosessen
hører hjemme på InTouch, og kun vil virke forstyrrende på operatørpanelet. Operatøren kjenner
likevel prosessen, slik at vi trenger ikke vise hvor pumpen henter vannet, og hvor den leverer det.
Ventilene er også åpenbart i bunnen. Slike animasjoner og grafikk virker ofte mot sin hensikt.
Det viser seg at analoge animerte verdier oppfattes raskere og enklere av mennesker enn digitale
verdier. Dette er grunnen til at vi animerer tankverdien.
Informasjonen på operatørpanelet bør deles inn i ulike grupper ut ifra hvor i prosessen de forskjellige
komponentene befinner seg. Man kan også dele opp i forskjellige komponentkategorier og
funksjoner i egne «rammer» på skjermen. Dette gjør at man enklere finner riktig komponent.
Vi har total fem vinduer å velge mellom i operatørpanelet




Oversiksvindu
2 x trendvinduer
Vindu for Innstillinger
Alarmvindu
Navigasjonen mellom
vinduene gjøres ved
hjelp av knapper
plassert i bunnen av
skjermbildene.
Vinduet som heter
Oversikt er
utgangsvinduet vårt
som man kan
navigere frem og
tilbake fra.
Figur 82 iX-panel Navigasjonsmuligheter
Side 50 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Oversiktsbilde
Det første vinduet om kommer opp er et oversiktsbilde hvor nødvendig informasjon vises og man kan
bestemme utløpet man vil ha. Hver knapp og indikator er knyttet opp mot en tag som gjør
kommunikasjonen mellom panelet og PLS mulig. Helt til høyre i panelet står det en indikator som
leser nivået i tanken, det er også en rute som viser nivået i prosent.
Figur 83 iX-panel Nivåindikator
I bildet over vises hvordan indikatoren er knyttet til tag Niva_tank_1, mer om tagger er beskrevet
senere i dette avsnittet.
En utfordring med knappene i panelet var å få de til å gi pulser i stedet for å sette en verdi høy hele
tiden. Eksempelvis hvis det ønskes 33% utløp, og det trykkes på knappen for 33% utløp vil den sette
en minnecelle høy i PLS, og den vil derfor være «oppbrukt». Dette løste vi med en innebygd funksjon
i iX Developer som lar oss sette og resette taggene ved forskjellige handlinger. Vi har valg at taggen
settes når knappen blir trykt ned, og resatt når den slippes opp.
Figur 84 iX-panel Actions til knapper
Side 51 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Trend
Vi ønsker å kunne vise historisk trend på operatørpanelet. Dette for at operatøren ute i felt ønsker å
raskt kunne se om prosessen tilfredsstiller kravene som stilles.
Dette trenger ikke å være avansert,
med god oppløsning, kun en rask
visning av hvordan ting utvikler seg. iXpanelet har muligheten til å vise flere
grafer i samme vindu. Dette er greit når
dataen som skal vises er innenfor
omtrent samme område. Dersom det er
store sprik i størrelsene på verdiene bør
man bruke flere trendvinduer. Dette for
at vi skal få en grei oppløsning på Yaksen. Hos oss ønsker vi å vise
settpunkt, nivå og pådrag. Alle disse
verdiene er i prosent, og kan da vises i
ett vindu med grei skalering av Y-aksen.
Figur 85 iX-panel Trendvindu
Figur 86 iX-panel Trendkurver oppsett
Man velger selv hvor lang tid man ønsker å vise i trendvinduet. Dersom prosessen er rask, bør man
velge ett kort tids-intervall for å få ei grei oppløsning i grafen. Hvis prosessen har en form for
svingninger kan det være lurt å ha ett mye lenger tidsvindu enn periodetiden på svingningene. Da
spiller ikke oppløsningen på kurven noen stor rolle, men derimot muligheten til å se flere svingninger
på samme bilde. Dette gjør at man kan danne seg ett bilde av om svingningene tiltar eller avtar i
amplitude. Her bør man ha muligheten til å se mange svingninger for å se hvordan de forskjellige
innsvingningsforløpene ser ut med forskjellige innstillinger.
Når man arbeider med å trimme inn en prosess, kan det noen ganger være ønskelig å stanse
loggingen for å se nøyere på en spesiell tidsperiode. Dette kan man enkelt gjøre i iX-panelet. Man
oppretter bare en knapp som man tildeler de riktige egenskapene i forhold til trendviseren.
Dersom man under logging opplever kommunikasjonsproblemer mellom operatørpanelet og
controlleren den er tilkoblet vil man se på kurvene at tegningen stanser i den perioden
kommunikasjonen er nede. Kurvetegning starter igjen automatisk når kommunikasjon på nytt er
etablert. Vi har to trendvinduer i panelet, et med en oppløsning på ett minutt og et med oppløsning
på en time.
Side 52 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Innstillinger
På en arbeidsplass med hvor de ansatte har varierende kunnskap om utstyret kan det lønne seg å
sortere hvem som skal få gjøre kritiske forandringer på systemet. Det er kritisk at
regulatorparameterne blir forandret av en som vet hva han driver med. Vinduet for innstillinger er
derfor brukerbegrenset.
Figur 87 iX-panel Skjermbilde Instillinger
Her kan regulatorparameterene leses og skrives, og man kan bytte fra Auto til Manuell og fra P til PI.
Lampene indikerer hva som er av og hva som er på ved grå og grønn farge. Dette er gjort ved å
knytte de til statusminneceller. Byttet mellom P og PI gjøres ved at en minnecelle settes høy ved PIregulering og resettes ved P-regulering.
Vi har valgt å ha med indikatoren for nivået i tanken her slik at man hele tiden har god oversikt over
prosessen.
Figur 88 iX-panel Indikatorfarger
Side 53 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.6.4 Alarmhåndtering InTouch
(Skrevet av MB)
Det første vi måtte gjøre var å la Intouch få vite hvilke tagger som skal gi alarm. Dette gjøres i
Tagname Dictionary. I figur 2.6.4.1 under kan man se dette vinduet. Hvis vi klikker på alarmer kan vi
velge om det skal gå alarm når taggen går høy under Alarm state. Siden alle våre alarmer er diskrete
er dette det eneste vi trenger å gjøre for at en tag skal gi alarm. I tillegg kan vi velge hvilken prioritet
alarmen skal ha under Priority. Prioriteten på alarmene går fra 1-249 for kritisk prioritet, 250-499 for
høy prioritet, 500-749 for liten prioritet og 750-999 for de som kun er til informasjon. I tillegg kan vi
legge inn en kommentar som skal vises i alarmvinduet når en eventuell alarm går.
Figur 89 InTouch Alarmtag
Alarmhåndteringen i Intouch blir utført fra et eget vindu kalt «alarmer». Knappen for å komme til
denne siden ligger på menylinjen øverst i programbildet. Her skal vi kunne lese alarmer som har gått,
kvittere alarmer, og lese alarmer som er kvittert. Vi valgte å legge inn et vindu som lister alle alarmer
som går. Dette vinduet ligger forhåndslaget i InTouch. Her får vi oppgitt massse info om alarmen
blant annet tidspunkt for alarmen, hvilket prioritet alarmen har og operatøren som var innlogget ved
alarmtidspunktet.
Figur 90 InTouch Alarmvindu
Side 54 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi trengte også en måte å kvittere alarmene på. Dette kan gjøres ved å høyreklikke på det
forhåndslagde alarmvinduet og kvittere derfra, men vi ville ha en enklere måte å gjøre dette på. I
tillegg til å kvittere alarmene i InTouch måtte vi også sende en kvittering til PLS for å kunne starte
pumpe og slukke alarmlampe på riggen. Dette ble kombinert ved å lage en knapp som kvitterer
alarmene både i Intouch og i PLSen. I menyen Animation Links->Touch Pushbuttons->Action kan vi
skrive et skript som utfører flere aksjoner i Intouch ved forskjellige steg i utførelsen av selve trykket
på knappen. I figur 91 ser vi hvordan vi kvitterer for alarmene i Intouch samtidig som vi setter taggen
som kvitterer alarmer i PLSen høy når venstre museknapp trykkes ned. For å resette taggen som
kvitterer i PLS velger vi at når venstre museknapp slippes skal kvitteringstaggen settes lav igjen. På
denne måten sender vi kun en puls ned til PLS. Dette fordi kvitteringen i PLSen skjer på puls.
Figur 91 InTouch Kvitterings script
Det som nå gjensto var å finne en måte å alarmere operatøren på, på en enkel men effektiv måte. Vi
ble enig om at hvis knappen som åpner alarmvinduet blinker rødt ved alarm ville dette være
hensiktsmessig på flere måter. Først og fremst fordi knappen er ganske stor i seg selv så hvis det
blinker rødt rundt den ville dette vises veldig godt i programvinduet. I tillegg viser det med en gang
hvor operatøren skal klikke for å finne ut alle detaljer om hva det er som har skjedd. Dette ble
gjennomført ved delvis å gjemme en rød rute bak alarmknappen som kun vises og blinker ved
alarmtilstand.
Figur 92 InTouch Alarmknapp animering
Under Animation Links->Miscellaneous->Blink gjøres dette ganske lett ved å velge en tagg som skal
bestemme når den røde ruten skal blinke. Vi krysser av for at den skal «Blink Invisible». Så går vi
under Visibility og velger at når taggen som gjør at ruten blinker går lav, skal ruten ikke vises i det
hele tatt. Dette er vist i figur 93.
Side 55 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Figur 93 InTouch Oppsett blinking alarm
For å gi operatøren en viss anelse om hvilken alarm det er som har gått laget vi tre lamper for de tre
alarmkategoriene vi har på dette prosjektet. Vi laget en for kommunikasjonen mellom master- og
slave-PLS, en for kritisk alarm som gjelder nivået i tanken, og en for vanlig alarm som gjelder for store
avvik fra referansen.
Figur 94 InTouch Alarm indikatorer
Side 56 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.6.5 Alarmhåndtering iX-panel
(Skrevet av AA)
Ix Developer programmet har en egen alarmkontroller. I denne kontrolleren kan man legge til tagger
som skal gi alarm på panelet. Man har muligheter til å lage alle betingelsene for alarm lokalt i
operatørpanelet. Dette kan eksempelvis være: «Nivå>65». Dette vil gi en alarm når verdien for
taggen «nivå» overstiger 65. Man kan også lage digitale alarmer ved å gi betingelsen >0. Normalt bør
man holde opprettelsen av alarmer til PLSen. Dette på grunn av at alarmer bør opprettes på ett sted
for å ha et godt system i alarmene.
Figur 95 iX-panel Alarmvindu
Det å få Ack’et alarmene på
panelet og videre i PLS viste
seg å bli et problem når vi
brukte standardoppsettet i
iX-developer. I
standardoppsettet ligger det
en Ack-knapp ved clearknappen i bildet over.
Problemet var at vi ikke fikk
resatt minnecellen vi heftet
til knappen. Løsningen ble å
lage «Ack all alarms»knappen som setter og
resetter minnecellen ved
trykk som nevnt tidligere.
I alarmserveren lager man en tekst som vil bli den teksten som vises på skjermen i det alarmen
trigges. Dette bør være kort, men beskrivende for hvilken tilstand som har oppstått. Dette for å raskt
kunne få forståelse for hva som har skjedd.
Figur 96 iX-panel Alarmserver
Side 57 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Man bør gi en alarm for den første feilen som oppstår. Feil som oppstår som en følge av den første
feilen bør ikke gi alarm, da de som regel er «følgefeil», og ikke relevant. Hvordan dette skal
presenteres velger man blant mange alternativ i menyen.
Dersom man har flere operatørpanel eller skjermsystemer bør man velge en metode som avstiller og
resetter alarmene på alle steder samtidig. Dette gjøres ved å velge «Remote Acknowledge» i
innstillingene. Dette vil være et bit som kommer fra controlleren, men kan settes hvor som helst
blant operatørpanelene. Dersom man kun har ett operatørpanel trenger man ikke å bruke denne
funksjonen, da alarmviseren har en innebygget knapp for resetting av alarmer.
2.6.6 Operatørnivåer og rettigheter
(Skrevet av AA)
Både i InTouch og på operatørpanelet har vi laget forskjellige nivåer av rettigheter. Her vil vi tildele
forskjellige muligheter til de ulike nivåene av kompetanse brukerne sitter med.
Det laveste nivået 1 vil ha muligheter til å lese av driftsstatus på deler av prosessen, samt noen
alarmer. Denne brukeren vil ha sterk begrensede muligheter for å skrive inn ny data til prosessen.
Nivå 2 vil være den typiske operatøren som kjenner prosessen godt, og som vet hva han/hun holder
på med. Dette vil tillate endring av settpunkt, samt kvittering av alarmer. Dette vil være nok
rettigheter til å kjøre prosessen i en normal driftssituasjon.
Nivå 3 vil være «superbrukeren». Dette er personell som har dyptgående kompetanse, og har ofte
vært deltagende i designet av anlegget. Disse kan endre på måten prosessen kjøres på. Dette vil være
endring av regulatortype og regulatorparameter. Her vil man som regel være svært restriktiv i å
tildele personell tilgang, da disse innstillingene ofte er ett resultat av erfaringene fra lang tids drift av
anlegget.
Side 58 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Rettigheter for tilgangsnivåer i InTouch
Variabel
Operatør
1
Leses
Operatør
2
Operatør
3
Operatør
1
Skrives
Operatør
2
Operatør
3
X
X
Referanse
X
X
X
Nivå I tank
Kp til regulator
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Ti til regulator
U0 til regulator
Valg mellom P- og PI-regulator
KpFF til regulator
TdFF til regulator
NFF til regulator
Valg av forroverkoblingstype.
Ingen, P, D, eller PD
Magnetventiler utløp
Utstrømming fra
gjennomstrømningsmåler
Start/stopp tilstand til pumpe
Auto/manuell tilstand
Pådrag
Melding om alarmer
Kvittering av alarmer
Samplingstid tank
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Side 59 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Rettigheter for tilgangsnivåer i iX-panelet
Variabel
Alle
Skrive
Lese
Referanse
X
X
Operatør 3
Skrive
Lese
X
X
Ekstra
Manuelt pådrag
X
X
X
X
Modus: Auto / Manuell
X
X
X
X
Pådrag
-
X
-
X
Nivå i tank
-
X
-
X
Melding om alarmer
-
X
-
X
X
X
X
X
Kp til regulator
X
X
*
Ti til regulator
X
X
*
Samplingstid
X
X
*
KpFF til foroverkobling
X
X
*
TdFF til foroverkobling
X
X
*
NFF til foroverkobling
X
X
*
Valg av modus serieregulator,
P/PI
Åpning utløp, magnetventiler
X
X
*
X
X
*
Kvittering alarm
Start/stopp pumpe
X
X
X
X
Vi har valgt å legge til noen ekstra funksjoner til iX-panelet, utover de som er beskrevet i
oppgaveteksten. Alle disse krever at brukeren logger inn med tilgangsnivå «Operatør 3».
Side 60 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Innlogging iX panel
Vi har i utgangspunktet ikke laget noen innlogging for bruk av operatørpanelet. Dette for at det skal
være raskt og enkelt å bruke. På siden for innstillinger har vi likevel valgt å legge noen restriksjoner.
Vi har laget knappen som sender deg til bildet «Innstillinger» på en slik måte at den kun er synlig når
man har logget seg inn med brukeren «Operatør3» som i InTouch har alle rettigheter. Dette vil
forhindre at en uautorisert bruker roter til innstillingene i prosessen.
Figur 97 iX-panel innlogging
Man kan også gjøre det nødvendig å logge seg inn for i det hele tatt å bruke panelet. Dette vi være
aktuelt i områder der ikke-kyndige ferdes, og i offentlige rom. Da er det også lurt å benytte seg av
muligheten for at panelet automatisk logger ut brukeren dersom denne er inaktiv i noen minutter.
Dersom det er påkrevd kan man lage flere nivåer i rettighetene. Dette kan gjøres for å la noen
personer endre standard verdier som settpunkt, modus, pådrag etc. Andre derimot kan ha tilgang til
å endre regulatorinnstillinger, alarmgrenser, slette loggfiler eller andre kritiske håndgrep.
Figur 98 iX-panel operatørnivåer
Side 61 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.6.7 Web-grensesnitt for iX panel
(Skrevet av ØE)
iX TA-100 panelet har mulighet til å settes opp med webgrensesnitt, for fjernstyring av prosessen.
Det er flere måter å gjøre dette på. Panelet har en innebygget webserver, som viser en hjemmeside
som ligger lagret i panelet, denne er kommuniserer. Panelet kan også settes opp slik at man koblet til
via en Java® Server, som viser skjermbildene fra panelet i webleseren.
Via hjemmesiden (http://www.hekta.org/~p2ea1) er det lagt ut link til begge funksjonene.
Webgrensesnitt
Figur 99 iX-panel Webgrensesnitt
For å lese ut og sette verdier benyttes det et innebygget Java Script i panelet. Vi hadde kun
dokumentasjon på hvordan vi leste/skrev til dataregistre, og ikke til bit. Derfor fungerer ikke
funksjonene som styrer pumpen, utløpet og kvittering av alarmer fra webgrensesnittet.
Webgrensesnittet er kodet helt fra bunnen av, og formattert som selve hjemmesiden. Se kapittel 1.3
Hjemmesidefor mer informasjon om hvordan hjemmesiden er bygget opp.
Figur 100 iX-panel HTML kode eksempel
I figuren over ser vi eksempel på koden for å lese og endre referansen til systemet. Denne skriver til
selve taggen i iX panelet.
For å komme inn på webgrensesnittet må du logge inn.
Brukernavn: Op3
Passord: gruppe1
Side 62 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Javagrensesnitt
Når du logger inn ved hjelp av Java Serveren vil du få opp samme bilde som vises på skjermen til
panelet, bare via webleseren. Link til å logge på finner du på hjemmesiden
(http://www.hekta.org/~p2ea1).
I panelet ligger det en eldre versjon av Java, versjon 7.0. Denne har flere sikkerhetshull, og sider som
kjører denne versjonen blir automatisk blokkert av nyere versjoner av Java. Derfor må vi nedgradere
versjonen av Java til en eldre, for å få denne funksjonen til å fungere. Dette medfører en
sikkerhetsrisiko som vi ikke anbefaler.
En bedre løsning vil være å fjernstyre PCen med InTouch på. Enten via RemoteDesktop i Windows
eller programvare, som for eksempel TeamViewer. På den måten vil vi få samme muligheter til å
betjene systemet som i InTouch.
Side 63 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.7 Simulering
Her kommer utdrag fra simuleringsnotatet som ble utformet tidligere i prosjektet. Hele
Simuleringsnotatet finner du som vedlegg til denne rapporten, eller på hjemmesiden
(http://www.hekta.org/~p2ea1). I simuleringsnotatet er det gjort en feil i modellen for utløpet, hvor
maksimal utstrømning i FT01 er beregnet feil. Feilen ligger i at det er lagt til «offset» på +4mA to
ganger.
2.7.1 Serieregulering
(Skrevet av ØE)
Figur 101 Simulering Serieregulering
Ved bruk av serieregulering, regulerer vi på avviket mellom referansen og den målte verdien.
Ziegler-Nichols metode
For å komme frem til passende regulatorparametere har vi benyttet Ziegler-Nichols metode. Der har
vi koblet vekk integrator delen av regulatoren, og skrudd opp Kp til vi har fått stående svingninger.
Denne verdien for Kp blir den
Ziegler Nicholls - Stående svingninger
kritiske verdien, Kk. I vårt
tilfelle var Kk = 20. Vi måler så
periodetiden, som blir den
kritiske periodetiden. Tk = 4.9
sekunder.
PI-regulator:
𝐾𝑝 = 0.45 ∗ 𝐾𝑘 = 9.0
Tid i sekunder
Figur 102 Simulering Ziegler-Nichols
𝑇𝑖 = 0.85 ∗ 𝑇𝑘 = 4.165 𝑠𝑒𝑘
P-regulator:
𝐾𝑝 = 0.5 ∗ 𝐾𝑘 = 10
Side 64 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Etterjustering
Vi ser av grafene i 3.1.2 at vi har et innsvingningsforløp som er mer likt «minimum amplitude», hvor
vi har rundt 10 svingninger før det blir stasjonært. Vi ønsker «minimum areal», hvor vi kun har ca. 4-6
svingninger. For å få til dette må vi etterjustere. Ser på faseforskyvningen mellom den målte verdien
og pådraget fra regulatoren.
Blå kurve: Målt verdi,y. Rød kurve: Pådrag, u
Pådraget og den målte verdien ligger ca.
180 ° forskjøvet i forhold til hverandre.
Dette tyder på at vi har P-svingninger,
som vi må etterjustere for.
[Kilde: Reguleringsteknikk Grunnkurs:
Bjørvik og Hveem, s. 55]
Tid i sekunder
Figur 103 Simulering Etterjustering
Blå kurve: Ziegler-Nichols Rød kurve: Etterjustert
Vi forsøker å senke P-forsterkningen. Da
vil vi få en langsommere og roligere
prosess. Vi ender opp med en Pforsterkning på 5.5, med I-tid på 4.165
som vi fikk fra 3.1.1
Tid i sekunder
Figur 104 Simulering Etterjustering
Side 65 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
2.7.2 Foroverkobling
(Skrevet av TM)
I tillegg til en serieregulering av tanken, skulle vi dimensjonere en foroverkobling i reguleringssløyfen.
En foroverkobling er enkelt forklart en ekstra regulator som leser direkte på forstyrrelsen, og
kompenserer ved endringer.
Figur 105 Simulering Forenklet foroverkobling
Styrken til en foroverkobling er at man får kompensert for forstyrrelsen før den rekker å påvirke
systemet i stor grad. I vårt tilfelle vil det si at foroverkoblingen registrerer økt flow ut av tanken hvis
vi lukker to ventiler, og den vil kompensere ved å bidra til økt pådrag. Dette er mye raskere enn at vi
skal få et avvik som registreres av nivåmåleren.
Figur 106 Simulering Modell for foroverkobling
Illustrasjonen viser hvordan vi har modellert foroverkoblingen i simulink.
Side 66 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi fikk best resultat ved å bruke PI-regulator som hovedregulator, og PD-regulator til
foroverkoblingen. Vi brukte følgende innstillinger:
PI-reg:
 P: 5.5
PD-foroverkobling:
 P: 0.75
 D-tid: 0.25
Vi fikk da følgende innsvingningsforløp:
Innsvingningsforløp med PI-reg, og PD-foroverkobling
Dette ga det minste
dynamiske avviket
og den korteste
innsvingningstiden.
Vi har også rundt 4
halvperioder i
innsvingningene, slik
vi skal ha i
«minimum areal».
Tid i sekunder
Figur 107 Simulering Innsvingningsforløp med PD-foroverkobling
Side 67 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
3.0 Innregulering
(Skrevet av ØE og MB)
3.1 Krav til reguleringen
Reguleringsmetodene som kan benyttes er følgende:
Serieregulering:


P-Regulator med nominelt pådrag.
PI-Regulator (uten nom. pådrag).
Foroverkobling:






P-regulator med P-regulator foroverkobling
PI-regulator med P-regulator foroverkobling.
P-regulator med D-regulator foroverkobling.
PI-regulator med D-regulator foroverkobling.
P-regulator med PD-regulator foroverkobling.
PI-regulator med PD-regulator foroverkobling.
Kravene til reguleringen er:



Intet stasjonært avvik.
Innsvingningsforløp av typen «minimum areal».
Kjappest mulig innsvingning til ±2% av måleområdet når referansen er 60%.
For å klare kravet om intet stasjonært avvik må hovedregulatoren være av typen PI.
3.2 Manuelle innjusteringsmetoder
Ziegler-Nichols
For å finne regulatorparametere som fungere til prosessen prøvde vi først Ziegler-Nichols metode.
Den går ut på å bruke kun P-regulator, for så å justere opp forsterkningen til vi får stående
svingninger i prosessen. På denne måten finner vi kritisk forsterkning, Kk, til systemet. Periodetiden
til svingningene utgjør den kritiske periodetiden, Tk.
Vi hadde store problemer med å få stående svingninger i systemet. Vi prøvde helt opp til Kk = 60, noe
som ville gitt en usannsynlig høy Kp i systemet. Vi måtte derfor gå over til en annen strategi for å
finne parameterne.
Side 68 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Manuell selvjustering
Manuell selvjustering går ut på å bruke en P-regulator med maksimal P-forsterkning, som en Av/Påregulator. Ved å lese av grafen, og benytte formelen for Kk og Tk, finner vi forslag til parameterne.
Figur 108 Manuell selvjustering
𝐾𝑘 =
𝑇𝑜𝑝𝑝 − 𝑡𝑖𝑙 − 𝑏𝑢𝑛𝑛 − 𝑝å𝑑𝑟𝑎𝑔
100
∗ 1.27 =
∗ 1.27 = 15.875
𝑇𝑜𝑝𝑝 − 𝑡𝑖𝑙 − 𝑏𝑢𝑛𝑛 − 𝑝𝑟𝑜𝑠𝑒𝑠𝑠𝑣𝑒𝑟𝑑𝑖
8
𝑇𝑘 = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒𝑡𝑖𝑑 𝑓𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑠𝑣𝑖𝑛𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 = 14 𝑠𝑒𝑘
Bruker tabellen for Ziegler-Nichols for å finne Kp og Ti for PI-reg:
𝐾𝑝 = 0.45 ∗ 𝐾𝑘 = 7.14
𝑇𝑖 = 0.85 ∗ 𝑇𝑘 = 11.9 𝑠𝑒𝑘
3.3 Serieregulering
Her har vi benyttet
parameterne vi fant i 3.2.
Sprang i utløpet, fra 1 til 3
ventiler åpne. Vi ser at
innsvingningsforløpet er
innenfor kravet om ±2%
av referansen innen ca. 3
sekunder. Vi har heller
ikke innsvingningsforløp
som er av typen
«minimum areal». Vi har
1-2 halvperioder, noe som
gir oss «minimum
forstyrrelse».
Figur 109 Serieregulering
Side 69 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Vi har prøvd å senke P-forsterkningen for å komme nærmere et innsvingningsforløp av typen
«minimum areal», men siden dynamikken til systemet er så hurtig, får vi sjeldent oversving i
innsvingningsforløpet. Ved å kun benytte de tre magnetventilene i utløpet får vi ikke store utslag i
det dynamiske avviket.
3.4 Foroverkobling
Siden systemet i utgangspunktet er ganske hurtig, vil det være tilstrekkelig med å kun bruke
serieregulering. Foroverkoblingen vil gjøre innsvingningen enda kjappere, når det kommer
forstyrrelser i utløpet. Forskjellen er at vi nå får et oversving med i innsvingningsforløpet.
Vi har prøvd med PD-foroverkobling, hvor vi har valgt KpFF = 0.7 og TdFF = 0.3
Vi ser at det dynamiske
avviket ikke går utover
grensen på ±2% av
referansen.
Figur 110 Foroverkobling
Side 70 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
3.5 Parametere fra simulering
Fra simuleringsnotatet fikk vi følgende parametere:
PI-reg:
 P: 5.5
PD-foroverkobling:
 P: 0.75
 D-tid: 0.25
Også her får vi et
dynamisk avvik som ligger
innenfor ±2% av
referansen.
Vi får ikke et oversving
som vi hadde i
simuleringen, men vi fikk
to undersving, jf. Figur #.
Generelt sett fungerer
parameterne godt, og vi
føler at dynamikken er
forholdsvis lik som i
modellene som er laget.
Figur 111 Test av parametere
Side 71 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
4.0 Testskjema
4.1 Operatørpanel
Funksjon:
Start/stopp pumpe
Lukke alle magnetventiler
Åpne/lukke 1 magnetventil (33% utløp)
Åpne/lukke 2 magnetventiler (66% utløp)
Nivåmåler %
Flowmåler %
Alarmtilstand: 25% under referanse
Alarmtilstand: 25% over referanse
Alarmtilstand: Nivå over 90%
Alarmtilstand: Nivå under 10%
Alarmtilstand < 5 sek. gir ingen alarm
Ok/Not Ok:
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
Alarmlampe fast lys
OK
Velge P-regulator
Velge PI-regulator
Sette manuelt pådrag
Kvittering alarm
Rykkfri overganger
Regulatorparametere serieregulator
Regulatorparametere foroverkobling
Beholder verdier etter strømbrudd
Avlesning pådrag
OK
OK
OK
OK
Not OK
OK OK OK
OK
Aksjon/Kommentar
Starter/Stopper pumpe
Lukker alle ventiler
Åpner 1 ventil
Åpner 2 ventiler
Åpner 3 ventiler
Måler nivået i prosent
Måler utløpet i prosent
0.5 sek blink
0.5 sek blink
0.2 sek blink, pumpestopp
Alarm utløses kun ved alarmtilstand
over 5 sekunder
Lampa lyser fast om alarmtilstand og
det er kvittert
Manuell/Auto-overgang fungerer ikke
Får ikke satt desimaltall
Får ikke satt desimaltall
4.2 InTouch
Funksjon:
Start/stopp pumpe
Nivåmåler %
Flowmåler %
Ok/Not Ok:
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
Alarmlampe fast lys
OK
P-regulator
P-reg. med P-foroverkobling
OK
OK
Aksjon/Kommentar
Åpner 1 ventil
Åpner 2 ventiler
Åpner 3 ventiler
0.5 sek blink
0.5 sek blink
over 5 sekunder
det er kvittert
Side 72 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
P-reg. med D-foroverkobling
P-reg. med PD-foroverkobling
PI-regulator
PI-reg. med P-foroverkobling
PI-reg. med D-foroverkobling
PI-reg. med PD-foroverkobling
Kvittering alarm
Rykkfri overganger
Avlesning pådrag
OK OK OK
OK
OK OK OK
OK
Not OK
OK
OK
OK
OK
Lite bidrag fra D-delen
Funksjon:
Start/stopp pumpe
Nivåmåler %
Flowmåler %
Ok/Not Ok:
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
Alarmlampe fast lys
OK
Aksjoner/kommentar
Åpner 1 ventil
Åpner 2 ventiler
Åpner 3 ventiler
0.5 sek blink
0.5 sek blink
over 5 sekunder
det er kvittert
P-regulator
P-reg. med P-foroverkobling
P-reg. med D-foroverkobling
P-reg. med PD-foroverkobling
PI-regulator
PI-reg. med P-foroverkobling
PI-reg. med D-foroverkobling
PI-reg. med PD-foroverkobling
Kvittering alarm
Rykkfri overganger
Avlesning pådrag
OK
OK
OK OK OK
OK
OK OK OK
OK
Not OK
OK
OK
OK
OK
4.3 PLS
Side 73 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
5.0 Prosjektgjennomføring, erfaringer og konklusjon
5.1 Prosjektgjennomføring
(Skrevet av ØE)
Gruppa har jobbet jevnt og trutt igjennom hele prosjektperioden, unntatt i påsken, hvor vi alle hadde
ferie. Alt arbeid har i utgangspunktet foregått på dagtid. I periodene før innlevering av rapportene
har vi lagt ned noe «overtid», med jobbing til ca. 19-20 og 2 helger med jobbing.
Vi har ikke klart å bli ferdige med «Entank» delen i god tid før fristen som vi hadde planlagt. Noen
uforutsette problemer har oppstått, og det har vært mye prøving og feiling med programmeringen.
Vi har i utgangspunktet latt de prosjektdeltakerne med minst PLS og HMI erfaring få ansvaret for
akkurat disse delene, og alle har hatt godt utbytte av erfaringen de nå har fått.
Igjennom hele prosjektperioden har det også vært tilfeller hvor prosjektmedlemmene har hatt
forpliktelser på privat hold. Vi har derfor mistet ca. 25 arbeidsdager totalt i gruppen. Dette har vært
legitime fravær som for eksempel militærøvelse, syke barn, jobb eller reise.
Tross dette har vi klart å følge de tidsfristene som har vært gitt.
5.2 Erfaringer og forslag til forbedringer
(Skrevet av AA)
Denne riggen er laget som en teststasjon for studentoppgaver. Den er derfor ikke laget optimalt.
Dette har medført noen ekstra utfordringer for oss. Noen av disse kunne vært unngått med små
endringer. Ett eksempel på dette er røret som går fra pumpen til tanken. Innløpet i tanken er
avsluttet i toppen av tanken. Dette gjør at det faller langt ned før det treffer overflaten. Slike plask i
overflaten skaper slag på trykksensoren, som igjen lager skjelvinger i signalet for nivå. Dette røret
kunne med fordel være strukket helt ned til bunnen av tanken. Dette kunne vi prøvd å filtrere bort
med ett digitalt filter i PLSen. Normalt gjøres dette ved å ta ett gjennomsnitt av for eksempel 5
målinger. Da vil man som regel utjevne slike topper. Her må man prøve seg fram. Noe av dette vil
også bli filtrert bort av ett godt dimensjonert analogt filter.
Magnetventilene lager store «peaker»/spikere i det målte nivået når de stenges. Dette kan vi se
dersom vi logger inngangene. Noe av dette hadde blitt borte om det hadde vært brukt skjermet
kabel til spolene. Dette vil også bli noe dempet av et analogt filter, men her er plasseringen av filteret
relevant for effektiviteten, da støyen kan tilføres på det allerede filtrerte signalet dersom filteret
plasseres for nær støykilden.
Frekvensomformeren som driver pumpen er også en stor støykilde. Her er det vanlig å bruke
skjermet kabel, noe som ikke er brukt her. Man må da bruke EMC kabelinnføringsnippel, og
terminere denne riktig i henhold til brukermanualen for frekvensomformeren. Dette er ett krav i
forskriftene angående EMC støy, og at man skal sikre at man ikke lager problemer i form av støy for
andre.
Side 74 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
Nivåsensor, strømningsmåler og reguleringsventil er tilkoblet med uskjermet kabel. Dette gjøres
normalt ikke. Man bruker en kabel med flettet skjerm rundt hele kabelen, slik at støyen inn på
kabelen blir redusert så mye som mulig. Denne støyen vil da bli ledet til jord, normalt i den enden
som er tilkoblet I/O modulen. Dette må man teste ut i hvert enkelt tilfelle, da man også kan bli
tvunget til å koble til skjermen i begge ender. Man må da først kontrollere anleggets generelle
jording, da manglende utjevningsforbindelser kan føre til store problemer. Da først og fremst med
tanke på at signalkablene vil fungere som utjevningsforbindelser.
5.3 Konklusjon
For å unngå stasjonært avvik er vi nødt til å bruke PI-regulator. PI-regulatoren virker såpass raskt på
systemet, at en foroverkobling nesten blir overflødig. Vi la merke til at det var fort gjort å la seg rive
med under utviklingen av HMI-biten. Læringskurven er bratt og man kan fort gå i den fellen hvor man
lager et overkomplisert brukergrensesnitt med mange overflødige funksjoner.
Kravet til innsvingningsforløpet var minimum areal. Vi endte opp med minimum forstyrelse, som i
grunn er et bedre innsvingningsforløp. Regulatorparameterne vi fikk ut fra simuleringsnotatet stemte
meget godt overens med dynamikken til riggen, vi endte derfor opp med å bruke disse parameterne.
Antialiasingfilteret fungerte meget godt, da det fjernet uønsket støy og tjente sin hensikt.
Vi har også sett viktigheten av å ha god oversikt over adresser som er i bruk, og at disse blir
kontinuerlig oppdatert.
Trondheim 28.04.2015
Torbjørn Morken
Øyvind Eklo
Eyvind Bjørsland
Magnus Bergsbakk
Anders Aabakken
Side 75 av 75
Gruppe 1
Rapport Entank
6.0 Vedlegg
Vedleggene er lagt ved som filer i rapporten. Dobbelt klikk på ikonet for å åpne vedlegget.
For å åpne vedleggene trenger du internett tilkobling.
6.1 PLS program Master
pls_master_entank.pdf
Her ligger dokumentasjonen for Master PLSen
6.2 PLS program Slave
pls_slave_entank.pdf
Her ligger dokumentasjon for Slave PLSen
6.3 Simuleringsnotat
Arbeidsnotat - Simulering.pdf
Her ligger Arbeidsnotatet fra simulering av tanken.

Rapport – Entank

Transcription

Similar documents

Min CV - Slettvoll automasjon

Mobile varmeløsninger

miniprosjektrapport prosjekt i styresystemer gruppe 1

Rapport - Hekta.org

Rapport - Hekta.org

BIOVAC® FOR 2 BOENHETER (FD 10 N)

Nyutdannede oppfordres også til å søke.

Løsningsforslag - Institutt for teknisk kybernetikk

Last ned - TS Electro Engineering AS

Kapittel 8 - Marin teknikk

Øktplan - Norges Håndballforbund