1. No category

2015
ENTANK
2EA GRUPPE 3
28.04.2015
Forord [EAH]
Entankrapporten er en del av et stort prosjektarbeid som vi fikk tildelt våren 2015 i faget
”Styresystemer og reguleringsteknikk”. Prosjektgruppen består av Erik Heggstad, Herman
Bråten Romnes, Jonas Kalland, Necati Yayan, Gøran Moksnes Sæther og Jens Cappelen
Andresen.
Etter at gruppen hadde levert inn miniprosjektrapporten til arbeidsgiver, tok gruppen fatt på
å modellere prosessen i Simulink, lage program i PLS og program for HMI. De har også
bygget et filter for filtrering av støyen i nivåmålingene av tanken og støyen fra
magnetventilene. Resultatet av modellering og simulering av prosessen er tatt med som
vedlegg for entankrapporten.
Prosjektarbeidet har hjulpet oss i gruppen med å få bedre innsikt i hverdagen til en
automasjonsingeniør, og hva slags arbeidsoppgaver en har. Vi har også fått med oss god
erfaring innenfor prosjektarbeid og prosjektstyring.
Vi er svært takknemlig for veiledningen vi har fått hos Dag Aune gjennom prosjektet, og
ønsker å takke han for god støtte og tilbakemeldinger.
Jens C. Andresen
Jonas G. Kalland
Gøran M. Sæther
Erik Heggstad
Herman B. Romnes
Necati Yayan
Sammendrag [EAH]
Arbeidsoppgavene prosjektgruppen har arbeidet med:

Utvikling av brukergrensesnitt til PC og Touchskjerm.

Utvikling av PLS programmer i h.h.t. Problemstilling.

Kommunikasjonen mellom PLS og grensesnitt.

Simulering og konstruering av anti-aliasfilter.

Simulering og modellering av systemet, med tilhørende simuleringsnotat.
Problemstillingen vi har i oppgave er å lage styring- og reguleringen til et tankanlegg, samt to
forskjellige brukergrensesnitt. Ett brukergrensesnitt for operatørpanelet som er montert på
framsiden av el-tavlen og ett for skjermstyringen som vises på operatør PC-en. Vi skal
overvåke og styre nivået til en tank som har innløps- og utløpsventiler. Dette skal
programmeres i fra bunnen av, ved hjelp av en master PLS og to slaver PLS´er, som skal
snakke sammen over PROFIBUS. Det skal også programmeres et alarmsystem.
Gruppen har delt opp arbeidsoppgavene i forhold til entankprosjektet, og på slutten av
prosessen skal hver og en sitt arbeid settes sammen og testes ut i fra de spesifikasjonene
som er gitt i oppgaveteksten. Selv om arbeidsoppgavene er blitt fordelt, er det hver og en sin
oppgave å sørge for at de til en hver tid får ett innblikk innenfor de ulike fagfeltene.
Innholdsfortegnelse
1
Innledning [NY] ................................................................................................................... 1
2
Oppgavetekst [HBR] ............................................................................................................ 2
3
Teknisk del [NY]................................................................................................................... 3
3.1 Problemstilling .................................................................................................................. 3
3.2
4
Prosessbeskrivelse [HBR] ............................................................................................. 3
Prosjektmål [NY] ................................................................................................................. 4
4.1
Effektmål ...................................................................................................................... 4
4.2
Resultatmål .................................................................................................................. 4
4.3
Prosessmål ................................................................................................................... 4
5
Prosjektbeskrivelse [NY] ..................................................................................................... 5
6
Spesifikasjoner [NY] ............................................................................................................ 6
6.1
PLS-Master ................................................................................................................... 6
6.2
PLS-Slave ...................................................................................................................... 7
6.3
InTouch ...................................................................................................................... 10
6.4
Alarmer [HBR] ............................................................................................................ 11
6.5 iX-Panel [HBR] ................................................................................................................. 12
6.6 Nettside [HBR] ................................................................................................................ 13
7
PLS-programmering .......................................................................................................... 14
7.1
Master – PLS [GMS] ................................................................................................... 14
7.1.1
Profibus programbit ...................................................................................................... 15
7.1.2
Kommunikasjon_Slave_1 programbit: .......................................................................... 16
7.2
Slave 1 – PLS [JK] ........................................................................................................ 19
7.2.1
AD_DA [GMS] ................................................................................................................ 24
7.2.2
Alarm [GMS] .................................................................................................................. 25
7.2.3
Profibus [GMS] .............................................................................................................. 28
8
7.2.4
Regulator [GMS] ............................................................................................................ 30
7.2.5
Regulatorblokken [JK] .................................................................................................... 36
7.2.6
Samplingsklokken [JK] ................................................................................................... 37
7.2.7
Direkte og reversert regulering [JK] .............................................................................. 39
7.2.8
P-regulator [JK] .............................................................................................................. 40
7.2.9
PI-regulator .................................................................................................................... 41
7.2.10
Foroverkobling............................................................................................................... 42
7.2.11
Rykkfri overgang (bumpless transfer) ........................................................................... 44
InTouch [JA]....................................................................................................................... 46
8.1 Innledning ....................................................................................................................... 46
8.2 Sikkerhet, innlogging og tilgangsnivå ............................................................................. 48
8.2 Oversikt over brukerne ................................................................................................... 49
8.3 Innloggingsvindu ............................................................................................................. 49
8.4 Menylinjen ...................................................................................................................... 52
8.5 Prosessbildet ................................................................................................................... 53
8.6 Skjermbildet for Operatør1 ............................................................................................ 54
8.7 Skjermbildet for Operatør2 ............................................................................................ 55
8.8 Skjermbildet for Operatør3 ............................................................................................ 56
8.9 Oppsett av knapper ........................................................................................................ 57
8.10 Oppsett av sanntidstrend ............................................................................................. 59
8.11 Historikk-bildet ............................................................................................................. 60
8.12 Alarmer ......................................................................................................................... 62
8.13 Kommunikasjon-bildet ................................................................................................. 64
8.14 Skript ............................................................................................................................. 65
9
iX-Panel [EAH] ................................................................................................................... 66
8.1
Innlogging/Hovedbildet [EAH] ................................................................................... 67
8.2
Prosess [EAH] ............................................................................................................. 68
8.3
Alarmer [EAH] ............................................................................................................ 70
8.4
Historikk [EAH] ........................................................................................................... 71
8.5
Kommunikasjon [EAH] ............................................................................................... 72
8.6
Programmering i iX Developer [EAH] ........................................................................ 73
8.7
Figurer [EAH].............................................................................................................. 74
8.8
Tags [EAH] .................................................................................................................. 78
8.9
Alarmer [EAH] ............................................................................................................ 79
9.10 Datalogging [EAH] ......................................................................................................... 80
9.11 Web-server [EAH] ......................................................................................................... 81
10
Antialiasingfilter [HBR og NY] ........................................................................................ 83
11
Nivåmåler [HBR og NY] .................................................................................................. 83
12
Strømningsmåler [HBR og NY]....................................................................................... 86
13
Konklusjon filter [HBR og NY] ........................................................................................ 87
13.1 Test av tankens regulering [HBR og NY] .................................................................... 88
13
Tidsforbruk [JA] ............................................................................................................. 91
14
Litteraturliste ................................................................................................................. 92
16
Vedleggsliste.................................................................................................................. 93
Figurliste
Figur 5.1 ...................................................................................................................................... 5
Figur 6.1 ...................................................................................................................................... 6
Figur 6.2 ...................................................................................................................................... 9
Figur 6.3 .................................................................................................................................... 10
Figur 6.4 .................................................................................................................................... 12
Figur 6.5 .................................................................................................................................... 13
Figur 7.1 .................................................................................................................................... 14
Figur 7.2 .................................................................................................................................... 15
Figur 7.3 .................................................................................................................................... 16
Figur 7.4 .................................................................................................................................... 16
Figur 7.5 .................................................................................................................................... 17
Figur 7.6 .................................................................................................................................... 17
Figur 7.7 .................................................................................................................................... 18
Figur 7.8 .................................................................................................................................... 18
Figur 7.9 .................................................................................................................................... 23
Figur 7.10 .................................................................................................................................. 24
Figur 7.11 .................................................................................................................................. 26
Figur 7.12 .................................................................................................................................. 26
Figur 7.13 .................................................................................................................................. 27
Figur 7.14 .................................................................................................................................. 27
Figur 7.15 .................................................................................................................................. 28
Figur 7.16 .................................................................................................................................. 29
Figur 7.17 .................................................................................................................................. 31
Figur 7.18 .................................................................................................................................. 31
Figur 7.19 .................................................................................................................................. 32
Figur 7.20 .................................................................................................................................. 33
Figur 7.21 – Regulatorens funksjonsblokk ............................................................................... 36
Figur 7.22 – Samplingsklokken i GX Works 2 ........................................................................... 38
Figur 7.23 – Utregning av avvik ................................................................................................ 39
Figur 7.24 – P-regulator............................................................................................................ 40
Figur 7.25 – PI-regulator........................................................................................................... 41
Figur 7.26 - Foroverkobling ...................................................................................................... 42
Figur 7.27 – Foroverkobling med D-forsterkning, usammenhengende for å få med hele bildet.
.................................................................................................................................................. 43
Figur 7.28 – PD-forsterkning .................................................................................................... 43
Figur 7.29 .................................................................................................................................. 45
Figur 8.1 .................................................................................................................................... 48
Figur 8.2 .................................................................................................................................... 48
Figur 8.3 – Vindusskriptet for innloggingsvinduet ................................................................... 49
Figur 8.4 – Ikke innlogget ......................................................................................................... 50
Figur 8.5 - Logg inn-knappskriptet ........................................................................................... 50
Figur 8.6 – Innlogging ............................................................................................................... 51
Figur 8.7 – Logget inn som Operatør3 ..................................................................................... 51
Figur 8.8 – Menylinjen .............................................................................................................. 52
Figur 8.9 – Oppbygging av brukergrensesnittet ....................................................................... 52
Figur 8.10 – Prosessbildet ........................................................................................................ 53
Figur 8.11 – Prosessbildet for Operatør1 ................................................................................. 54
Figur 2.12 – Prosessbildet for operatør2 ................................................................................. 55
Figur 2.13 – Prosessbildet for operatør3 ................................................................................. 56
Figur 8.14 – Oppsett av knapp, Visibility og Disable ................................................................ 57
Figur 8.15 – Oppsett av knapp, Line Color ............................................................................... 58
Figur 8.16 – Sanntidstrend ....................................................................................................... 59
Figur 8.17 – Oppsett av sanntidstrend ..................................................................................... 59
Figur 8.18 – Historikk-skjermbildet .......................................................................................... 60
Figur 8.18 – Wizard Selection ................................................................................................... 60
Figur 8.19 – Vindusskript for start og stopp av logging. .......................................................... 61
Figur 8.20 – Oppsett av kvitteringsknappene .......................................................................... 62
Figur 8.21 – Condition-skript .................................................................................................... 63
Figur 2.22 – Kommunikasjon .................................................................................................... 64
Figur 8.23 – Window Script for Prosess ................................................................................... 65
Figur 9.3 - Oppstartsbildet/logginn .......................................................................................... 67
Figur 9.4 - Prosessoversikt........................................................................................................ 68
Figur 9.5 .................................................................................................................................... 70
Figur 9.6 .................................................................................................................................... 71
Figur 9.7 .................................................................................................................................... 72
Figur 9.10 .................................................................................................................................. 73
Figur 9.11 .................................................................................................................................. 74
Figur 9.12 .................................................................................................................................. 75
Figur 9.13 .................................................................................................................................. 76
Figur 9.14 .................................................................................................................................. 76
Figur 9.15 .................................................................................................................................. 77
Figur 9.16 .................................................................................................................................. 78
Figur 9.17 .................................................................................................................................. 79
Figur 9.18 .................................................................................................................................. 80
Figur 9.19 .................................................................................................................................. 80
Figur 9.20 .................................................................................................................................. 81
Figur 9.21 .................................................................................................................................. 82
Figur 9.22 .................................................................................................................................. 82
Figur 11.1 - Støymåling av nivåmåler ....................................................................................... 84
Figur 11.3 - Andreordens filter ................................................................................................. 84
Figur 11.2 - Andreordens filter ................................................................................................. 84
Figur 11.4 – Testing av filteret i Multisim ................................................................................ 85
Figur 11.5 - Pol i venstre halvplan ............................................................................................ 86
Figur 11.6 – Støysignalet fra utløpet ........................................................................................ 86
Figur 13.1 - Førsteordens filter................................................................................................. 87
Figur 13.2 – Utstrømningssignal før og etter filtrering ............................................................ 87
Figur 13.3 – Simulering av prosess med P-regulator, PI-regulator, PI-regulator med PD
foroverkobling. Sprang fra 3 åpne ventiler til 1 åpen ventil. ................................................... 88
Figur 13.4 – Finjusterte reguleringsparametere med foroverkobling ..................................... 90
Figur 13.5 – Finjusterte reguleringsparametere uten foroverkobling ..................................... 90
Figur 14.1 .................................................................................................................................. 91
Tabell-liste
Tabell 7.1 .................................................................................................................................. 14
Tabell 7.2 .................................................................................................................................. 23
Tabell 7.3 .................................................................................................................................. 25
Tabell 7.4 .................................................................................................................................. 25
Tabell 7.5 .................................................................................................................................. 29
Tabell 7.6 .................................................................................................................................. 33
Tabell 7.7 .................................................................................................................................. 34
Tabell 7.8 .................................................................................................................................. 34
Tabell 7.9 .................................................................................................................................. 34
Tabell 8.1 .................................................................................................................................. 49
Tabell 9.1 som viser ønskede skrive- og leserettigheter for operatørpanelet. ....................... 66
Tabell 9.2 som viser ekstra skrive- og leserettigheter for operatørpanelet. ........................... 66
Tabell 13.1 – Modulerte regulatorparametere ........................................................................ 89
Tabell 13.2 – Tabell over finjusterte parameterinnstillinger ................................................... 89
Formell-liste
Formel 7.1................................................................................................................................. 41
Formel 7.2................................................................................................................................. 42
Formel 7.3................................................................................................................................. 43
Formel 7.4................................................................................................................................. 43
1 Innledning [NY]
Ved Høgskolen i Sør-Trøndelag, HiST, program for Elektro- og Datateknikk, studieretning
Automatiseringsteknikk, skal alle ingeniørstudentene gjennomføre ett prosjekt i løpet av
vårsemesteret i det andre året. Elevene blir delt opp i grupper på fem til seks elever og får
utlevert en oppgave som skal gjennomføres som om det var et prosjekt som forekommer i
arbeidslivet. Dette er et større prosjekt hvor både planlegging av prosjektet i et forprosjekt
og utførelsen av prosjektet inngår. Studentene skal også presentere prosjektet når arbeidet
med det er ferdig. I prosjektet så kreves det at studentene bruker kunnskap de har fått med
seg halvveis inn i bachelorprogrammet, og setter det ut i praksis. Samtidig så må studentene
for å gjennomføre prosjektet fordype seg innen aktuelle fagområder som inngår i oppgaven.
Prosjektet utgjør 12 studiepoeng, dvs. 40 % av et semester, og tidsmessig vil dette utgjøre
cirka 320 arbeidstimer per student. Det er faglærerne som leverer ut oppgaven til
studentene, og de opptrer selv som veileder og arbeidsgiver under prosjektet. Prosjektet går
samtidig som undervisning i store deler av prosjektperioden, mens nærmere slutten av
perioden vil det bli mindre undervisninger og mer avsatt tid til jobbing med prosjektet.
Entanksprosjektet har vært en videreføring av miniprosjektet. Kommunikasjonen på AD-DAmodulen har blitt videreført til et større program. Vi har modellert prosessen og funnet fram
til optimale regulatorinnstillinger som vi har tatt i bruk. Vi har skrevet et PLS-program med
HMI for styring og regulering av nivået i tanken.
1
2 Oppgavetekst [HBR]
Prosjektgruppen skal lage program for InTouch, operatørpanel og PLS’ene som oppfyller
prosjektkravene når det gjelder styring av den ene tanken på tankriggen ved hjelp av en
FX1N-PLS. Dette skal presenteres for veileder og godkjennes som entanksprosjektet.
Entanksprosjektet skal dokumenteres i en rapport. Gruppen skal kunne bruke
operatørpanelet og InTouch for å sette parametere som referanse, og se at nivået skal
svinge stille seg inn på angitt referanse. Det skal bli lagt inn alarmer for angitte nivå i tanken,
som vi kan se og behandle i HMI-ene, som er InTouch og IX-panel. Vi skal finne frem til
regulatorinnstillinger ved å modellere og simulere prosessen i Simulink. Programmet GxWorks2 skal bli benyttet for å programmere. Den skal ha et innsvingingsforløp av typen
minimum areal. Målet er å oppnå raskest mulig innsvingingstid ved endring i utløpet
(magnetventilene) fra 3 åpne til 1 åpen. Programmet skal kunne fungere både som P- og PIregulator med rykkfri overgang ved skifte av regulatortype i tillegg til skifte mellom manuell
modus og automatisk modus. Gruppen skal konstruere et filter for å filtrere bort støy i nivået
og et filter for filtrering av støy fra flowmåleren, som er utstrømning fra magnetventilene. De
skal se hvordan støyen blir filtrert bort ved å koble filtrene til riggen. Gruppen vil gjennomgå
egne selvlagde testskjema for «entanksprosjektet» før det skal demonstreres for
arbeidsgiver. Arbeidsgiver vil ha eget testskjema som vil bli gjennomgått ved selve
demonstrasjonen, for se at alt fungerer etter spesifikasjonene. Nettsiden skal være
oppdatert og vil bli evaluert av arbeidsgiver i løpet av entanksprosjektet.
2
3 Teknisk del [NY]
3.1 Problemstilling
Riggen er allerede ferdigkoblet. Vi må sette oss inn i koblingstegninger for å finne ut hvordan
vi skal kjøre sprang på prosessen. Deretter så må vi finne riktige regulatorinnstillinger for
prosessen. Det er viktig å modellere prosessen for å kunne oppnå best mulig regulering. Det
skal lages 2 anti-aliasfilter, av typen butterworth for å redusere støy på systemet. 2. ordens
til nivåtransmitteren og et 1.ordens til flowtransmitteren. Under filterberegningene er det
viktig å finne riktige verdier for å få luket bort mest mulig støy og ikke miste nyttesignal.
Systemet skal også simuleres og modelleres og et simuleringsnotat skal levers i løpet av
perioden som entankdelen av prosjektet går.
3.2 Prosessbeskrivelse [HBR]
Systemet reguleres og behandles i slave-PLSen, mens den styres fra HMI’ene. Det stilles inn
ønsket nivå og reguleringsmetode i HMIene, før PLSen sender verdier til ventilen som
kontrollerer hvor mye vann som strømmer inn i tanken. Tankriggen har enheter som måler
utløp og nivå, som hjelper PLSen til å kontrollere ventilen. På denne måten får PLSens
regulator regulert inn nivået til innstilt referanse. Utløpene stilles inn i HMIene, og der kan
også alle verdier leses av.
3
4 Prosjektmål [NY]
4.1 Effektmål
1. Vise hvordan vi på en god måte kan styre og regulere nivået i en tank.
2. Legge grunnlaget for videre arbeid med riggen til totanksprosjektet.
3. Oppdatere fremgang gjennom nettsida.
4.2 Resultatmål
Prosjektgruppen skal:
1. Oppdatere programvare til InTouch og iX-panelet for styring og regulering av nivået i
tanken.
2. Programmere PLSen for å regulere nivå og behandle alarm. PLSen skal utvides for å
ha mulighet for bruk av foroverkobling.
3. Oppdatere Q-PLS med nye kommunikasjonsadresser.
4. Måle støy, dimensjonere og lage filter.
5. Modellere prosess for å kunne beregne regulatorparametere.
6. Vurdere følgende bonusoppgaver dersom tid:
Regulering av nivået ved hjelp av frekvensomformer.
4.3 Prosessmål
Studentene skal:
1. Øke kompetansen og forståelsen av styring og regulering av nivå i tank.
2. Øke kompetansen om riktig bruk av grafiske elementer i HMI, i forhold til prosessen.
3. Øke kompetansen om kommunikasjonsprotokollene som knytter de ulike delene sammen.
4. Øke evnen til å lære seg ny teknologi gjennom tilleggsoppgavene.
5. Øke det sosiale samarbeidet og trivselen innad i gruppa.
4
5 Prosjektbeskrivelse [NY]
I entanksprosjektet har gruppen jobbet med regulering og styring av tanken.
Prosessen blir styrt fra IX-panelet og InTouch, og skal regulere seg inn til referanse ved
endring i utløp. Entanksprosjektet er «hovedprosjektet», som forprosjektet og
miniprosjektet ligger til grunnlag for. De store utfordringene vil komme i denne delen av
prosjektet, hvor vi møter problem. Entanksprosjektet vil ligge til grunnlag for
totanksprosjektet som vil komme etter entanksprosjektet er ferdig. Det er derfor viktig at
entanksprosjektet blir grundig gjennomgått, slik at totanksprosjektet blir enklere å samkjøre
med den andre gruppen.
Figur 5.1
5
6 Spesifikasjoner [NY]
6.1 PLS-Master
Anlegget består av to datanettverk som lar styringsenhetene i anlegget kommunisere med
hverandre. Dette er et Ethernet og en Profibus-DP feltbuss. MasterPLS-en er en modulbasert
PLS av typen Mitsubishi Q00 og skal være bindeleddet mellom nettverkene. MasterPLS-en
muliggjør kommunikasjon mellom SlavePLS, koblet til Profibus-DP, og HMI, koblet til
Ethernet. Produktspesifikasjoner til MasterPLS er beskrevet i prosjektets
miniprosjektrapport.
Figur 6.1
6
6.2 PLS-Slave
Væskenivået i en tank skal reguleres. Denne tanken har et innløp, som styres av
reguleringsventil, og et utløp, som styres av tre magnetventiler. SlavePLSen er en PLS av
typen Mitsubishi FX1N med mulighet for utvidelser. SlavePLSens oppgave er å stå for
reguleringen av nivået i tanken. Detaljerte produktspesifikasjoner til SlavePLS er beskrevet i
prosjektets miniprosjektrapport. Slaven skal lese nivå og utstrømning samt sende ut signal til
reguleringsventilen ved hjelp av en ekstern analog modul.
Slaven skal kommunisere direkte med MasterPLSen ved hjelp av Profibus-DP og skal sende
ut følgende verdier:
Analoge verdier:

Avvik

Nivå

Utstrømning

Manuelt pådrag

Referanse

Nominelt pådrag

Pådraget til ventil
Digitale verdier:

Stopp av pumpe

Alarm ved avvik over 25 %

Alarm ved nivå over 90 %

Alarm ved nivå under 10 %

Resetting av kvittering
7
I tillegg skal Slaven motta følgende verdier fra MasterPLS-en:
Analoge verdier:

Referanse

Samplingstid

Kp

Ti

KpFF

TdFF

Nominelt pådrag

NFF

Manuelt pådrag
Digitale verdier:

Auto/manuell

P/PI

Foroverkobling på/av

Pumpe på/av

Utløpsventil 1 på/av

Utløpsventil 2 på/av

Utløpsventil 3 på/av

Alarmkvittering

Reverserende/direkte regulator
Programmet skal kunne fungere både som P- og PI-regulator med rykkfri overgang
(bumpless transfer) ved skifte av regulatortype. Det skal ha både direkte og reversert modus.
Det skal også være mulig å sette regulatoren i manuell modus i tillegg til den automatiske.
Regulatoren skal også inneholde mulighet for foroverkobling av PD type. Overgangen
mellom manuell og automatisk modus skal også foregå rykkfritt. Følgende parametere skal
kunne justeres i regulatoren: proporsjonal forsterkning (Kp), integrasjonstid (Ti), nominelt
pådrag, referanse og samplingstid.
8
I manuell modus skal pådraget styres fra MasterPLS. I foroverkoblingsdelen skal det være
mulig å stille inn KpFF, TdFF og NFF. Regulatoren skal justeres inn så det blir et
innsvingningsforløp av typen minimum areal når nivået har stabilisert seg uten stasjonært
avvik med referanse på 60 % og det kommer et sprang i utløpet fra 3 ventiler til 1 ventil
åpen. Det skal gå alarm dersom nivået avviker mer enn 25 % fra referansen (25 % av totalt
måleområde). Kritisk alarm skal aktiveres dersom det absolutte nivået i tanken overstiger 90
% eller går under 10 %. Ved vanlig alarm skal ei varsellampe, koblet til SlavePLS-ens utgang
Y5, på tanken blinke med 0,5 sekunder på og 0,5 sekunder av. Ved kritisk alarm skal
blinkefrekvensen økes slik at lampa står på i 0,2 sekunder og av i 0,2 sekunder. Dersom
alarmen er kvittert ut fra operatørpanelet eller InTouch applikasjonen, men det fortsatt er
alarmtilstand, skal lampa ha fast lys. Lampa skal bli mørk når det ikke lenger er alarmtilstand.
Hvis prosessen går ut av alarmtilstand uten at alarmen er kvittert, skal lampa fortsette å
blinke inntil alarmen er kvittert. Alarmtilstander som varer mindre enn fem sekunder skal
ikke utløse alarm. Programmet må utformes slik at pumpa til tanken skal kunne slås av og
på. Ved kritisk høy alarm skal pumpa stoppes automatisk. Det er viktig at programmet
automatisk sørger for at nivået i tanken reguleres rett ved strøminnkobling etter
strømbrudd. De tre magnetventilene som styrer utløpet er styrt av SlavePLS-ens utganger.
Programmet i PLS-en skal utformes slik at magnetventilene kan styres av PC med HMIprogram.
Figur 6.2
9
6.3 InTouch
InTouch er et operatør-grensesnitt hvor operatør kan koble seg til PC for å styre og overvåke
prosessen. Operatørgrensesnittet har tre forskjellige operatører som har ulik tilgang til
styringen av prosessen. Eksempel på hvordan operatør-grensesnittet ser ut er vist i bildet
under.
Figur 6.3
10
6.4 Alarmer [HBR]
• Det går alarm dersom nivået har et avvik på mer en 25 % i forhold til referansen.
• Dersom nivået er under 10 % vil kritisk alarm aktiveres.
• Kritisk alarm dersom det absolutte nivået oversiger 90 % i tanken.
• Alarmtilstand som varer i mindre enn 5 sekunder vil ikke aktiveres.
• Alarmer vil kunne kvitteres fra InTouch.
• Alarmhistorikk vil være tilgjengelig i Alarm-vinduet i InTouch.
11
6.5 iX-Panel [HBR]
IX-panelet er et operatørpanel med touchskjerm lokalt på riggen. Skjermen viser et bilde av
prosessen. Panelet er for enkelt kunne styre og overvåke prosessen, og for å detektere og
kvittere alarmer.
Figur 6.4
12
6.6 Nettside [HBR]
Det er laget en nettside som presenterer gruppe og prosjektet på en enkel måte.
Nettsiden ligger på WEB-adressa www.hekta.org/~p2ea3
Figur 6.5
Figur 6.5 viser hvordan forsiden på nettstedet er utformet. Nettsidene inneholder
informasjon om prosjektet med beskrivelse av gruppa og oppgaven. Dokumentarkivet på
siden inneholder blant annet rapporter, innkallinger og referater. En side presenterer
fremdriften på prosjektet og blir jevnlig oppdatert.
13
7 PLS-programmering
7.1 Master – PLS [GMS]
Figur 7.1
Master PLS-programmet er delt opp i 3 forskjellige programbiter. De tre ulike programbitene
er delt opp slik:



«Kommunikasjon_Slave_1»
«Kommunikasjon_Slave_2»
«Profibus»
Dette føltes mest hensiktsmessig i og med at master PLSen kun skal fungere som en
bindeledd / kommunikasjonsledd mellom slavene og brukergrensesnittet til operatørpanelet
og InTouch. Dermed ble det naturlig å lage en programbit for kommunikasjon med slave 1,
en programbit for kommunikasjon med slave 2 og til slutt en programbit for oppsettet av
profibusnettverket.
Oversikt over spesialminneceller som er brukt:
Navn
Forklaring
SM400
Alltid høy (1) når PLS er i RUN. Går lav (0) når PLS går i STOP
SM402
Høy (1) kun i første scan etter at PLS har gått fra STOP til RUN. Ellers
lav (0)
Tabell 7.1
14
7.1.1 Profibus programbit
Her ligger programkoden som er generert med GX Configurator-DP, som er et program hvor
man enkelt kan sette opp et profibusnettverk ved å bestemme hvem som er master,
bestemme hvilke dataregister som skal brukes til å sende og motta over profibusnettverket
mellom master og slaver, og tildeler slavene hver sin adresse på profibusnettverket. (man gir
egentlig ikke slavene en adresse, men forteller master på hvilke adresser den skal forvente å
finne de tilkoblede slavene, da slavenes adresse blir konfigurert i hver enkelt slave). Etter
man har satt opp nettverket genererer man en programkode i IL (instruction list) som videre
blir importert i profibus programbiten i GX Works 2. Hvordan alt dette ble gjort er forklart i
«Miniprosjekt Rapport G3» vedlegg 7. Men det er verdt å merke seg at vi nå har endret på
hvilke dataregister master-PLSen bruker på å sende data til slave 1 og slave 2. Dette pga. at
vi er avhengige av at master «husker» regulatorinnstillingene samt. Husker tilstandene til
magnetventiler med mer.
Vi har med dette byttet ut D120 – D135  R120 – R135 og D220 – D235  R220 – R235.
Dataregister som begynner med bokstaven «R» er batterimatet, dvs. at dataregistrenes verdi
forblir uforandret ved strømbrudd og ved oppstart etter strømbrudd. Se figur 7.2 for endring
av kode.
Figur 7.2
For komplett oversikt over kommunikasjon mellom master og slaver via bufferminner, se
vedlegg 4.
15
7.1.2 Kommunikasjon_Slave_1 programbit:
Figur 7.3
I figur 7.3 er det programmert hvordan de minnecellene som brukes i operatørskjermen og
InTouch blir pakket inn i dataregister R120 som er programmert til å sendes til slave 1.
Dersom det har vært strømbrudd husker R120 verdiene til minnecellene, og flytter disse ut
igjen i første scan ved oppstart etter strømbrudd.
Figur 7.4
Figur 7.4 viser at alarmer som kommer fra slave 1 legges i minnecellene M100 til M115.
16
Figur 7.5
Figur 7.5 viser en enkel alarmfunksjon som mottar en 50ms puls fra slave 1 for å detektere
om det er kommunikasjon. Ved brudd vil pulsen stoppe og en av tellerne teller opp til 80ms
og «Alarm_Kommunikasjon_Slave1» (M10) går høy. Denne alarmen «resetter» seg selv
dersom kommunikasjonen oppstår igjen. «M10» blir brukt for å visuelt vise
kommunikasjonsbrudd på operatørpanel og InTouch. Tilsvarende er gjort for slave 2 med
«M20», men den blir det ikke bruk for før «To-tank prosjektet».
Figur 7.6
Figur 7.6 viser at dersom regulatoren står i manuell sendes referansen fra slave 1 til master,
mens dersom den står i auto sendes referansen fra master til slave 1.
17
Figur 7.7
Figur 7.7 viser at dersom regulatoren står i auto og ikke er i første scan sendes manuelt
pådrag fra slave 1 til master, mens dersom den står i manuell eller i første scan sendes
referansen fra master til slave 1.
Figur 7.8
Figur 7.8 viser at dersom regulatoren står i manuell eller i PI-reg sendes nominelt pådrag fra
slave 1 til master, mens dersom den står i auto og i P-reg sendes referansen fra master til
slave 1.
18
7.2 Slave 1 – PLS [JK]
Prosjektets regulator skal drives av en Mitsubishi MELSEC PLS FX1N og skal fungere som en
PI-regulator med PD-foroverkobling, og med muligheten for manuell styring. Operatøren
skal ha muligheten til å velge en kombinasjon av P- eller PI-regulering med P-, D- eller PDforoverkobling, og muligheten til å innstille både regulatoren og foroverkoblingens
parametere. Sammen med det nominelle pådraget i P-regulering, valget av direkte eller
reversert regulator og samplingstiden, skal dette bestemmes ved hjelp av et
brukergrensesnitt i InTouch og iX-Panel. Ved skifte av regulatortype skal overgangen skje
rykkfritt. Det vil si at dersom prosessen er stasjonær, skal ikke bytte av regulatortype endre
væskenivået.
Regulatoren skal justeres inn slik at innsvingningsforløpet blir av typen minimum areal når
nivået har stabilisert seg uten stasjonært avvik med en referanse på 60% av tankens
væskenivå, og det kommer et sprang i utløpet fra 3/3 til 1/3 av fullt utløp. Det dynamiske
avviket skal være minst mulig og innsvingningstiden skal være så hurtig som mulig.
Regulatorens algoritme er hentet fra læreboka Sanntidsdatateknikk, Digitale regulatorer av
Per Hveem (Januar 2014, Kybernetes forlag). Her er en oversiktlig henholdsvis fremstilling av
regulatorens virkemåte:
// Logiske operatorer:
// ! = Ikke-operator
// && = AND-operator
// || = OR-operator
// Direkte og reversert modus
If(DIR && AUTO)
{Ek = NIVÅ - REF}
If(!DIR && AUTO)
{Ek = REF - NIVÅ}
// P-regulator for med og uten P- og PD-foroverkobling
If(!PI &&
{ukP
If(!PI &&
{ukP
AUTO &&
= (Kp10
AUTO &&
= (Kp10
!P_foroverkoblet && !PD_foroverkoblet)
* Ek)/10 + u0}
(P_foroverkoblet || PD_foroverkoblet))
* Ek)/10}
19
// PI-regulator ( Tih = Ti/h )
If(PI && AUTO)
{uI_restK = (Kp10*Ek + uI_restK_1)%(Tih*10)
uIK = (Kp10*Ek + uI_restK_1)/(Tih*10)
ukPI = ukPI_1 + uIK + Kp10*(Ek – Ek_1)/10}
// Foroverkobling(FF), samplet forstyrrelse = vK
If((P_foroverkoblet || PD_foroverkoblet) && AUTO)
{uPFFk = Kp_FF * vK}
If((D_foroverkoblet || PD_foroverkoblet) && AUTO)
{If(D_foroverkoblet)
{Kp_FF = 1}
Tf_FF = Td_FF / N
uDFFk = Tf_FF*uDFFk_1 + Kp_FF*(vK – vK_1)/(h+Tf_FF)}
If(PD_foroverkoblet)
{uPDFFk = uPFFk + uDFFk}
// Grensesjekk av pådragene mellom 0 og 250
If(ukP < 0)
{ukP = 0}
IF(ukP > 250)
{ukP = 250}
If(ukPI < 0)
{ukPI = 0}
IF(ukPI > 250)
{ukPI = 250}
If(uPFFk < 0)
{uPFFk = 0}
IF(uPFFk > 250)
{uPFFk = 250}
If(uDFFk < 0)
{uDFFk = 0}
IF(uDFFk > 250)
{uDFFk = 250}
20
// Addering av regulator- og foroverkobling-pådrag
If(PI && AUTO)
{If(P_foroverkoblet)
{uk = ukPI + uPFFk}
If(D_foroverkoblet)
{uk = ukPI + uDFFk}
If(PD_foroverkoblet)
{uk = ukPI + uPDFFk}}
If(!PI && AUTO)
{If(P_foroverkoblet)
{uk = ukP + uPFFk}
If(D_foroverkoblet)
{uk = ukP + uDFFk}
If(PD_foroverkoblet)
{uk = ukP + uPDFFk}}
// Grensesjekk mellom 0 og 250
If(uk < 0)
{uk = 0}
IF(uk > 250)
{uk = 250}
// Flytting av gamle verdier
Ek = Ek_1
ukP = ukP_1
ukPI = ukPI_1
uI_restK = uI_restK_1
If(D_foroverkoblet || PD_foroverkoblet)
{uDFFk = uDFFk_1
vK = vK_1}
// Manuelt pådrag
If(MAN)
{uk = uM
REF = NIVÅ
u0 = uM}
21
Dersom det forekommer et strømbrudd skal riggens master PLS «huske» verdier fra før
strømbruddet. PLSen er utstyrt med batterimatede minneceller som brukes til bevaring av
prosess-data. Deretter skal master videreføre informasjonen til slave PLSen (F1XN) slik at
den kan fortsette reguleringen der den slapp.
En skal også ha muligheten til å slå pumpen og alle de tre utgangsventilene av og på via
operatørpanelene.
Hvis prosessen har et stasjonært avvik over 25% skal det oppstå en alarmtilstand, og dersom
væskenivået ligger under 10% - eller over 90% av tankens totale nivå skal det oppstå en
kritisk alarmtilstand. Om fem sekunder går uten at alarmtilstandene er gått over, skal et
alarm-flagg settes høyt. Dersom det er et vanlig alarm-flagg (stasjonært avvik) skal en
alarmlampe på tank-riggen blinke med 1 Hz hastighet. Hvis det kritiske alarm-flagget er høyt
skal lampen blinke med 2.5 Hz hastighet. En skal kunne kvittere på at alarmen er sett via
operatørpanelene og denne kvitteringen skal enten slå av lampen dersom problemet er løst,
eller gi lampen et kontinuerlig lys om problemet er fortsatt aktivt.
Programmeringsspråk: Ladder logikk
Utviklermiljø: MELSOF Series GX Works2
22
Figur 7.9
Slave 1 PLS-programmet er delt opp i 5 forskjellige programbiter. De tre ulike programbitene
er delt opp slik:





AD_DA
Alarm
Fysiske_Utganger
Profibus
Regulator
Dette er gjort med hensikt i å holde en grei oversikt over hva som er programmert hvor.
Grunner til dette er for å forenkle programmeringen for en selv, forenkle feilsøking samt.
Lette forståelsen for andre.
Oversikt over spesialminneceller som er brukt:
Navn
Forklaring
M8000
Alltid høy (1) når PLS er i RUN. Går lav (0) når PLS går i STOP
M8002
Høy (1) kun i første scan etter at PLS har gått fra STOP til RUN. Ellers
lav (0)
M8011
Pulstog, 10ms. 5ms høy (1), 5 ms lav (0)
M8013
Pulstog, 1s. 500ms høy (1), 500ms lav (0)
Tabell 7.2
23
7.2.1 AD_DA [GMS]
Her ligger programmeringen av kommunikasjon mellom Slave 1 og dens AD/DA-omformer.
AD/DA-omformeren ligger på modulplass 0, og TO-/FROM-instruksjoner blir brukt for
kommunikasjon.
Kort oppsummert av hva som er programmert i AD_DA er at verdien til nivåføleren samt.
flowmåleren fra tank 1 leses av og legges i hhv. D0 «Analog_Inn_K0_LT_16» og D1
«Analog_Inn_K1_FT_16». Pådraget fra PID-blokka sendes ut fra dataregister D2
«Analog_Ut_RV_16». For detaljert forklaring på programkode og oppsett, se «Miniprosjekt
Rapport GR3» side 20-22. Se også vedlegg 6.
Figur 7.10
Figur 7.10 er et utdrag fra programkoden i AD_DA. Nivået i tanken leses av og legges i et
dataregister i slaven. Her gir slaven beskjed om å start A/D-omforming på kanal 0 ved at BFM
#17 gis verdi 2. Deretter hentes verdien fra kanal 0 ved at verdien fra BFM #0 legges i D0
«Analog_Inn_K0_LT_16».
24
7.2.2 Alarm [GMS]
I programdelen «Alarm» er alle alarmene programmert. Gitt av oppgaveteksten skal det gå
alarm dersom nivået avviker mer enn 25 % fra referansen, dersom det absolutte nivået
overstiger 90 %, eller gå under 10 %. Over 90 % nivå, og under 10 % nivå, er kritiske alarmer.
Ved vanlig alarm (ikke kritisk, avviket er over 25 % fra referansen) skal alarmlampe
«Alarm_H1» (M22) blinke med 0.5 sek intervall. Ved kritisk alarm (nivå over 90 % og nivå
under 10 %) skal alarmlampe «Alarm_H1» (M22) blinke med 0.2 sek intervall. Dersom alle
alarmer er kvittert, men det fortsatt er alarmtilstand skal alarmlampe «Alarm_H1» (M22)
lyse fast helt til prosessen går ut av alarmtilstand. Det skal ikke utløses før det har vært
alarmtilstand i 5 sekunder eller mer.
Måten dette er løst på der ved å definere tre minneceller for tilstander i prosessen (ikke
alarmtilstander):
Minnecelle
M104
M105
M106
Navn
Avvik_over_25
Niva_over90
Niva_under10
Forklaring
Avviket er
Nivået er
Nivået er
over 25%
over 90%
under 10%
Tabell 7.3
Og tre minneceller for alarmtilstander i prosessen:
Minnec
M101
M102
M103
Alarm_Avvik_ov
Alarm_Niva_o
Alarm_Niva_un
er_25
ver90
der10
Forklari
Avviket har vært
Nivået har
Nivået har vært
ng
over 25% i 5 sek
vært over 90%
under 10% i 5
sammenhengen
i 5 sek
sek
de
sammenhenge
sammenhengen
nde
de
elle
Navn
Tabell 7.4
25
Figur 7.11
Figur 7.11 viser hvordan minnecellene som forteller om tilstandene i prosessen går høy
dersom avviket er over 25 %, nivået er over 90 % og nivået er under 10 %. Detaljert
forklaring står i kommentarboksene.
Figur 7.12
Figur 7.12 viser hvordan alarmtilstand «Alarm_Avvik_over_25» blir satt dersom avviket har
vært kontinuerlig i over 5 sekunder. Timer T1 utgang TS1 går høy og alarmen blir satt.
Tilsvarende er gjort for «Alarm_Niva_over90» og «Alarm_Niva_under10».
26
Figur 7.13
Figur 7.13 viser hvordan alarmene blir resatt dersom kvitteringsbit fra operatørpanel går høy
(dvs. operatøren har kvittert), samt. At den faktiske tilstanden i prosessen er utenfor tilstand
som skal gi alarm. Dersom begge disse er oppfylt vil alarm minnecellen(e) bli resatt.
Figur 7.14
Figur 7.14 viser hvordan alarmlampas minnecelle «Alarm_H1» (M22) styres gitt ulike
alarmtilstander med og uten kvittering. Forklaring står i kommentarboks. «Puls_20ms_1» er
en selvlaget blinkefrekvens med 20ms intervall laget med sekvensprogrammering og to
timere. Se vedlegg 6 «Alarm POU» nettverk 2.
27
7.2.3 Profibus [GMS]
Her ligger programmeringen av kommunikasjon mellom slave 1 og QPLS via profibuskabelen.
Kort oppsummert blir alarmtilstandene (M100-M115), og dataregistrene D100-D115
overført fra slave 1 til master, mens minnecellene fra master (M120-M135), og
dataregistrene D120-D135 blir overført fra master til slave1. Vedlegg 4 viser en grei oversikt
over hva som overføres til hvor.
Figur 7.15
Figur 7.15 er et utdrag fra Profibus programdelen som viser hvordan slave 1 blir gitt sin
slaveadresse. Se vedlegg 6 og/eller «Miniprosjekt Rapport G3» side 22-23 for mer detaljert
beskrivelse av Profibus programdelen da det ikke har vært nødvendig med noen endringer
siden Miniprosjektet hvor vi opprettet kommunikasjonen.
Fysiske utganger:
I denne programdelen kobles minneceller fra HIM (operatørpanel og InTouch) til de fysiske
utgangene på Slave 1-PLSen. Dette er en kort og presis programdel, da det kun er 5 utganger
som skal styres. I tabell 7.5 er en oversikt over hvilke minneceller som er koblet til hvilke
utganger samt. Hvilke navn som er brukt i programmet.
Utga
Y4
Y5
Y10
Y11
Y12
Minn
M
M22
M127
M128
M129
ecell
13
e
0
Navn
P_
Alarm
MV_1
MV_2
MV_3
ng
28
1
_H1
Forkl
Pu
Alarm
Magnet
Magnet
Magnet
aring
m
lamp
ventil1
ventil2
ventil3
pe
e
Tabell 7.5
Figur 7.16
Figur 7.16 viser hvordan minnecellene er koblet til de fysiske utgangene. Pumpa «P_1» (Y4)
skiller seg ut fra resten ved at pumpa skal stoppe ved kritisk alarm når nivået er over 90 %.
Dermed blir utgangen resatt ved denne alarmen, og kan ikke startes før nivået er under 90
%, og alarmen er kvittert fra operatørpanelet eller InTouch. I operatørpanelet blir «P_1»
(M130) resatt ved denne alarmtilstanden, slik at pumpa ikke starter opp av seg selv dersom
du kun kvitterer alarmen, du må altså starte pumpa på nytt etter at nivået er under 90 %, og
du har kvittert alarmen. Dette er gjort for at det bør være en bevist handling av operatøren
dersom pumpa skal startes igjen etter en slik kritisk alarm.
29
7.2.4 Regulator [GMS]
I Regulator programdelen tar vi for oss en del omregning fra prosent til bitverdier,
omregning fra bitverdier til prosent, omgjøring fra 16-bits ord til 32-bits ord og omgjøring fra
32-bits ord til 16-bits ord. Her blir også alle dataregistrene og minnecellene som skal brukes i
regulatoren koblet sammen med PID-blokka.
Vi har valgt å omgjøre alle 16-bits ord til 32-bits ord før de brukes inni regulator-blokka for å
unngå komplikasjoner med de matematiske operasjonsblokkene i GX-Works 2. Også det som
går ut av regulator-blokka (nominelt pådrag «u0_32», manuelt pådrag «u_man_32» og
referansen «ref_32») kommer som et 32-bits ord, for så å bli omgjort til et 16-bits ord etter
omregning til prosent. Det 16-bits ordet sendes så tilbake til master.
Navnsetting:
Da det er mange dataregistre å holde styr på i programmet har vi valgt å standardisere noen
for å opprettholde en noenlunde god oversikt.
Dataregister som ender på «…_TilQ» er dataregister som går over profibus fra slave 1 til
master.
Dataregister som ender på «…_Fra_Q» er dataregister som går over profibus fra master til
slave 1.
Dataregister som ender på «…_16» er 16-bits enkle dataregister. Disse blir brukt til
omregning til prosent.
Dataregister som ender på «…_32» er 32-bits doble dataregister. Disse blir brukt i
regulatorblokka.
Omgjøring fra 16-bits dataregister til 32-bits dataregister:
30
Figur 7.17
Figur 7.17 viser et utsnitt av hvordan vi «omgjør» 16-bits dataregister som kommer fra
master til 32-bits dataregister som ligger lokalt i slave 1 for videre bruk i regulator-blokka.
Omregning fra prosent til bitverdi, og omregning fra bitverdi til prosent:
Figur 7.18
Figur 7.18 viser et utdrag fra regulator programdelen som tar for seg omregning av
referansen i prosent til bitverdi, og omregning av referansen i bitverdi til prosent. Dette er
nødvendig i og med at referansen skal kunne settes som en prosentverdi i HMI dersom
regulatoren er i auto-modus. Dermed må regulatoren motta denne referansen fra HMI
omregnet til bitverdi, for å kunne behandle referansen videre. Er regulatoren derimot i
31
manuell-modus skal referansen settes lik prosessverdien for å oppnå rykkfri overgang ved
bytte av regulatortype. Dermed blir referansen satt lik bitverdien til nåværende verdi i
tanken (dette skjer inne i regulator-blokka), og lagt i «ref_32» (D20). «ref_32» er et 32-bits
dataregister og kan ikke overføres til master med profibusoppsettet vårt, dermed blir
«ref_32»-verdi kopiert over til et 16-bits dataregister «ref_Til_Q_16» (D55) som igjen blir
omregnet til prosent og lagt i «Ref_TilQ» (D102) som sendes til master.
Tilsvarende er gjort både for nominelt pådrag og manuelt pådrag. Avhengig av ulike kriterier.
Se vedlegg 6 Regulator POU nettverk 5 og 6.
Prosessverdi (nåverdi i tank), flowverdi (gjennomstrømning i utløp) og pådrag til
reguleringsventil skal alltid sendes fra slave 1 til master for å overvåke prosessens tilstand.
Dette er gjort på samme måte som med referansen bortsett fra at man ikke trenger å ta
hensyn til å motta noe fra master. Se figur 7.19.
Figur 7.19
32
Figur 7.20
Figur 7.20 viser hvordan regulatorblokka ser ut med tilhørende inn- og utganger tilkoblet.
Videre kommer tabeller som viser en oversikt over hvordan de globale dataregistrene og
minnecellene er koblet sammen med regulator-blokkas lokale.
Tabell 7.6 viser en oversikt over dataregistre som kun skal leses (read only) av regulatorblokka.
Navn global
Dataregister
Navn lokal (PID-blokk)
global
Samptid_h_32
D43
samp_h
Analog_Inn_K0_LT_32
D36
PV_Nivå
Analog_Inn_K1_FT_32
D38
vK
Kp_32
D10
Kp
Ti_32
D24
Ti
Kp_FF_32
D26
Kp_FF
Td_FF_32
D28
Td_FF
N_orden_FF_32
D30
N_FF
Tabell 7.6
33
Tabell 7.7 viser en oversikt over dataregistre som skal kunne leses og skrives til av regulatorblokka:
Navn global
Dataregister
Navn lokal (PID-blokk)
global
u0_32
D16
u0
u_man_32
D41
ukm
ref_32
D20
ref_r
Tabell 7.7
Tabell 7.8 viser en oversikt over dataregistre som kun skal skrives til (write only) i
regulatorblokka:
Navn global
Dataregister
Navn lokal (PID-blokk)
global
Pådrag_Til_DA_32
D18
u_PID
Tabell 7.8
Tabell 7.9 viser en oversikt over minneceller som kun skal leses av (read only)
regulatorblokka:
Navn global
Dataregister
Navn lokal (PID-blokk)
global
MAN_AUTO
M120
MAN
DIRE_REV
M121
Dir_Rev
PI_P_valg
M122
PI_P
PFF_valgt
M124
P_FF_reg
DFF_valgt
M125
D_FF_reg
PDFF_valgt
M126
PD_FF_reg
Tabell 7.9
De lokale navnene (PID-blokk) er de som brukes til videre programmering inne i regulatorblokka. Mens de globale navnene med tilhørende dataregistre/minneceller blir brukt til
behandling av verdiene som sendes ut av blokka.
34
35
7.2.5 Regulatorblokken [JK]
For ordens skyld er selve reguleringen begrenset til en funksjonsblokk kalt PID_blokk1. Dette
gjør gjenbruk av regulatoren mye enklere og programmet i sin helhet blir mer oversiktlig å
lese. På venstre side av blokken (se figur 7.21) er funksjonsblokkens innganger. Disse
variablene kommer fra operatøren og styrer de forskjellige parameterne i regulatoren. De
åtte øverste- og de tre nederste inngangene på blokken er 32-bits variabler, mens de
gjenværende inngangene er boolske variabler av typen bit.
Høyre side av funksjonsblokken holder de kalkulerte utgangene som sendes tilbake.
Pådrag_Til_DA_32 er det regulatorbestemte pådraget som skal sendes til
reguleringsventilen. For å unngå endringer i det stasjonære nivået ved endring av
regulatortype må regulatoren få muligheten til å sette noen av parameterne selv. Nederst til
høyre på figuren står det nominelle pådraget u0, det manuelle pådraget ukm og referansen
ref_r som utganger. Dette er for å holde operatørpanelene oppdatert på de kalkulerte
parameterne som trengs for en rykkfri overgang.
Figur 7.21 – Regulatorens funksjonsblokk
36
7.2.6 Samplingsklokken [JK]
Samplingsklokken er inspirert av sekvensprogrammering, der tilstanden Sampling (se figur
7.22) holder seg selv høy så lenge neste tilstand (Sampling_invers) ikke er høy og motsatt.
Tilstandene starter to individuelle men like timere med funksjonsblokken OUT_T og
tidskretsene T200 og T201. Den ene tilstandens tidskrets er den andre tilstandens
overgangsbetingelse, slik at begge tilstandene veksler mellom å være høy.
Tidskretsene T200 og T201 er av typen 10 ms tidskretser, som betyr at for hvert heltall inn på
inngangen TValue i OUT_T – blokken teller timeren 10 millisekunder. Her blir
samplingsvariabelen Data22 satt som inngang på TValue. Denne variabelen er kvotienten av
samplingstiden gitt i ms delt på 20. Det er valgt å dele på 20, slik at hver av tellerne teller til
halve samplingstiden.
Tilstandsvariabelen Sampling blir brukt i regulatorens pådragsalgoritmer som en stigende
puls, slik at det kun kalkuleres i det Sampling går høy og ikke før hele samplingstiden har
passert.
37
Figur 7.22 – Samplingsklokken i GX Works 2
38
7.2.7 Direkte og reversert regulering [JK]
Operatøren skal ha muligheten til å velge mellom direkte og reversert reguleringsmodus.
Dette kan være ønskelig i mange tilfeller, men i dette prosjektet brukes kun det
reversvirkende avviket.
Figur 7.23 – Utregning av avvik
Substitusjonsblokken DSUB er brukt til å kalkulere avviket ek_32. I reversvirkende regulering
ser det matematiske regnestykket slik ut:
Avvik = Referanse – Væskenivå
39
7.2.8 P-regulator [JK]
Dersom operatøren velger å regulere kun med P-forsterkning, vil den boolske variabelen
PI_P gå lav. Sammen med andre kriterier skal dette åpne for kalkulering av pådrag med en Pforsterkningsalgoritme.
P-regulering (proporsjonal regulering) har to justerbare parametere; proporsjonalforsterkningskonstant Kp og nominelt pådrag u0. Begge er inngangsverdier som leses av
regulatorblokken, slik at de kan bli bestemt av operatøren. Dersom det også er valgt
foroverkobling med P-forsterkning skal det nominelle pådraget fjernes.
I regulatorblokken for P-regulering er det derfor laget to forskjellige kalkuleringer, med og
uten nominelt pådrag (se figur 7.24).
Figur 7.24 – P-regulator
De matematiske funksjonene henholdsvis med og uten nominelt pådrag ser slik ut:
Pådrag = Avvik*Kp + u0
Pådrag = Avvik*Kp
40
7.2.9 PI-regulator
Dersom PI-regulator er valgt av operatøren, vil den boolske variabelen PI_P gå høy. Dette
åpner for PI-delen av programmet, og lukker P-delen.
Den brukte algoritmen er basert på et eksempel i boka Sanntidsdatateknikk (side 108):
𝛥𝑢𝐼𝐾 = (𝐾𝑝10 ⋅ 𝑒𝐾 + 𝛥𝑢𝐼_𝑅𝐸𝑆𝑇_𝐾−1 )⁄( 𝑇𝑖 ℎ ⋅ 10)
𝛥𝑢𝐼_𝑅𝐸𝑆𝑇_𝐾 = (𝐾𝑝10 ⋅ 𝑒𝐾 + 𝛥𝑢𝐼_𝑅𝐸𝑆𝑇_𝐾−1 )%(𝑇𝑖 ℎ ⋅ 10)
𝑢𝑘 = 𝑢𝐾−1 + 𝛥𝑢𝐼𝐾 + 𝐾𝑝10 (𝑒𝐾 − 𝑒𝐾−1 )⁄10
Formel 7.1
Figur 7.25 – PI-regulator
Algoritmen er lagd med hensyn på at det vil forekomme avrundingsrester ved divisjon og at
disse må bli bevart for bedre nøyaktighet i utregning av pådraget.
41
7.2.10 Foroverkobling
I et system preget av forstyrrelse kan det lønne seg å bruke en foroverkobling i tillegg til
bakoverkoblingen. Istedenfor å beregne pådrag ut i fra avviket, gir foroverkobling et pådrag
basert på forstyrrelser på prosessen. I dette tilfellet er forstyrrelsen utstrømning fra tanken.
Tanken er utstyrt med tre magnetventiler som en fritt kan styre både manuelt og via
operatørpanelene. Utstrømningen gjennom magnetventilene blir gjort mål på og kommer til
regulatorblokken i variabelen vK.
Regulatorblokken har blant flere tre innganger med navnene P_FF_reg, D_FF_reg og
PD_FF_reg. Disse bestemmer hvilken regulatortype som skal brukes i foroverkoblingen. Kun
en av de boolske variablene kan være høy til enhver tid, og dersom ingen er høye, er
foroverkoblingen deaktivert.
Operatøren har muligheten til å justere de tre foroverkoblingsparameterne Kp, Td og N.
Dersom D-regulering i foroverkoblingen er valgt, velges Kp til 1 utenfor regulatorblokken.
Foroverkoblingsalgoritmene er hentet fra læreboka Sanntidsdatateknikk (side 95):
P-forsterkning:
𝑢𝑃𝐹𝐹𝐾 = 𝐾𝑃𝐹𝐹 ⋅ 𝑉𝐾
Formel 7.2
Figur 7.26 - Foroverkobling
42
D-forsterkning:
𝑇𝑓𝐹𝐹 = 𝑇𝑑𝐹𝐹 ⁄𝑁
𝑢𝐷𝐹𝐹𝐾 = 𝑇𝑓𝐹𝐹 ⋅ 𝑢𝐷𝐹𝐹𝐾−1 + 𝐾𝑃𝐹𝐹 (𝑉𝐾 − 𝑉𝐾−1 )⁄( ℎ + 𝑇𝑓𝐹𝐹 )
Formel 7.3
Figur 7.27 – Foroverkobling med D-forsterkning, usammenhengende for å få med hele bildet.
PD-forsterkning:
𝑢𝑃𝐷𝐹𝐹𝐾 = 𝑢𝑃𝐹𝐹𝐾 + 𝑢𝐷𝐹𝐹𝐾
Formel 7.4
Figur 7.28 – PD-forsterkning
43
P-forsterkningen holder et pådrag proporsjonalt med utstrømningen av tanken.
Strømningsmåleren sender inn en verdi som ligger mellom verdiene 0 til 250, og dermed
trengs en lav Kp slik at pådraget fra foroverkoblingen ikke går helt i metning.
I motsetning til P-forsterkningen, gir D-delen pådrag bare dersom utstrømningen endrer seg.
En blanding av begge forsterkningene gir ofte best regulering av forstyrrelser. Dersom PDregulering er valgt, brukes begge de tidligere forsterkningene og summerer de til slutt.
Dersom en bruker både foroverkobling og bakoverkobling bør D-delen i foroverkoblingen
holdes utenfor wind-up kontrollen, mens P-delen inkluderes. Ved grensesjekk av pådragene
mellom 0 og 250 før de lagres som forrige pådragsverdi til slutt i programmet, vil det fungere
som en wind-up kontroll.
7.2.11 Rykkfri overgang (bumpless transfer)
Dersom væskenivået i tanken har stabilisert seg er det svært ønskelig å beholde likt pådrag
over regulatortypebytte, slik at en unngår et dynamisk avvik i overgangen.
Det er forskjellige ting en må passe på i programmet avhengig av hvilken modus regulatoren
står i og hvor den skal. De forskjellige overgangene er listet opp i læreboka
Sanntidsdatateknikk (Kapittel 4).
44
Figur 7.29
I overgangen fra manuell til automatisk styring, settes referansen lik det målte nivået i
tanken og legger det siste manuelle pådraget i variablene u0 og forrige PI-pådrag. Og i
overgangen fra automatisk- til manuell styring, starter det manuelle pådraget i forrige
automatiske pådrag.
Fra P- til PI-regulering blir P-pådraget lagt i PI-pådragets forrige verdi som i utgangspunktet
er 0. Og fra PI- til P-regulering settes u0 lik det automatiske pådraget fra PI-regulatoren.
Dersom væskenivået var stasjonært vil ikke P-regulatoren skape stasjonært avvik på denne
referansen.
45
8 InTouch [JA]
8.1 Innledning
I denne delen vil det bli beskrevet hvordan brukergrensesnittet for entankstyringen med
InTouch er bygget opp. Det vil bli forklart hvordan programmet er satt opp slik at man får
innsikt i programmets funksjonalitet, og samtidig vises det hvordan funksjonene er satt opp
på en enkel måte.
Programmet består av følgende vinduer/skjermbilder:

Innloggingsvindu

Prosessvindu

Historikk (historisk trend)

Alarmvindu

Kommunikasjonsvindu
I tillegg kommer en menylinje som ligger øverst i alle skjermbildene. Dette gjør at man enkelt
kan navigere mellom de forskjellige vinduene.
Prosessvinduet og alarmvinduet har begrensede funksjoner basert på de forskjellige
operatørenes tilgangsnivå. De andre vinduene har ingen begrensninger.
Oppsettet av tagger i Beijer Electronics OPC Server og OPC Link ble gjennomgått i
miniprosjektrapporten og vil ikke bli sett nærmere på her. For mer informasjon om
kommunikasjonen mellom InTouch og QPLS, se miniprosjektrapporten «Del 8:
Kommunikasjon mellom HMI og QPLS». Fullstendig liste over tagger som ble brukt i OPCserveren finnes som vedlegg 3.
Enkle oppsett av knapper, tildelinger av tagger og variabler ble gjennomgått i
miniprosjektrapporten «Del 9: PC HMI». Denne rapporten vil dekke de områdene som ikke
ble innfattet i miniprosjektet, og gå litt er i dybden på de funksjoner som krever litt ekstra.
46
47
8.2 Sikkerhet, innlogging og tilgangsnivå
Det første som ble gjort er å definere innloggingsnavn og tilgangsnivå for de ulike
operatørene. Man går inn på «Special > Security > Select Security Type > InTouch», etter det
velger man «Special > Security > Log On» og skriver inn brukernavn: Administrator og
passord: wonderware.
Figur 8.1
Nå har man tilgang til å velge «Special > Security >Configure Users…».
Figur 8.2
Her legges de tre operatørene til med tilhørende passord og tilgangsnivå.
48
8.2 Oversikt over brukerne
Brukernavn
Passord
Tilgangsnivå
Operatør1
Op1
1
Operatør2
Op2
2
Operatør3
Op3
3
Tabell 8.1
8.3 Innloggingsvindu
Da er det klart for å sette opp innloggingsvinduet.
Figur 8.3 – Vindusskriptet for innloggingsvinduet
I dette vindusskriptet for innloggingsvinduet settes variabelen $OperatorEntered lik None,
og $PasswordEntered til blankt, Dette sikrer at man er logget helt ut av systemet når man
trykker logg av. For å unngå at uvedkommende får tilgang til noen av skjermbildene blir alle
andre skjermbilder lukket.
49
Figur 8.4 – Ikke innlogget
Figur 8.5 - Logg inn-knappskriptet
Dette er action-skriptet for innlogging som kjøres når «Logg inn»-knappen trykkes. «DIM
LogonResult AS DISCRETE» definerer variabelen «LogonResult» som datatype DISCRETE.
50
«LogonResult = PostLogonDialog()» er en funksjon som viser innloggingsboksen når verdien
«LogonResult» er sann.
Figur 8.6 – Innlogging
I «Log On»-vinduet som dukker opp kan man skrive inn en av operatørene og tilhørende
passord.
Som eksempel er det logget inn med bruker: Operatør3 og passord: Op3.
Figur 8.7 – Logget inn som Operatør3
51
Når du er logget inn dukker det opp hvilken bruker som er aktiv og to knapper. Fortsettknappen tar deg med videre til «Prosess»-vinduet. Avbryt-knappen gjør at du blir logget ut
og du blir tatt med tilbake til forrige bilde.
8.4 Menylinjen
Figur 8.8 – Menylinjen
Menylinjen ligger øverst på alle bildene (unntatt logginn-vinduet). Her kan man navigere
mellom de ulike vinduene, se tid og dato, se hvilken bruker som er logget inn og man kan
logge seg ut. På «Logg ut»-knappen er det lagt inn «Touch Pushbuttons > Show Window»skript. Dette tar deg med til innloggingsvinduet. På grunn av vindusskriptet på
innloggingsvinduet blir man da automatisk logget ut. De andre navigeringsknappene har
tilsvarende «Touch Pushbuttons > Show Window»-skript.
Figur 8.9 – Oppbygging av brukergrensesnittet
52
8.5 Prosessbildet
Figur 8.10 – Prosessbildet
Dette er bildet man kommer til etter at innloggingen var vellykket og man trykker fortsett.
Skjermbildet består av et prosessflytskjema, en sanntidstrend og muligheten for å velge
regulatortypen, endre regulatorinnstillinger og valg for foroverkobling. Prosessvinduet er det
skjermbildet som ser mest annerledes ut ettersom hvilken bruker som er logget inn.
53
8.6 Skjermbildet for Operatør1
Figur 8.11 – Prosessbildet for Operatør1
Dette er skjermbildet for operatør1, det er den brukeren med færrest rettigheter. Operatør1
er beregnet for personell som ikke har noen innsikt i prosessen.
Operatør1 har tilgang til å lese referanse, nivå, pådrag og om regulatoren står i auto eller
manuell. I tillegg kommer muligheten til å se alarmer og å se om pumpa er i drift.
54
8.7 Skjermbildet for Operatør2
Figur 2.12 – Prosessbildet for operatør2
Operatør2 har flere muligheter til å gjøre endringer på prosessen. Brukeren er beregnet for
teknikere og personer som skal utføre vedlikehold av anlegget. Man har mulighet til å lese av
måleverdier fra riggen, hvilke regulatortyper som er brukt og i hvilken modus regulatoren er
satt. I tillegg kommer muligheten til å sette referansen, slå av eller på pumpen, velge mellom
auto og manuell, sette pådraget og ha muligheten til å kvitere alarmer.
55
8.8 Skjermbildet for Operatør3
Figur 2.13 – Prosessbildet for operatør3
Operatør3 har alle rettigheter. Denne brukeren er beregnet på ingeniøren som har innsikt i
hvordan en regulator fungerer og hva alle funksjonene har som hensikt å gjøre. Operatør3
har mulighet til å endre på alle innstillinger på anlegget.
56
8.9 Oppsett av knapper
At de forskjellige brukerne har forskjellige tilgangsnivå og skal ha muligheten til å se og
endre forskjellige variabler er løst ved å bruke «Miscellaneous > Visibility»-link og
«Miscellaneous > Disable»-link. Dette er gjort på f. eks. knappene for styring av
magnetventilene. Linkene bruker variabelen $AccessLevel, den tilsvarer operatørenes
tilgangsnivå. Hvis ikke kravene for tilgangsnivå i linkene er oppnådd vil ikke knappen være
mulig å trykke, evt. være synlig.
Figur 8.14 – Oppsett av knapp, Visibility og Disable
I dette tilfellet er det nødvendig med et tilgangsnivå på 3 for å kunne gjøre endringer, og et
tilgangsnivå på 2 eller mer for å kunne se knappen som styrer magnetventil 1.
Når en knapp blir usynlig vil også tilhørende tekst også bli usynlig, dette er gjort med samme
type link som for knappen. I noen tilfeller brukes også «Location > Vertical»-linker for å
holde brukergrensesnittet så enkelt og pent som mulig. Denne linken gjør at en knapp eller
en tekst flyttes lengre opp på siden.
57
Figur 8.15 – Oppsett av knapp, Line Color
Knappene som indikerer om spesifikke innstillinger i programmet er aktivert har en grå ring
rundt seg som går over til å være grønn når den aktuelle innstillingen er «på». Dette er gjort
ved å bruke en «Line Color»-link. Den gjør at når en bestemt verdi går høy endrer linjen
rundt farge.
58
8.10 Oppsett av sanntidstrend
Sanntidstrenden ligger nederst til høyre i prosessbildet og viser en trend over referansen,
nivået og pådraget til prosessen.
Figur 8.16 – Sanntidstrend
Det første man gjør er å hente ut en «Real-Time Trend» fra verktøylinjen og strekker den ut
til ønsket størrelse.
Figur 8.17 – Oppsett av sanntidstrend
Dobbeltklikker man på trenden har man mulighet til å endre hvilke tags som skal tegnes opp.
Det er også mulig å endre utseende og over hvor lang tid det er mulig å se dataene. Vi valgte
å kunne se fem minutter tilbake i tid.
59
8.11 Historikk-bildet
Figur 8.18 – Historikk-skjermbildet
Når man trykker på Historikk-knappen i menylinjen åpnes bildet på figur 2.18. Her er det en
historisk trend. Den brukes til å se på prosessverdiene over lengre tid.
Man har muligheten til å zoome inn eller ut både på x- og y-aksen.
Figur 8.18 – Wizard Selection
Den historiske trenden hentes fra «Wizard Selection» som finnes i verktøylinjen. Her velges
alle objektene og legges inn i bildet. Det er viktig når man setter opp trenden at man velger
det samme navnet på alle objektene slik at de refererer til den samme historiske trenden.
Selve historikkvinduet heter HistTrend, da må de tilhørende objektene f.eks. zoom-verktøyet
ha samme navn.
60
Det er plassert en knapp til høyre for grafvinduet, den starter eller stopper automatisk
oppdatering av dataen. Knappen setter en diskret variabel «logging» høy eller lav.
Variabelen blir brukt i et vindusskript for historikk-vinduet.
Figur 8.19 – Vindusskript for start og stopp av logging.
Skriptet består av en if-setning som kjører funksjonen «HTUpdateToCurrentTime». Den
oppdaterer den valgte trenden «HistTrend» til sanntid. Ønsker man å hente ut verdier fra et
spesifikt tidspunkt må man slå av den automatiske oppdateringen. Skriptet kjøres hvert 50.
ms mens vinduet er oppe.
Helt nederst i vinduet er det en modul for å lagre de loggede dataene i en CSV-fil. Den er
ferdigprogrammert fra InTouch, men man må huske å gi den det samme navnet som den
historiske trenden den skal lagre dataene fra.
61
8.12 Alarmer
Når en av de definerte alarmene inntreffer begynner det å blinke rødt rundt alarm-knappen
på menylinjen. Dette indikerer at det har kommet en ny alarm. Hvis man nå trykker på
alarm-knappen kommer man til alarmvinduet og knappen slutter å blinke.
På alarmskjermen her det to blokker, en for sanntidsalarmer som viser de aktive alarmene,
og en for alarmhistorikk. Under alarmvinduene er det to knapper for kvittering av alarmer.
Den ene kvitterer kritiske alarmer og den andre kvitterer de «normale» alarmene, f. eks.
avvik fra referansen på mer enn 25 %.
Figur 8.20 – Oppsett av kvitteringsknappene
Alarmtaggene ble satt i hver sin «Group» i InTouch, de kritiske alarmene ble lagt i gruppen
«Kritisk» og de normale alarmene ble lagt i gruppen «Normalalarm». Det er lagt in et «Touch
> Action Script» på de to knappene. Når knappen for kvittering av kritisk alarm trykkes kjøres
funksjonen «Ack» som kvitterer gruppen «Kritisk». I tillegg settes tre tags av typen diskret
høye, dette for å si ifra til PLS og iX-panelet at alarmen er kvittert og for å si ifra til InTouch at
alarmen er registrert.
62
Figur 8.21 – Condition-skript
Det er også lagt inn to «Condition»-skript som gjør at alarmene blir kvittert i InTouch hvis de
blir kvittert via iX-panelet. Hver av de to skriptene kjøres i det kvitteringstaggen blir endret.
Skriptene bruker samme funksjon som kvitteringsknappene.
63
8.13 Kommunikasjon-bildet
Figur 2.22 – Kommunikasjon
Kommunikasjonsbildet består av et bilde som viser hvordan kommunikasjonen er satt opp
på en enkel måte. I tillegg er det en lampe som viser om kommunikasjonen er ok. Hvis det er
brudd mellom Master og Slave 1 lyser lampen rødt og det går en alarm i InTouch.
64
8.14 Skript
På grunn av at PLSen ikke har mulighet for overføring av desimaltall måtte vi gange opp
regulatorparameterne. Dette ble gjort ved hjelp av et «Window Script» som kjøres så lenge
prosessvinduet er oppe.
Figur 8.23 – Window Script for Prosess
Det ble laget interne tags for regulatorinnstillingene, det er disse man endrer på når man
skriver inn i InTouch. Deretter ganges de opp med bestemte verdier og legges inn i taggen
som er knyttet opp mot OPC-serveren. Kp, Ti, og TdFF blir ganget med 10, mens KpFF blir
ganget med 100.
65
9 iX-Panel [EAH]
På tankriggen er det montert et operatørpanel av type iX-Panel TA100. Panelet brukes til å
lese og skrive verdier til de to PLS-ene og kvittere ut alarmer. Operatørpanelet har veldige
mange muligheter. Gruppen står fritt til å velge selv hvordan vi skal lage et mest mulig fint og
brukervennlig operatørgrensesnitt. Styringsmulighetene vil være noe begrenset i forhold til
brukergrensesnittet på PCen, men oppgaveteksten har med noen ønskede skrive- og
leserettigheter som er listet opp under (se tabell under). I tillegg skal operatørpanelet settes
opp som WEB-server for fjernstyring av tankriggen via internett. Som skrevet i
miniprosjektrapporten er panelet et touchpanel, som lar for eksempel en operatør kunne
styre tankriggen der tanken befinner seg.
Variabel
Skrives
Leses
Referanse til tank1
X
X
Manuelt pådrag til tank1
X
X
Omstilling fra manuelt pådrag til automatisk
X
X
nivåregulering for tank1
Pådrag for tank1
X
Nivå i tank1
X
Melding om alarmer fra tank1
X
Kvittering av alarmer fra tank1
X
Start/stopp pumpe 1
X
X
Tabell 9.1 som viser ønskede skrive- og leserettigheter for operatørpanelet.
I tillegg har vi lagt inn noen flere rettigheter. Dette er fordi vi mener operatørpanelet blir
mer brukervennlig med de nye funksjonene, samtidig som operatøren får flere
valgmuligheter og en mer oversikt over prosessen. De nye rettighetene står i tabellen under.
Variabel
Skrives
Leses
Valg av regulatortype P/PI
X
X
Valg av magnetventiler MV1, MV2 og MV3
X
X
Tabell 9.2 som viser ekstra skrive- og leserettigheter for operatørpanelet.
66
8.1 Innlogging/Hovedbildet [EAH]
Figur 9.3 - Oppstartsbildet/logginn
Slik ser det ut når man starter opp riggen med operatørpanelet. Her kan man logge seg inn
med brukernavn ”Operatør3” og passord ”op3”. Operatør3 har alle rettigheter. I bildet har vi
to knapper nede til høyre, der knappen med huset på sender deg ”Hjem”, som er
innloggingsbildet. Knappen med jorden logger den aktuelle brukeren ut og sender deg til
”Hjem” bildet.
67
8.2 Prosess [EAH]
Figur 9.4 - Prosessoversikt
Dette er bildet man får opp etter å ha logget inn. Her ser vi oversiktsbildet over prosessen.
Selve tanken og rørene er tegnet inn slik det ser ut i virkeligheten. Dette gjør det lettere hvis
man må feilsøke på tankriggen, og man får en bedre oversikt.
Til venstre ser vi et sanntidsvindu hvor vi kan lese av nivået i tanken, settpunktet til tanken
og pådraget til reguleringsventilen i det aktuelle øyeblikket. Vi kan også lese av disse
verdiene i tallverdier. Vi ser på reguleringsventilen at vi har tre forskjellige verdier. ”PV” står
for ”Prosessverdi”, som er verdien som sendes ut i fra analogutgangen på PLSen til
reguleringsventilen. Dette signalet blir framstilt som 0-100 %. ”SP” står for ”Settpunkt”, som
er en verdi som blir utregnet i PLS-programmet. Denne verdien blir endret hele tiden, hvor
mye avhenger av hvor mye nivå vi skal ha i tanken. Prosessverdien skal hele tiden være
nærmeste mulig settpunktet. ”MAN” står for ”Manuell”, denne vises kun på bildet når
regulatoren er stilt inn i manuell modus. Da kan man overstyre signalet til
reguleringsventilen.
68
Ved ”LT1” (Level Transmitter 1) i bildet har vi samme oppbygging som reguleringsventilen. Vi
ser tallverdiene for nivået i tanken ”PV” og det utregnet settpunktet til tanken ”SP”.
De tre magnetventilene er også tatt med. De viser grå farge når de er lukket og grønn når de
er åpne. Pumpen som pumper vannet fra buffertanken til tanken er programmert på samme
måte som magnetventilene. Her har man muligheten til å stoppe eller starte pumpen. Grønn
farge indikerer at pumpen går, mens grå farge indikerer stopp. Disse funksjonene kan styres i
fra operatørpanelet.
Det er og tatt med regulator innstillinger. Her kan vi velge mellom P eller PI regulering, og
om regulatoren skal stå i auto eller manuell. Øverst til venstre er det et led-lys som ved rød
farge indikerer alarm.
69
8.3 Alarmer [EAH]
Figur 9.5
Figur 2 viser lesing/logging av alarmer, alle alarmer vises i sanntid. Under fanen ”State” får
man vite statusen på hver aktuelle alarm. Hvis vi har en aktiv alarm vil det stå ”Active” her,
samtidig som bakgrunnen for alarmen blir rød. Hvis den aktive alarmen går over av seg selv,
vil statusen bli ”Inactive” og bakgrunnen vil bli gul. Selv om alarmen har gått over, går den
ikke bort, før man har kvittert den ut med ”Ack” knappen. Trykker man ”Ack” på den
innaktive alarmen vil statusen gå over til ”Normal” og bakgrunnen blir hvit. Alarmen vil
fortsatt ligge i alarmhistorikken. Alle alarmer med status ”Normal” forsvinner ved å trykke på
”Clear” knappen. Det finnes også en ”Ack all” knapp som kvitterer ut alle alarmer med status
”Active”. ”Active Time” fanen viser dato og klokkeslett for hver alarm, mens under ”Text”
står det en kort forklaring for alarmen.
70
8.4 Historikk [EAH]
Figur 9.6
Figur 9.6 viser historikken til nivået i tanken, settpunktet til tanken og pådraget til
reguleringsventilen framstilt i en trend. Her kan man selv velge hvor lang tid tilbake i
historikken vi skal gå. Det er og muligheter for zooming inn og ut, å bla fram og tilbake i
trenden og tilbakestille trendvinduet.
71
8.5 Kommunikasjon [EAH]
Figur 9.7
Her er et enkelt oversiktsbilde over nettverkskommunikasjonen. Det er lagt inn alarmer som
viser om kommunikasjonen er oppe å går til hver enkelt PLS. Denne oversikten skal hjelp ved
feilsøking av kommunikasjonsfeil. Det hjelper veldig at det er tre forskjellige alarmer, og ikke
bare en. For eksempel hvis det er feil på slave 2, så trenger man ikke feilsøke på slave 1.
72
8.6 Programmering i iX Developer [EAH]
Her skal vi gi en veldig generell innføring i hvordan man programmerer de forskjellige
skjermene i operatørpanelet. Vi ser først på hvordan vi tilknytter en knapp en oppgave.
Figur 9.10
Vi markerer ”Logg inn” knappen, og trykker oss inn på ”Actions” fanen øverst i vundet. Der
ser vi hva knappen skal gjøre i de ulike sammenhengene. Vi har valgt ”Click” og der ligger det
”Multi Action”. Så trykker vi oss inn på det valget og her ser vi midt i bildet hva som skjer når
vi trykker på knappen. Først står det ”Login”, det vil si at ved klikking på knappen så vil man
få muligheten til å logge seg på forskjellige brukere. Under ”Login” står det ”Show screen 2”,
det betyr at hvis man logger seg inn vil man bli sendt videre til bildet 2. Her ligger det altså to
forskjellige oppgaver på en knapp.
73
8.7 Figurer [EAH]
Alle figurer som er brukt er hentet i fra iX Developer sitt eget komponentbibliotek. Det kan
åpnes ved å velge ”Multi Picture” under ”Objects”-fanen øverst i bildet. Etter du har valgt
det må du trykke på ”…” som bildet under viser. Etter det kan du browse alle komponentene
i biblioteket.
Figur 9.11
Videre skal vi se på hvordan vi endrer farge på en komponent etter hvordan verdi taggen
som er tilknyttet komponenten har. Ser vi på pumpen i bildet nr. 2 er den grå når pumpen
ikke går og knappen har farge grå med teksten ”Av”, altså taggen er 0. Når pumpen er i drift
blir den grønn, samtidig som knappen endrer farge til grønn og teksten sier ”På”. Taggen blir
også satt til 1.
74
Under ser vi hvordan dette gjøres i iX Developer. Når det gjelder pumpen så finnes den i
komponentbiblioteket. Her bruker vi to forskjellige bilder, ett for når pumpen er grå, og ett
annet når den er grønn.
Figur 9.12
For å endre farge og tekst på knappen må man inn på innstillingene for knappen. Bildet
under viser ett utklipp av innstillingene for knappen til pumpen.
75
Figur 9.13
Her velger man ”Fill” og ”Text”, og får opp bilder under som viser hvordan man gjør
fargeendringen.
Figur 9.14
76
Under ”Actions” til knappen for pumpen velger man hva som skal skje når man klikker på
den. Her er det valgt ”Toggle Tag” og referert til hvordan tagg som skal bli togglet. Bildet
under viser hvordan.
Figur 9.15
77
8.8 Tags [EAH]
Bilder under viser en oversikt over taggene som er brukt. Hver tagg må ha et navn, datatype,
lese- og/eller skriverettigheter og hvordan register taggen er linket opp mot.
Figur 9.16
Det er noen tagger som ikke er linket opp mot et register. Dette er interne tagger, som har
en initialverdi. Disse taggene brukes til å sette verdier i ulike faner og da må en velge hvilken
verdi de skal ha til å begynne med.
78
8.9 Alarmer [EAH]
iX Developer er utstyrt med en alarm server. Den ligger under ”Functions” til venstre i bildet.
Her kan man sett opp alarmene og hvordan de skal oppføre seg. Man legger inn en
forklarende tekst, tagg, og hva som skal til for å aktivere alarmen. Alarmene er programmert
i PLS programmet, og derfor bare linket opp mot hver enkelt tagg. Det hadde gått ant å
programmert alarmene i iX Developer, men det hadde bare ført til en ny feilkilde. Bildet
under viser hvordan alarmene er satt opp.
Figur 9.17
79
9.10 Datalogging [EAH]
Rett under hvor vi fant alarm serveren ligger ”Datalogger”. Her kan vi velge hvilken verdi vi
vil logge og lagre. Disse har vi bruk for når vi skal vise fram historikken til verdiene, og
framstille dem i en trend. Bildet under viser hvordan dataloggeren er satt opp.
Figur 9.18
I skjermbildet nr. 4 er det laget en trendframstilling for historikken. Når man trykker seg inn
på innstillingene og videre inn på ”Curves” må man pass på å velge ”Log Item” og ikke ”Tag”
som man har gjort før. Dette er fordi vi skal framstille historikken til de taggene som vises i
trenden på prosessbildet. Her velger man da verdiene ut i fra de man har opprettet i
dataloggeren. Bildet under viser hvordan.
Figur 9.19
80
9.11 Web-server [EAH]
Oppgaveteksten ber oss om å sette opp operatørpanelet som en WEB-server for informasjon
og fjernstyring av tankriggen via internett. Dette har vi løst ved å bruke iX Developer sin egen
”Remote Accsess” (Se bildet under), som kobler seg opp mot en Java applikasjon som heter
TightVNC. VNC er en protokoll som gjør fjernstyring av en datamaskin over nettverk mulig,
slik at vi kan få tilgang til operatørpanelet via vår egen hjemmeside. Dette fører til at vi kan
både skrive og lese verdier til systemet. Det eneste minuset er at man må ha en gammel
versjon av Java installert på PCen. Det må også gjøres noen endringer på
sikkerhetsinnstillingene, blant annet må Java stilles inn på laveste sikkerhetsinnstilling, samt
at den spesifikke nettadressen til kamerasiden må legges til i unntakslisten til Java.
Figur 9.20
Det ligger nå en fane med ”iX-Panel” på hjemmesiden, hvor man nå har tilgang til panelet (se
bildet under).
81
Figur 9.21
Programkoden for å linke Java applikasjonen til nettsiden videre til iX-panelet er vist i bildet
under. Det må deretter forwardes en port i ruteren, TCP 5800 og TCP 5900.
Figur 9.22
82
10 Antialiasingfilter [HBR og NY]
Som en del av prosjektet, skal prosjektgruppen konstruere to lavpass-filtre som skal settes
inn før signalet går inn på AD-DA modulen i slave-PLS’en. Prosessen er plaget med en god del
støy, forårsaket blant annet av fallhøyden fra innløpet i tanken til vannoverflaten, samt
tankens smale radius. Ved å filtrere bort unyttig støy er tanken å få et bedre bilde av tankens
faktiske tilstand. I bunnen av tanken på prosessriggen sitter det en trykktransmitter. Denne
måler trykket i tanken, noe som brukes for å beregne vannivået. Vanntilførselen til tanken er
øverst og vannet renner da rett ned og treffer vannoverflaten i tanken. Det at
vanntilførselen skjer på denne måten sørger for en del plasking og spruting på
vannoverflaten og et stykke under vannoverflaten. Denne plaskingen oppfattes som støy og
gjør at målingen av nivået blir vanskelig. Det er derfor nødvendig å konstruere et filter som
kan filtrere bort støyen, slik at nivåmålingen blir korrekt. Også skal vi konstruere en lavpass
filter av første orden for utløpet.
11 Nivåmåler [HBR og NY]
Nivåmåleren er relativt mye plaget av støy, og med ganske høy amplitude. Dette kunne gitt
store feilmeldinger om nivåets stabilitet, hvis det ikke ble filtrert bort før det sendes inn i
regulatoren. For å komme frem til en god design av filteret, måtte man først finne hvilke
frekvenser man vil filtrere bort.
Dette ble gjort ved at en ekstern regulator ble tilkoblet riggen, innstilt ved hjelp av
autotuner, og at man så på støyfrekvens målt ved forskjellige høyder, samt forskjellige
verdier på utløpet. Støyen ble målt med oscilloskop ut fra LT1 (-)(Level Transmitter 1) på
tankriggen. Støymåling_LT1 viser gir oss verdier på hva slags støy vi måler fra LT1(-). Det man
er mest interessert i, er målingene som gir oss lavest frekvens på støyen, da det er denne
man må basere filteret ut på, men man er også interessert i hvilken amplitude dette signalet
har. Filteret som skal være tilkoblet nivåmåleren til tank 1, LT1, skal ifølge Prosjekts
spesifikasjonene være et andreordens Butterworth-filter.
83
Figur 11.1 - Støymåling av nivåmåler
Figur 11.2 - Andreordens filter
Figur 11.3 - Andreordens filter
84
Figur 11.4 – Testing av filteret i Multisim
85
12 Strømningsmåler [HBR og NY]
Strømningsmålersignalet er ikke betydelig plaget av støy og støyen er med relativt lav
amplitude. Strømningssignalet blir filtrert for ikke å få et feil bilde av hva utstrømningen er,
og videre påvirke utregninger i foroverkoblingsregulator. For å designe filteret på en bra
måte er vi avhengig av å vite hvilke frekvenser vi ikke ønsker, og dermed vil filtrere bort.
Signalet ble logget ved hjelp av oscilloskop ved forskjellig vannhøyde i tanken, ved forskjellig
mengde på utløp og ved påfylling og tømming av tank. Etter utførte tester stod vi igjen med
støyfrekvensene som vi tok utgangspunkt i for design av filter. Det støysignalet vi var mest
interessert i var det med lavest frekvens, samt å analysere amplituden på dette støysignalet
samt amplitude på eventuelle nærliggende støysignal. I følge prosjektspesifikasjonene var
det ikke oppgitt noen andre spesifikasjoner annet enn at det skulle være et antialiasingfilter
på målt utløp, og at ic-brikken LM358 skulle brukes. Valget vårt ble derfor et lavpassfilter av
typen butterworth av første orden.
Figur 11.5 - Pol i venstre halvplan
Figur 11.6 – Støysignalet fra utløpet
86
13
Konklusjon filter [HBR og NY]
Rent grafisk ser vi at vi har en tydelig forbedring av av signalet etter filteret. Etter en litt
nærmere sjekk fant vi heller ingen støyamplitude over ½ LSB som ville kunne gitt feil signal
på inngang til AD/DA.
Figur 13.1 - Førsteordens filter
Figur 13.2 – Utstrømningssignal før og etter filtrering
87
13.1 Test av tankens regulering [HBR og NY]
Væskenivået i tanken reguleres ved hjelp av en PLS som styrer innløpet til tanken. Tanken
har da et utløp som endres ved at 3 magnetventiler som åpnes eller lukkes. Det er satt krav
og retningslinjer til hvordan tanken skal reguleres og styres. PLS-en kommuniserer med
omverdenen gjennom et operatørpanel med touchskjerm og webserver som står ved
anlegget og en PC med programmet InTouch. I et anlegg som dette er det mange bindeledd
og mange potensielle feilkilder. Det er derfor viktig at utstyret er testet grundig slik at
uforutsette hendelser unngås. Vedlagt denne rapporten er flere testskjemaer som leder
testeren gjennom en rekke oppgaver for å sjekke funksjonaliteten til utstyr og program som
inngår i reguleringen. Dette er gjennomgått og anlegget er funnet uten feil. Et arbeidsnotat
til prosjektet er lagt ved rapporten. Arbeidsnotatet tar for seg modellering av prosessen og
beregning av reguleringsparametere som skal gi best resultat når det gjelder stabilitet og
innsvingning på reguleringen. Kravet er at prosessen skal ha innsvingning tilsvarende
minimum areal ved et sprang i utløpet fra 3 til 1 ventil åpen. I tillegg skal prosessen
stabilisere seg raskest mulig. Prosessen ansees som stabil når nivået ikke svinger mer ±2 %
fra referansen.
Figur 13.3 – Simulering av prosess med P-regulator, PI-regulator, PI-regulator med PD
foroverkobling. Sprang fra 3 åpne ventiler til 1 åpen ventil.
88
I figur 13.3 er det brukt følgende reguleringsparametere:
Kp
2.7
Ti
35
KpFF
0.15
TdFF
20
NFF
10
Tabell 13.1 – Modulerte regulatorparametere
Vi brukte de parameterne som vi fant i Matlab/Simulink. For å teste innsvingningen er det
foretatt et sprang i fra 3 til 1 ventil åpen. Det viser seg raskt at simuleringsmodellen ikke er
helt i samsvar med den virkelige prosessen da det ikke oppstår svingninger i systemet. En Tiverdi på 35 er tydelig for stor da det går lang tid før avviket er lik 0. Innkoblet foroverkobling
gir derimot raskere innsvingning, men fortsatt treg. Etter litt finjustering ved bruk av erfaring
og lært teori ble det besluttet at følgende verdier gir en tilfredsstillende regulering av nivået
i tanken.
Kp
4
Ti
35
KpFF
0.15
TdFF
20
NFF
10
Tabell 13.2 – Tabell over finjusterte parameterinnstillinger
De to figurene under, figur 13.4 og figur 13.5 viser hvordan prosessen svarer på sprang ved
bruk av finjusterte reguleringsparametere. Ved gruppens egne finjusterte verdier vises en
liten forbedring. Dynamisk avvik og innsvingningstid er betydelig mindre. Ved innkobling av
foroverkoblingen, på regulatoren, blir dynamisk avvik og innsvingningstid enda bedre.
89
Figur 13.4 – Finjusterte reguleringsparametere med foroverkobling
Figur 13.5 – Finjusterte reguleringsparametere uten foroverkobling
90
13
Tidsforbruk [JA]
Prosjektgruppen har i et forprosjekt lagt frem et forslag til bruk av ressurser. I dette
prosjektet vil det ikke forekomme andre utgifter enn timebruk, så ressursene vil bli
arbeidstimer per student. I forprosjektet ble det fylt ut arbeidspakke med estimert antall
timeforbruk. Det viste seg raskt at det var ganske store avvik fra arbeidspakkene og det
faktiske forbruket, men dette er naturlig da gruppen ikke visste hva som inngikk av arbeid i
de forskjellige oppgavene.
Gruppen har i hovedsak utnyttet seg av hverdagene i de ukene det har blitt jobbet, men også
av og til i helgene. Det er blitt jobbet relativt jevnt, men i visse perioder har gruppen vært
preget av sykdom, noe som påvirket arbeidsmengden.
I dette prosjektet, hvor kostnadene er direkte knyttet til timeforbruk, vil det si at kostnadene
i sum vil bli rundt det beregnede.
Et estimat over hvordan prosjektgruppen har jobbet er vist ved hjelp av et S-diagram.
Figur 14.1
91
14
Litteraturliste
Sanntidsdatateknikk av Per Hveem, Kybernetes forlag 2014
Kåre Bjørvik & Per Hveem, Reguleringsteknikk, Kybernetes Forlag, Trondheim, 2012
Per Hveem, Tips til prosjekt i Styresystemer våren 2012
K. Bjørvik & V. Tyssøy, Dynamiske Systemer
A. Hofstad, PLS-Teknikk, 7. utg., 2. opplag, Kybernetes Forlag, 2009
92
16
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Vedleggsliste
Bestillingsskjema
Testskjema
Tagliste fra Beijer Electronics OPC Server
Bufferminneoversikt
PLS-program for MasterPLS
PLS-program for SlavePLS
Simuleringsnotat
93