4. Vizualizace systému nádrže

Cílem úlohy je vizualizovat napouštění nádrže s odčerpáváním kapaliny. Schéma nádrže s odčerpáváním je na následujícím obrázku 4-1.

Obrázek 4-1 Schéma nádrže s odčerpáváním

Nádrž je dána svou konstantní plochou S a výškou h. Jejich součet dává objem nádrže. Pro potřebu vizualizace procesu nám stačí výška hladiny h(t), která je funkcí času, a plocha nádrže je konstantou ve skriptu.

q₁(t) je objemový přítok kapaliny do nádrže, tj. množství kapaliny přiteklé do nádrže za jednotku času.

q₂(t) je objemový odtok kapaliny z nádrže, tj. množství kapaliny odčerpané z nádrže. Tento odtok je dán součinem konstanty k₁, která zahrnuje vlastnosti potrubí, a úhlovou rychlostí w ₁(t) čerpadla.

Diferenciální rovnice popisující daný proces je následující :

Změna výšky hladiny na levé straně rovnice je dána rozdílem přiteklého a odteklého množství kapaliny s počáteční podmínkou (počáteční výška hladiny) h(t₀) = h₀. Nádrž s odčerpáváním má vlastnosti integračního prvku.

Obrázek 4-2 Nádrž s odčerpáváním v programu InTouch

V této aplikaci lze sledovat změnu hladiny v nádrži v závislosti na velikosti přítoku a odtoku. Přítok i odtok lze libovolně zapínat a vypínat a v určitém rozsahu měnit i průtočná množství obou průtoků. Výška hladiny je sledována a v maximální nebo minimální hodnotě se přítok resp. odtok automaticky zastaví.

Celá aplikace byla rozdělena do několika oken, zobrazující vlastní proces, reálné trendy, historii alarmů a zobrazení hodnot v procesu.

Popis oken aplikace

Hlavní okno

Tato obrazovka je složena z pěti oken, a to z okna ”Indikace” (horní okno), z okna ”Nádrž” (okno uprostřed), okna ”Menu” (spodní okno) a další dvě okna jsou oba potenciometry pro nastavení průtoků. Okno nádrže lze v případě potřeby zaměnit za okno trendů a historii alarmů.

Okno ”Indikace”

Toto okno zobrazuje hodnoty a stavy jednotlivých veličin v procesu.

Hodnota ”Přítok” zobrazuje objemové množství přitékající kapaliny v poměrných jednotkách vzhledem k reálnosti vizualizace. Vedle je zobrazen stav přítoku, hodnota Off znamená vypnutý přítok a hodnota On zapnutý přítok. Na tento text je nastavena vlastnost Fill Text, která stav Off vyplní červeně a On zeleně.

Hodnota ”Hladina” zobrazuje výšku hladiny v nádrži. Přesáhne-li hladina 80, je hodnota zobrazena červeně.

Pro indikaci ”Odtok” platí stejná pravidla jako pro ”Přítok”.

Okno ”Nádrž”

Toto okno vizualizuje vlastní proces napouštění nádrže.

Přívodní potrubí i s ventilem při vypnutém přítoku je červené, při zapnutém zelené. Na ventil je nastaveno přepínání diskrétní proměnné ”pritok”, která zapíná nebo vypíná přítok.

Výstupní potrubí má stejné animační vlastnosti jako přívodní. Čerpadlo při zapnutém odčerpávání má animační vlastnost otáčení. Přepínač čerpadla zapíná nebo vypíná diskrétní proměnnou ”vytok”, která zapíná odčerpávání z nádrže.

Nádrž se vyplňuje podle proměnné ”hladina”, která je řízena pomocí skriptu. Nabývá hodnot 0 až 100, přičemž na obě hodnoty jsou nastaveny alarmy. Nádrž se vyplňuje modře až do hladiny 80 a poté je vyplňována červeně. Na hodnotu 80 je také nastaven alarm, který ale nevyžaduje potvrzení, ale zobrazuje se v historii alarmů.

Tlačítka ”Přítok” a ”Odtok” zobrazují okna s potenciometry pro nastavení hodnoty průtoku.

Pomocí tlačítka ”Hladina” lze nastavit libovolnou počáteční výšku hladiny. Tlačítko je přístupné pouze při vypnutém přítoku i odtoku.

Tlačítkem lze ”Zavřít” lze zavřít okno ”Nádrž”.

Okno ”Přítok” a ”Odtok”

Toto okno obsahuje potenciometr, jehož pomocí lze plynule nastavovat hodnotu přítoku. Rozsah proměnné přítoku je od 1 do 10. Tlačítko ”Přítok” umožňuje zadat hodnotu přítoku z klávesnice, rovněž pouze v daném rozsahu. Tlačítko ”Zavřít” zavře okno přítoku.

Okno ”Odtok” je naprosto identické.

Okno ”Menu”

Toto okno obsahuje pouze tlačítka pro otevírání jednotlivých oken a tlačítko pro ukončení aplikace. V aplikačním skriptu je na toto okno napsána vlastnost Show, takže při startu aplikace se toto okno zobrazí.

Okno ”Trendy”

Toto okno zobrazuje reálné trendy proměnných hladina, přítok a odtok. Barvy grafu jednotlivých proměnných jsou popsány v legendě. Proměnné přítok a odtok jsou vynásobeny zvolenou konstantou, aby byly zobrazitelné v měřítku grafu.

Dále okno obsahuje historii alarmů. V této tabulce jsou zobrazeny všechny vzniklé alarmy, a to jak potvrzené tak i nepotvrzené. Tlačítka nahoru a dolů slouží k listování v tabulce.

Tlačítko ”Zavřít” opět zavírá toto okno.

Okna alarmů

Toto okno se zobrazí při vzniku alarmu, tj. když hladina dosáhne hodnoty 100. Nápis STOP bliká červeně, dokud není alarm potvrzen. Stiskem tlačítka se alarm potvrdí a okno se zavře.

Alarmové okno pro hladinu 0 je stejné a se stejnými vlastnostmi, pouze se liší nápis.

Skripty

Aplikační skript ovládá proměnnou ”hladina”, a tudíž proces vizualizace napouštění nádrže. Výpis skriptu :

IF ((pritok == 1)  AND (vytok == 0))  THEN
    hladina = hladina + (pritok_mnozstvi/10);
ELSE
    IF ((pritok == 0)  AND (vytok== 1))  THEN
        hladina = hladina + ( 0 - odtok_mnozstvi/10);
    ELSE
        IF ((pritok == 1)  AND (vytok == 1))  THEN
            hladina = hladina + ( pritok_mnozstvi/10 - odtok_mnozstvi/10);
        ENDIF;
    ENDIF;
ENDIF;

Ve skriptu se vyhodnocuje, zdali je zapnut přítok nebo výtok a na základě toho se vypočte změna hladiny. Skript se provádí každých 100 ms, proto jsou proměnné pro množství přítoku a odtoku dělené 10.

V aplikaci je také několik podmínkových skriptů. Skript na podmínku výtoku realizuje výpočet pro proměnnou k animaci čerpadla :

IF (rotace < 10)  THEN
    rotace = rotace + 1;
ELSE 
    rotace = 0;
    rotace = rotace + 1;
ENDIF;

Skript na podmínku alarmu, např. hladina.HiHiAlarm vypíná přítok a otevírá okno alarmu :

pritok = 0;
Show ”Alarm”;

Skript na dolní alarm vypadá obdobně.

Seznam proměnných použitých v aplikaci :

Zdrojové soubory pro InTouch (ZIP 58 kB)