6. Teplovzdušný agregát

Fyzickou úlohu pro regulaci technologických veličin a pro jejich řízení bylo nutno připojit pomocí drobných úprav k nově vytvořené aplikaci v prostředí SCADA/MMI. Využito bylo zkušeností na pracovišti řešitele s podobnými úpravami při starších realizacích řešených v operačním systému DOS. Výsledkem byla demonstrační úloha pro monitorování a vizualizaci reálného systému, který poskytuje data do systému SCADA/MMI.

Cílem bylo propojení a komunikace fyzického modelu, která má za úkol demonstrovat reálný technologický systém, s monitorovacími stanicemi na jiné počítačové učebně, vizualizovat, monitorovat a sbírat data z tohoto modelu. Využito bylo vlastností jednoho z produktů Factory Suite 2000 přenášet data pomocí Intranet/Internet sítě a vizualizovat data na web stránkách.

Analýza modelu teplovzdušného agregátu (MTVA)

Základní údaje MTVA

Model teplovzdušného agregátu je tvořen žárovkou napájenou z řiditelného zdroje napětí (vytváří tepelný a světelný zdroj), která vytápí vymezený prostor, viz obrázek 6-1. Teplota je měřena termistory v různých vzdálenostech od žárovky a je vyjádřena napětím v rozsahu 0 ¸ 10 V. Vymezeným prostorem je krytý tunel. Pro zavedení poruchy je používán ventilátor, který ochlazuje celou soustavu (ten je rovněž napájen pomocí řiditelného zdroje napětí). Model je řízen mikropočítačovou jednotkou CTRL a programem CTRL.exe pro její ovládání.

Cílem úlohy je udržet teplotu baňky žárovky na požadované konstantní hodnotě, již odpovídá napětí na termistoru T₃ připevněném na baňce žárovky (např. w = 4 V, což koresponduje s polohou pracovního bodu regulačního obvodu ve 40 % rozsahu statické charakteristiky). Akční člen regulačního obvodu je představován řízeným zdrojem žárovky a porucha je realizována proměnným ochlazováním baňky žárovky nastavovanými otáčkami ventilátoru.

Řízení MTVA pomocí PC a jednotky CTRL a práce s aplikací pro řízení MTVA je podrobně popsána v [Landryová, L. a Farana, R., 1998].

V tunelu je umístěno několik snímačů:

Tři snímače teploty - (termistor T₃ měřící teplotu baňky žárovky, termistor T₂ měřící teplotu vzduchu v bezprostřední blízkosti baňky žárovky, termistor T₁ měřící teplotu vzduchu v zadní části tunelu).

Fotodetektor - (fotorezistor FR₁ měřící jas žárovky).

Termoanemometr - (je tvořen dvěma termistory, první je umístěn v tunelu a měří rychlost proudění vzduchu - TA, druhý referenční termistor RT není proudem vzduchu ovlivňován)

Objemový vrtulkový průtokoměr - (VP - měřící vrtulka s připojeným snímačem otáček).

Zapojení regulační úlohy

Podrobný popis zapojení úlohy a její ovládání je popsán viz [Landryová, L. a Farana, R., 1998].

Obrázek 6-1 Zapojení modelu teplovzdušného obvodu s počítačem PC a jednotkou CTRL.

Dílčí technologické části MTVA

Program CTRL.EXE
Mikropočítačová jednotka CTRL 51
Sumátor výstupních kanálů 2 a 4
Ovládání motoru a žárovky
Obvody unifikace signálů z odporových snímačů (terrmistory, fotorezistor)
Čítač k snímači otáček vrtulky objemového průtokoměru
Anemometr-objemový průtokoměr č.2

Využití jednotlivých vstupních a výstupních kanálů jednotky CTRL pro danou úlohu ukazuje názorně tabulka 6-1. Jednotlivé technologické části modelu teplovzdušného agregátu jsou popsány viz [Landryová, L. a Farana, R., 1998].

Vstupní kanál	Snímač	Výstupní kanál	Akční člen
Vstup 1	snímač jasu žárovky (fotorezistor)	Výstup 1	napětí na žárovce
Vstup 2	snímač teploty v blízkosti baňky žárovky	Výstup 2	napětí na ventilátoru (řízení otáček)
Vstup 3	snímač teploty baňky žárovky	Výstup 3	nepoužit
Vstup 4	snímač teploty na výstupu z tunelu	Výstup 4	přičítá se k výstupu 2
Vstup 6	termo-anemometr
Vstup 7	vrtulkový průtokoměr
Vstupy 5,8 až 12	nepoužity

Tabulka 6-1 Využití jednotlivých vstupních a výstupních kanálů jednotky CTRL pro danou úlohu

Ovládání aplikace MTVA v programu InTouch

Aplikace, která je zhotovena v programu InTouch se nazývá “Soustava” a slouží k ovládání fyzikálního modelu teplovzdušného agregátu. Byla vyvinuta v systému InTouch 6 tak, aby ji bylo možné spustit i v jeho demoverzi bez hardwarového klíče.

Aplikace umožňuje provádět tyto základní operace:

Měřit hodnoty z termistorů, fotorezistoru, anemometru a vrtulového průtokoměru
Nastavovat jas žárovky a otáčky ventilátoru a to manuálně i automaticky
Naměřené a nastavené hodnoty sledovat na reálných nebo historických trendech
Sledovat vzniklé alarmové stavy.

Spuštění aplikace “Soustava”

Aplikaci můžeme spustit dvěma způsoby:

Spustíme program InTouch a v zobrazeném dialogovém boxu vybereme adresář Soustava. Poté klikneme na ikonu programu Window Viewer.
Klikneme na ikonu programu Window Viewer přímo v programové skupině InTouch 6. Tento postup lze použít jen tehdy, jestliže jsme při posledním spuštění programu InTouch pracovali s aplikací “Soustava”.

Poznámka: Pokud nemáme DDE server pro komunikaci s přístrojem CTRL 51 v adresáři InTouch, musíme nejprve spustit samotný DDE server, který se jmenuje ctrl.51. Jeho vládání je popsáno v [Landryová, L. a Farana, R., 1998].

Pokud vše proběhne správně, objeví se následující obrazovka - viz obrázek 6-2.

Obrázek 6-2 Hlavní okno aplikace “Soustava”

Základní popis aplikace “Soustava” zhotoveného v programu InTouch 5.6

Ovládání většiny prvků v programu InTouch se provádí myší. Každý objekt, který lze vybrat, se pod ukazatelem myši orámuje. Vybrání objektu pak provedeme kliknutím myší.

V horní části obrazovky je prostor pro zobrazování jednotlivých oken. Po spuštění je automaticky zobrazeno Hlavní okno, které zobrazuje celkový pohled na soustavu a dále aktuální hodnoty měřených a nastavovaných veličin.

Pravá část obrazovky je určena pro zobrazování stavových informací. Signály pro ovládání jasu žárovky a otáček ventilátoru můžeme nastavovat manuálně nebo automaticky. Výběr nastavení lze provést pouze v okně Hlavní okno. Průběh sledovaných veličin v čase jsou zobrazeny v okně Reálné trendy. Proměnné mohou nabývat alarmových hodnot - vznikne alarm, na který můžeme vhodným způsobem reagovat. Důležité je spuštění programu ctrl51.exe, kterým ovládáme přístroj CTRL 51.

Veškerý podrobný popis obrazovky, ochrany přístupu k aplikaci, nastavování výstupních signálů, popis historických trendů a obsluhy DDE serveru pro CTRL51 najdeme v, viz [Landryová, L. a Farana, R., 1998].

Konverze aplikace “Soustava” z InTouch 5.6 do InTouch 7.0

Obrázek 6-3 Část okna Application Manager v programu InTouch 7.0

Konverze aplikace “Soustava” se provede automaticky po spuštění této aplikace ve verzi 7.0. Spuštění se provede následovně:

Spustíme InTouch 7.0, kdy se objeví program Application Manager, který slouží pro správu aplikací. Z hlavního menu vybereme položku Tools a z dialogového okna položku Find Applications, viz obrázek 6-3. Objeví se dialogové okno pro vyhledání názvu adresáře s danou aplikací, tzn. naleznu adresář s názvem “Soustava” a otevřu ho. Tím aplikační manažer zařadí aplikaci do výběru a zobrazí její další informace - název aplikace (Soustava), její adresář (s plnou podporou dlouhých názvů), grafické rozlišení, komentář atd.

Výběr proměnných z aplikace “Soustava pro síť Internet/Intranet

Veličiny ovlivňující proces řízení modelu vybereme na základě schématu regulačního obvodu viz obrázek 6-4. Po porovnání s veličinami, které poskytuje model zhotovený v InTouch 5.6 (překonvertovaný do InTouch 7), zvolíme veličiny, s kterými bude pracovat virtuální terminál SCOUT VT.

Obrázek 6-4 Schéma regulačního obvodu MTVA

G_R(z) přenos diskrétního regulátoru, zde regulátoru PI

Č/A číslicově analogový převodník, zde jednotka CTRL

A/Č analogově číslicový převodník, zde jednotka CTRL

G_S(s) přenos regulované soustavy, zde teplovzdušný obvod

Obrázek 6-5 Proměnné aplikace “Soustava” vizualizující MTVA

Vybrané proměnné:

Akční veličinu U(s)	tj. výstup na akční člen - (žárovku) [0 ¸ 10] V
Regulovanou veličinu Y(s)	tj. teplota v různých vzdálenostech od žárovky,[0 ¸ 10] V.
Poruchovou veličinu V(s)	tj. napětí na ventilátoru [0 ¸ 10] V.

V aplikaci “Soustava” to jsou proměnné

zarovka, T1, T2, T3, ventilator

Zdrojové soubory pro InTouch (ZIP 212 kB)