Автоматизированная система управления автономным водоснабжением

При обнаружении расхода на входе скида активация входного реле расхода воды, FS-7741, включает входное устройство хлорирования, 42-CIP-7741. Расход на линии “A”, FT-7701-A, регулируется с помощью входного регулирующего клапана, FC-7701-A. Клапан регулирования расхода работает в обратном режиме, т.е. когда расход увеличивается, клапан закрывается.

Дифференциальное давление на многослойном фильтре передается на местную панель управления. Последовательность обратной промывки инициируется, когда дифференциальное давление на фильтре превышает заданное значение в течение периода более 5 минут непрерывно. Значение регулируется на 100 кПа и может изменяться с дисплея местной панели управления. Выдержка времени в 5 минут предотвращает несвоевременную инициацию обратной промывки при пульсациях давления. Когда линия не работает, высокое дифференциальное давление на фильтре не инициирует последовательности обратной промывки. Дифференциальное давление на фильтре с активированным углем передается на местную панель управления. Последовательность обратной промывки инициируется, когда дифференциальное давление на фильтре превышает заданное значение в течение периода более 5 минут непрерывно. Значение регулируется на 70 кПа и может изменяться с дисплея местной панели управления. Выдержка времени за 5 минут предотвращает несвоевременную инициацию обратной промывки при пульсациях давления. Когда линия не работает, высокое дифференциальное давление на фильтре не инициирует последовательности обратной промывки.

Рассмотрим логику работы клапанов блочной установки подготовки питьевой воды на примере линии “A”. Входной двухпозиционный изолирующий клапан многослойного фильтра BFV-7701A открыт в нормальном рабочем режиме и закрыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан на выходе многослойного фильтра или входе фильтра с активированным углем BFV-7702A открыт в нормальном рабочем режиме и закрыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан верхней дрены многослойного фильтра BFV-7703A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан на входе воды обратной промывки многослойного фильтра BFV-7704A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан нижней дрены многослойного фильтра BFV-7705A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Выходной двухпозиционный изолирующий клапан фильтра с активированным углем BFV-7712A открыт в нормальном рабочем режиме и закрыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан верхней дрены фильтра с активированным углем BFV-7713A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан на входе воды обратной промывки фильтра с активированным углем BFV-7714A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан нижней дрены фильтра с активированным углем BFV-7715A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Входной двухпозиционный изолирующий клапан умягчителя BFV-7721A открыт в нормальном рабочем режиме и закрыт во время последовательности обратной промывки. Выходной двухпозиционный изолирующий клапан умягчителя BFV-7722A открыт в нормальном рабочем режиме и закрыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан верхней дрены умягчителя BFV-7723A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан на входе воды обратной промывки умягчителя BFV-7724A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан нижней дрены умягчителя BFV-7725A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности обратной промывки. Двухпозиционный изолирующий клапан на входе рассола умягчителя BFV-7726A закрыт в нормальном рабочем режиме и открыт во время последовательности регенерации.

Общий объем умягчаемой воды визуализируется на счетчике потребления FT-7721A и передается на местную панель управления. Последовательность регенерации инициируется после достижения заданного объема.

Рассмотрим КИП обратной промывки фильтров. Реле расхода обратной промывки многослойного фильтра LFS-7701A указывает достижение минимального заданного расхода в линии подачи воды обратной промывки многослойного фильтра. Реле расхода обратной промывки фильтра с активированным углем LFS-7711A указывает достижение минимального заданного расхода в линии подачи воды обратной промывки фильтра с активированным углем. Реле расхода обратной промывки умягчителя LFS-7721A указывает достижение минимального заданного расхода в линии подачи воды обратной промывки умягчителя. Давление в коллекторе воды обратной промывки PT-7720 передается на местную панель управления и на SCADA.

Ультрафиолетовая дезинфекционная установка 42-UV-N514 представляет собой лампу в специальном корпусе, обеспечивающую облучение воды. Она включается при активации выходного реле расхода, FS-7743. При обнаружении потока на выходе со скида, активация выходного реле расхода воды, FS-7743, включает выходное устройство хлорирования, 42-CIP-7743 и ультрафиолетовую систему, 42-UV-N514.

Рассмотрим КИП системы хлорирования. При низком уровне в резервуаре хлорирования активация реле низкого уровня, LSL-7741, отключает насосы хлорирования, 42-CIP-7741, 42-CIP-7742 и 42-CIP-7743. Аварийный сигнал передается соответственно на местную панель управления. Насос хлорирования на входе, 42-CIP-7741, включается при обнаружении потока на входе скида, FS-7741. Он отключается при низком уровне в емкости хлорирования, LSL-7741. Насос хлорирования на выходе, 42-CIP-7742, включается при обнаружении потока на выходе скида, FS-7743. Он отключается при низком уровне в емкости хлорирования, LSL-7743. Насос хлорирования, 42-CIP-7743, не подсоединен. Он поставляется в качестве «запасного» для входного или выходного насоса хлорирования.

Рассмотрим КИП системы рассола. Во время последовательности регенерации умягчителя, раствор рассола из дозатора, 42-VE-N561, инжектируется в умягчитель. Эжектор рассола, 42-FE-7761, отбирает рассол между уставкой реле высокого уровня, LSH-7761, и уставкой реле низкого уровня, LSL-7761, обеспечивая определенное количество рассола для регенерации. После регенерации умягчителя дозатор рассола, 42-VE-N561, заполняется раствором рассола до уставки реле высокого уровня, LSH-7761. После регенерации умягчителя насыщенный раствор выполняется в хранилище соли, 42-VE-N562, разбавлением хлопьев соли пресной водой, подача которой запускается реле высокого уровня в хранилище соли, LSH-7762. Уровень в хранилище соли контролируется реле высокого уровня, которое открывает входной клапан, BFV-7762, для подачи пресной воды, когда реле сбрасывается, и закрывает клапан, когда реле активируется. Во время регенерации умягчителя клапан подачи рассола, BFV-7761, открывается, позволяя эжектору, 42-FE-7761, отбирать рассол из дозатора, 42-VE-N561, и закрывается, когда уровень падает до уставки реле низкого уровня, LSL-7761. При заполнении системы рассола, после последовательности регенерации, клапан подачи пресной воды, BFV-7762, открывается, пропуская воду в хранилище соли, когда реле высокого уровня, LSH-7762, сбрасывается, и закрывается, когда реле высокого уровня активируется. Этот клапан позволяет прохождение рассола из хранилища соли, 42-VE-N562, в дозатор рассола, 42-VE-N561. Пока не будет достигнут высокий уровень в дозаторе рассола, LSH-7761, клапан открывается после периода приготовления рассола и закрывается, когда реле высокого уровня в хранилище соли, LSH-7762, сбрасывается. Во время последовательности регенерации умягчителя осуществляется «быстрая промывка» умягчителя, во время которой клапан быстрой промывки, BFV-7764, открыт. Алгоритм работы линий очистки воды является объемным, поэтому представлен в виде данного текстового описания.

1.3.4 Резервуары питьевой воды

В таблице 1.11 представлен перечень КИП на резервуарах питьевой воды.

Таблица 1.11 - Перечень КИП на резервуарах питьевой воды

Рассмотрим логику работы КИП резервуаров питьевой воды. При активации реле очень низкого уровня в резервуаре, LSLL-0903, пока выходной клапан резервуара открыт, XV-0910, блочная установка перекачки питьевой воды, PK-N520, отключена. Аварийный сигнал передается в систему SCADA. Отключение при очень низком уровне в резервуаре, LSLL-0903, блокируется, когда выходной изолирующий клапан резервуара, XV-0910, закрыт. Уровень в резервуаре питьевой воды передается системе SCADA и визуализируется на местном приборе. Дополнительные, регулируемые оператором, аварийные сигналы инициируются системой SCADA при следующих уставках: LAH-0905 - аварийный сигнал высокого уровня в резервуаре 4090 мм. Когда уровень в обоих резервуарах достигает уставки реле высокого уровня, LAH-0905 и LAH-0925, насосы промежуточной емкости необработанной воды, 42-PU-N001 A/B, отключаются. Уровень в резервуаре регулируется дифференциальным контроллером уровня, LIC-0905, воздействующим на входной регулирующий клапан, LV-0905. Регулирующий клапан полностью открыт, когда уровень < 90 %, и полностью закрыт, когда уровень > 95%.

Рассмотрим логику работы блочной насосной установки питьевой воды (PK-N520). Датчик давления передает значение давления в нагнетательном манифольде контроллеру регулируемой скорости. Когда давление в сети падает ниже уставки: насос №1 запускается со скоростью, совместимой с заданным потреблением и давлением. При увеличении потребления: насос №1 достигает 95 % своей максимальной скорости, а насос №2 запускается с минимальной частотой для немедленной готовности к работе по потребности. При увеличении потребления, насос №1 достигает 100 % своей скорости, а насос №2 работает по потребности. Когда потребление стабилизуется, и если насос №1 не достигает своей максимальной скорости за 15 секунд, насос №2 останавливается. Если потребление продолжает увеличиваться, насос №2 достигает 95 % своей максимальной скорости и тогда запускается насос №3 с минимальной частотой для немедленной готовности к работе по потребности. Если потребление продолжает увеличиваться, насос №2 достигает 100 % своей скорости, а насос №3 работает по потребности. Когда потребление стабилизуется, и если насос №2 не достигает своей максимальной скорости за 15 секунд, насос №3 останавливается. Для предотвращения работы всухую блочной насосной установки питьевой воды, она отключается при активации реле очень низкого уровня в рабочем резервуаре питьевой воды, когда выходной клапан соответствующего резервуара открыт. Блочная установка также отключается, когда выходные изолирующие клапаны, XV-0910 и XV-0920, обоих хранилищ питьевой воды закрыты. На рисунке 1.5 представлен алгоритм работы КИП резервуаров питьевой воды.

Рисунок 1.5 - Алгоритм работы КИП резервуаров питьевой воды

1.3.5 Программируемый логический контроллер

Насосы водяных скважин, блочная установка подготовки питьевой воды, а также исполнительные устройства и КИП резервуаров питьевой воды управляются выделенным ПЛК. Для реализации алгоритма управления использован программируемый логический контроллер ControlLogix фирмы Allen-Bradley. Данный ПЛК состоит как минимум из модуля процессора и модулей ввода/вывода в одном шасси ControlLogix с источником питания. Имеется возможность установки коммуникационного модуля на заднюю шину. В этом случае процессор контролирует как модули ввода/вывода в локальном шасси, так и дистанционно расположенные модули ввода/вывода. Для улучшения работы можно устанавливать несколько сетевых модулей на заднюю шину для обеспечения различных путей для передачи данных. Модульность этого ПЛК позволяет эффективно разрабатывать, комплектовать и модифицировать приложения со значительной экономией затрат на инжиниринг. Представим основные особенности программируемого логического контроллера ControlLogix:

· Полная совместимость с существующими системами на базе ПЛК, сетями и средствами операторского интерфейса.

· Возможность перестраивать и расширять систему с помощью модулей ввода/вывода и коммуникационных интерфейсов.

· Гибкая конфигурация системы.

· Замена любого модуля под напряжением без нарушения работы других модулей и без остановки работы системы.

· Доставка данных между звеньями сети, между сетями и между модулями осуществляется максимально быстро через заднюю шину.

· Высокая устойчивость аппаратной платформы к вибрациям, высокой температуре и элктрическим помехам в тяжелых промышленных условиях.

· Несколько процессорных модулей могут быть установлены на одной задней шине, обеспечивающей легкий доступ к данным одного процессора из другого для совместного использования значений ввода-/вывода и другой информации.

· Распределенная обработка при подключении процессоров к сетям EtherNet/IP, ControlNet.

· Процессоры могут адресовать большое количество входов/выходов (4000 аналоговых или максимум 128000 дискретных входов/выходов).

· Сообщения связи могут быть посланы и получены процессором как по сети EtherNet, ControlNet, так и по RS-232.

На рисунке 1.6 представлен программируемый логический контроллер ControlLogix:

Рисунок 1.6 - Программируемый логический контроллер ControlLogix

Рассмотрим структуру программируемого логического контроллера. Основой контроллера являются два взаимодействующих 32-хразрядных процессора: процессор логики и процессор задней шины. Процессор логики выполняет приложение и управляет процессом обмена сообщениями. Процессор задней шины общается с устройствами ввода/вывода, посылая и передавая данные по задней шине. Процессор задней шины работает независимо от процессора логики, то есть вся информация ввода/вывода передается асинхронно к исполняемой программе. Контроллер имеет память программ и память данных. Память пользователя имеет объем от 750 Кбайт до 8Мбайт. На рисунке 1.7 представлена структура программируемого логического контроллера ControlLogix.

Рисунок 1.7 - Структура программируемого логического контроллера ControlLogix

Для организации работы автоматизированной системы автономного водоснабжения сконфигурирована сеть, представленная на рисунке 1.8:

Рисунок 1.8 - Конфигурация сети автоматизированной системы управления автономным водоснабжением.

Сеть состоит из трех шасси. Шасси №1 состоит из следующих модулей:

· Модуль ControlNet.

· Три дискретных модуля ввода постоянного тока с шестнадцатью диагностическими входами.

· Два аналоговых модуля ввода с шестью изолированными входами.

· Дискретный релейный модуль вывода с шестнадцатью индивидуально изолированными выходами.

Данное шасси обеспечивает работу системы водяных скважин и промежуточной емкости. Шасси №2 состоит из следующих модулей:

· Процессор ControlLogix5550.

· Модуль ControlNet.

· Модуль EtherNet.

· Дискретный модуль ввода переменного тока с шестнадцатью индивидуально изолированными входами.

· Три дискретных релейных модуля вывода с шестнадцатью индивидуально изолированными выходами.

· Два аналоговых модуля ввода с шестью изолированными входами.

· Аналоговый модуль вывода с четырьмя выходами по напряжению или по току.

Данное шасси обеспечивает работу блочной установки подготовки воды. К шасси №2 подключен HMI, на котором установлен разработанный программный интерфейс, обеспечивающий работу оператора с автоматизированной системой управления автономным водоснабжением. Шасси №2 связано с HMI посредством модуля EtherNet, установленного в данном шасси. HMI - это специализированные операторские панели. Выполняя функции миникомпьютера, такие панели устанавливаются непосредственно на рабочем месте и позволяют оперативно реагировать на системные запросы и осуществлять контроль, программирование и перепрограммирование системы. Шасси №3 состоит из следующих модулей:

· Модуль ControlNet.

· Три дискретных модуля ввода постоянного тока с шестнадцатью диагностическими входами.

· Два аналоговых модуля ввода с шестью изолированными входами.

· Дискретный релейный модуль вывода с шестнадцатью индивидуально изолированными выходами.

Данное шасси обеспечивает работу исполнительных устройств резервуаров питьевой воды. Стоит отметить, что автоматизированная система построена на базе одного процессора ControlLogix5550. ПЛК связан по средствам сети с шасси, содержащими модули ввода/вывода. Подобная конфигурация сети обеспечивает высокую производительность и облегчает изменение системы в будущем. Сеть, обеспечивающая связь шасси, организована в соответствии с технологией ControlNet.

Сеть ControlNet - быстродействующая детерминированная сеть, используемая для передачи информации, критичной ко времени. В то же самое время сеть используется для передачи некритичных ко времени сообщений, не мешая передаче критичной информации. По сети осуществляется управление в реальном времени и передача и информации между одноранговыми абонентами сети. Эта высокоскоростная связь между контроллерами и устройствами ввода-вывода может комбинироваться с существующими сетями Remote I/O и Data Highway Plus. Ряд устройств может быть подключён к сети ControlNet, включая персональные компьютеры, контроллеры, операторский интерфейс, привода, а также другие устройства с поддержкой ControlNet.

Сеть ControlNet основана на новейших решениях в области открытых сетевых технологий - модели производитель/потребитель. Модель производитель/потребитель позволяет всем узлам сети одновременно получать одинаковые данные от одного источника. В конечном счете, модель обеспечивает: большую производительность и повышенную эффективность системы, т.к. данные формируются только один раз независимо от количества потребителей, и точную синхронизацию, т.к. данные принимаются каждым узлом в одно и то же время.

Возможности традиционных сетей не могут удовлетворить постоянно растущие потребности в большей производительности и высоких эксплуатационных характеристиках системы при обеспечении повторяющейся и предсказуемой связи между устройствами. Простое увеличение скорости передачи данных и повышение эффективность протокола уже недостаточны. Эффективность сети определяется основной технологией, с помощью которой сеть управляет связью между подсоединенными устройствами. Преимущества сети, основанной на модели производитель/потребитель:

· Возросшая эффективность: источник посылает данные один раз и многочисленные узлы могут одновременно получить данные. Данные идентифицируются своим содержимым.

· Точная синхронизация: большее количество устройств может быть добавлено к сети без необходимости увеличения сетевого трафика и данные прибывают на все узлы в одно и то же время.

Обмен информацией по сети ControlNet. Самая важная функция ControlNet передавать критичную ко времени управляющую информацию (например, состояние ввода/вывода и блокировки управления). Одновременно передаётся и другая информация (например, не критичные ко времени сообщения, такие как загрузка и выгрузка программ), но она не смешивается с критичными ко времени сообщениями благодаря уникальному слоёному временному алгоритму ControlNet. По локальной сети ControlNet информация передаётся между двумя узлами путём установления логического соединения.

1.4 Разработка алгоритма управления системой

На этапе анализа был выявлен недостаток алгоритма управления системой водоснабжения, связанный с отсутствием возможности управления подсистемой ультрафиолетовой обработки воды. Рассмотрим существующий алгоритм автоматизированной системы управления автономным водоснабжением. Алгоритм реализован следующим образом: существует главная программа, из которой происходит вызов подпрограмм подсистем. Определим назначение данных подпрограмм.

В подпрограмме «P_MOTOR» реализована логика управления насосами водяных скважин. В этой программе реализован алгоритм «основной/запасной», обеспечивающий взаимозаменяемую работу насосов водяных скважин 40-PU-H004 и 40-PU-H005. Реализовано управление насосом водяных скважин 40-PU-H003 в ручном режиме. Помимо этого, программа реализует обработку аварийных сигналов реле низкого уровня, реле низкого и высокого давления, расходомеров, передавая их в подпрограмму «Alarms», а также, подсчитывает наработку насосов водяных скважин.

Подпрограмма «Alarms» обеспечивает обработку и вывод на SCADA - систему аварийных сигналов и сообщений блочной установки подготовки питьевой воды. К данным сигналам относятся аварийные сигналы клапанов, сигналы уровнемеров, расходомеров, датчиков давления. При наличии данных аварийных сигналов происходит подача общего аварийного сигнала системы.

Подпрограмма «Brine_System» реализует логику управления подсистемой подачи соли и подготовки рассола для обеспечения регенерации умягчителей, т.е. управляет клапанами данной подсистемы и обрабатывает аварийные сигналы реле низкого и высокого уровней в резервуаре хранения соли и в резервуаре подготовки рассола, передавая их в подпрограмму «Alarms».

Подпрограмма «Chlorine_System» отвечает за управление насосами подачи хлора 42-CIP-41, 42-CIP-42, 42-CIP-43, а также обрабатывает аварийные сигналы реле низкого и высокого уровней в резервуаре хранения хлора, передавая их в подпрограмму «Alarms».

Подпрограмма «Train_A» и подпрограмма «Train_B» реализуют алгоритм работы двух линий очистки воды, а именно: управление режимом работы линии, управление клапанами в автоматическом и ручном режимах, обработку аналоговых сигналов датчиков давления, расходомеров. Данные подпрограммы работают раздельно, что обеспечивает параллельную независимую работу линий очистки воды.

Подпрограмма «P_Regulator» обеспечивает управление бесступенчатых клапанов на входах резервуаров питьевой воды, реализует ПИД-регулятор, поддерживающий уровень в резервуарах питьевой воды на заданном уровне посредством управления клапанами, а также, обрабатывает аварийные сигналы реле низкого уровня резервуаров питьевой воды. Данные сигналы передаются в подпрограмму «Alarms».

Таким образом, можно отметить, что в указанном алгоритме отсутствует подпрограмма управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой. Существующий общий алгоритм управления системой водоснабжения представлен на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Существующий алгоритм управления системой водоснабжения

В соответствии с поставленной задачей необходимо обеспечить управление подсистемой управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой, т.е. обеспечить управление как в ручном, так и автоматическом режиме. На рисунке 1.10 представлен общий алгоритм управления системой водоснабжения, включающий подпрограмму управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой.

Рисунок 1.10 - Доработанный алгоритм управления системой водоснабжения

Рассмотрим алгоритм управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой. Данный алгоритм представлен на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Алгоритм управления ультрафиолетовой дезинфекционной установки

Данный алгоритм обеспечивает управление ультрафиолетовой дезинфекционной установкой в двух режимах: автоматическом и ручном. Оператор переводит установку в автоматический или ручной режим посредством разработанного программного интерфейса. При переводе оператором управления в автоматический режим, программируемый логический контроллер анализирует информацию с расходомера на выходе блочной установки подготовки воды FS7743 и, при наличии, потока воды, включает установку. При отсутствии выходного потока программируемый логический контроллер отключает установку. В случае неисправности расходомера, а также, по требованию оператора система управления может быть переведена в ручной режим. В данном режиме управление установкой обеспечивается посредством разработанного программного интерфейса автоматизированной системы управления автономным водоснабжением. Программная реализация алгоритма представлена в следующем пункте.

1.5 Программная реализация алгоритма системы водоснабжения

Разработав алгоритм управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой, необходимо реализовать его в программной среде и доработанный алгоритм загрузить в программируемый логический контроллер. Прежде чем перейти к программной реализации алгоритма подсистемы управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой, необходимо описать язык программирования, посредством которого реализуется данный алгоритм. При программировании промышленных логических контроллеров используется стандартный язык контактно-релейной логики или функциональных схем [1]. Разработанный алгоритм управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой реализован посредством релейной логики в программной среде RSLogix 17. Опишем состояние цепочки релейной логики для того, чтобы описать данный язык программирования. Контроллер анализирует инструкции релейной логики, исходя из состояния цепочки перед данной инструкцией (входного условия цепочки). На основе инструкции и входного условия цепочки контроллер устанавливает условие после инструкции (выходное условие цепочки), которое, в свою очередь, влияет на всякую последующую инструкцию. Если условие цепочки перед инструкцией - «истина», контроллер анализирует инструкцию и устанавливает выходное состояние цепочки на основе результатов ее выполнения. Если результатом инструкции является «истина», то выходное состояние цепочки - «истина», если же результатом инструкции является «ложь», то выходное состояние цепочки - «ложь». Также контроллер выполняет предварительное сканирование инструкций. Предварительное сканирование - это специальное сканирование всех процедур в контроллере. В процессе предварительного сканирования контроллер сканирует все главные процедуры и подпрограммы, но игнорирует переходы, при которых может быть пропущено выполнение инструкций. Контроллер выполняет все циклы и вызовы подпрограмм. Если какая-либо подпрограмма вызывается более одного раза, она выполняется при каждом вызове. Контроллер использует предварительное сканирование инструкций релейной логики для сброса не сохраняемого ввода/вывода и внутренних значений. При предварительном сканировании входные значения не являются текущими, а выходные данные не записываются. На рисунке 1.12 представлена структура релейной логики.

Рисунок 1.12 - Структура релейной логики

Перейдем к непосредственной программной реализации алгоритма управления подсистемой ультрафиолетовой дезинфекционной установки. На рисунке 1.13 представлена программная реализация алгоритма управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой.

Рисунок 1.13 - Программная реализация алгоритма управления ультрафиолетовой дезинфекционной установки

Рассмотрим инструкции и тэги, использованные при реализации данного алгоритма. В данном алгоритме использованы следующие инструкции:

· Инструкция XIC (Examine if Closed) - проверить на состояние «вкл».

· Инструкция XIO (Examine if Open) - проверить на состояние «откл».

· Инструкция OTL (Output Latch) - фиксация выхода.

· Инструкция OUT (Output Unlatch) - расфиксация выхода.

Рассмотрим данные инструкции подробнее. Инструкция программно подсвечена зеленым цветом в случае установки «истины». Инструкция XIC проверяет, установлен ли бит данных. Пример данной инструкции представлен на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Программная реализация инструкции XIC.

Если установлен нулевой бит тэга данных PV_UV_AUTO_MAN, то это разрешает следующую по порядку инструкцию (выходное условие цепочки - «истина»). Если входное условие цепочки - «ложь», то выходное условие цепочки устанавливается на «ложь». Алгоритм данной инструкции представлен на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Алгоритм инструкции XIC.

Инструкция XIO проверяет, сброшен ли бит данных. Пример данной инструкции представлен на рисунке 1.16.

Рисунок 1.16 - Программная реализация инструкции XIO.

Если сброшен нулевой бит тэга данных PV_UV_AUTO_MAN, то это разрешает следующую по порядку инструкцию (выходное условие цепочки - «истина»). Если входное условие цепочки - «ложь», то выходное условие цепочки устанавливается на «ложь». Алгоритм данной инструкции представлен на рисунке 1.17.

Рисунок 1.17 - Алгоритм инструкции XIO.

Инструкция OTL устанавливает (фиксирует) бит данных в логическую единицу - «истина». Пример данной инструкции представлен на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 - Программная реализация инструкции OTL.

Когда инструкция OTL разрешена, она устанавливает нулевой бит тэга данных UV_ON в логическую единицу. Данный бит тэга использован для управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой и отображения ее текущего состояния. Этот бит остается установленным пока он не будет сброшен, как правило с помощью инструкции OUT. Инструкция OTU сбрасывает бит данных (снимает фиксацию) в логический нуль - «ложь». Пример данной инструкции представлен на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19 - Программная реализация инструкции OUT.

Обращаясь к рисунку 1.13 разберем на основании тэгов данных и инструкций программную реализацию алгоритма управления ультрафиолетовой дезинфекционной установкой. Нулевой бит тэга данных PV_UV_AUTO_MAN определяет режим работы ультрафиолетовой дезинфекционной установки. Данный бит устанавливается в логическую единицу при переходе в автоматический режим, и устанавливается в логический нуль при переходе в ручной режим. Инструкция XIC и инструкция XIO проверяют данный бит. Если данный бит установлен в логическую единицу, что представлено на рисунке 1.20, тогда выходное значения инструкции XIC устанавливается в логическую единицу и происходит переход к следующей инструкции XIC, которая проверяет наличие потока воды на выходном расходомере FS7743.

Рисунок 1.20 - Программная реализация алгоритма в автоматическом режиме работы установки и при наличии потока воды на выходном расходомере.

Данному расходомеру соответствует тэг данных A_41_FS7743. Поскольку в нашем примере данный бит также установлен, то выходное значение данной инструкции устанавливается в «истина», и инструкция OTL устанавливает нулевой бит тэга данных UV_ON, таким образом, запустив ультрафиолетовую дезинфекционную установку. При отсутствии потока на выходном расходомере FS7743 произойдет переход к нижней части цепочки и инструкция OTU сбросит нулевой бит тэга данных UV_ON, таким образом, остановив ультрафиолетовую дезинфекционную установку. Данная цепочка представлена на рисунке 1.21.

Рисунок 1.21 - Программная реализация алгоритма в автоматическом режиме работы установки и при отсутствии потока воды на выходном расходомере.

При переходе данной подсистемы в ручной режим происходит переход на цепочку, представленную на рисунке 1.22.

Рисунок 1.22 - Программная реализация алгоритма в ручном режиме запуска установки.

Если нулевой бит тэга данных PV_UV_AUTO_MAN установлен в логический нуль, что соответствует ручному режиму работы установки, и определяется инструкцией XIO, то инструкция XIC определяет значение нулевого бита тэга данных PV_UV_ON. Данный бит тэга установлен в логическую единицу при поступлении команды запуска данной установки с HMI. Для отключения установки используется цепочка, представленная на рисунке 1.23.

Рисунок 1.23 - Программная реализация алгоритма в ручном режиме отключения установки.

Если нулевой бит тэга данных PV_UV_AUTO_MAN установлен в логический нуль, что соответствует ручному режиму работы установки, и определяется инструкцией XIO, то инструкция XIC определяет значение нулевого бита тэга данных PV_UV_OFF. Данный бит тэга установлен в логическую единицу при поступлении команды отключения данной установки с HMI.

1.6 Разработка программного интерфейса для удаленного управления системой водоснабжения

В данном разделе представим описание существующего и разработанного программного интерфейса оператора для удаленного управления системой водоснабжения. В начале рассмотрим существующий интерфейс. Для локального управления системой автономного водоснабжения требуется присутствие оператора на объекте вне административного здания. Это создает большое неудобство в эксплуатации системы. Для визуализации технологического процесса используется дисплей с диагональю 8 дюймов. Визуализация выполнена на низком уровне, а интерфейс имеет недостатки, выявленные на этапе анализа. На рисунках 1.24 и 1.25 представлены примеры существующего операторского интерфейса.

Рисунок 1.24 - Главное окно существующего интерфейса

Рисунок 1.25 - Окно управления режимом работы линий очистки воды

Перейдем к рассмотрению разработанного в рамках дипломного проекта программного интерфейса. Программный интерфейс разработан с использованием прикладного программного обеспечения визуализации технологических процессов Wonderware InTouch 7.1 [2]. Насосы водяных скважин, блочная установка подготовки питьевой воды, а также исполнительные устройства и КИП резервуаров питьевой воды управляются выделенным ПЛК с дисплеем для операторского интерфейса. Данный дисплей используется для доступа ко всем зонам операторского интерфейса. Представим основные функции, которые предоставляет оператору разработанный программный интерфейс.

Работа оператора начинается с входа в меню авторизации, который обеспечивает работу оператора на двух языках: русском и английском. Программный интерфейс обеспечивает гибкое управление предоставлением прав доступа к разным типам оборудования. Данное окно позволяет изменять права доступа пользователей в пределах от 0000 (минимальные права) до 9999 (максимальные права), изменять пароли доступа, а также обеспечивает завершение работы пользователя. На рисунке 1.26 представлено окно, обеспечивающее авторизацию пользователя.

Рисунок 1.26 - Окно авторизации пользователя

При успешной авторизации пользователь переходит в основное окно, обеспечивающее визуализации системы водоснабжения. На рисунке 1.27 представлено главное окно программного интерфейса.

Рисунок 1.27 - Главное окно программного интерфейса

Данное окно обеспечивает возможность оператору следить за текущим состоянием системы в целом. Из данного окна предусмотрена возможность перехода в подсистемы управления водяными скважинами, блочной установкой подготовки воды, а также резервуарами питьевой воды. Переход осуществляется по наведению курсора на подсистему. В нижней части окна отображается текущие событие, с возможности просмотра всех событий посредством перехода в окно журнала событий. Журнал событий регистрирует аварийные события и обеспечивает хранение данных сроком 30 дней. К аварийным сигналов относятся аварийные сигналы клапанов, датчиков давления, реле низкого и высокого уровней, реле низкого и высокого давления, сбоев различных подсистем. Неподтвержденные аварийные сигналы отмечаются красным цветом. Возле каждого аварийного сигнала указываются дата и время. Для навигации в аварийных событиях используются клавиши со стрелками. Для стирания журнала используется клавиша стирания предыстории аварийных сигналов. Данное окно представлно на рисунке 1.28.

Рисунок 1.28 - Окно журнала событий

Программный интерфейс состоит из трех основных частей:

· Водяные скважины и промежуточная емкость.

· Система подготовки питьевой воды.

· Резервуары питьевой воды.

Рассмотрим данные подсистемы отдельно.

1.6.1 Водяные скважины и промежуточная емкость

На этом экране визуализируется текущее состояние данной подсистемы. На нем визуализируются насосы, которые находятся в работе, текущий расход, суммарный расход и время работы насосов. Оператор имеет возможность управлять отдельным насосом, клапаном на ходе промежуточной емкости. Интерфейс предоставляет оператору возможность отслеживания данных в виде графиков, вызывая меню графиков. На рисунке 1.29 представлено окно управления подсистемой водяных скважин и промежуточной емкости.

Рисунок 1.29 - Окно управления подсистемой водяных скважин и промежуточной емкости

1.6.2 Система подготовки питьевой воды

Данное окно обеспечивает возможность управления линиями очистки воды. На рисунке 1.30 представлено окно управления подсистемой блочной установки подготовки питьевой воды. На этом экране визуализируется текущее состояние всех систем в любой линии «A» и «В». На нем визуализируются все системы, которые находятся в работе, на обратной промывке, фильтрации стоков, направляемых в канализацию, рассола, медленной промывки, быстрой промывки.

Страницы: 1, 2, 3, 4