Проектирование систем управления процессом загрузки щепы в варочный котел в среде Metso DNA

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

 

Кафедра Информационно-измерительных технологий и систем управления

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине

 «Основы Автоматизированного Проектирования Систем Управления»

 

 

 

 

 

Тема:

«Проектирование систем управления процессом загрузки щепы в варочный котел в среде Metso DNA» 

 

 

 

Выполнил:         Проверила:

студент гр. 551         доцент

Курашов С.В.         Дятлова Е.П.

 

 

 

 

 

 

 Санкт-Петербург

 2012 г.

 

Содержание:

1. Объектно-ориентированное программирование      3
2. Общая характеристика технической служебной программы FbCAD   3
1. Назначение FbCAD          3
3. Функциональные схемы систем АСР        7
4. Математическое обеспечение САПР        7
1. Математическое обеспечение САПР       8
2. Требования к математическому обеспечению      8
5. Математическое моделирование объектов и устройств автоматизации   9
1. Требования к математическим моделям       9
2. Классификация математической модели       10
3. Математические модели на микро-, макро- и метауровнях    11
4. Макромоделирование         12
5. Анализ чувствительности         12
6. Статистический анализ         13
7. Методика получения математических моделей элементов и устройств

автоматизации          15

8. Моделирование технических объектов на метауровне     15
9. Постановка задачи автоматического формирования математических моделей

систем на макроуровне         15

6. Вывод            17
7. Реферат            
8. Список литературы          
 

1. Объектно-ориентированное программирование.

Объектно-ориентированное программирование - это новый подход к созданию программ. По мере развития вычислительной техники возникали разные методики программирования. На каждом этапе создавался новый подход, который помогал программистам справляться с растущим усложнением программ. Первые программы создавались посредством ключевых переключателей на передней панели компьютера. Очевидно, что такой способ подходит только для очень небольших программ. Затем был изобретён язык ассемблера, который позволял писать более длинные программы. Следующий шаг был сделан в 1950 году, когда был создан первый язык высокого уровня Фортран.

Используя язык высокого уровня, программисты могли писать программы до нескольких тысяч строк длиной. Для того времени указанный подход к программированию был наиболее перспективным. Однако язык программирования, легко понимаемый в коротких программах, когда дело касалось больших программ, становился нечитабельным (и не управляемым). Избавление от таких неструктурированных программ пришло после изобретения в 1960 году языков структурного программирования (structured programming language). К ним относятся языки Алгол, Паскаль и Си. Структурное программирование подразумевает точно обозначенные управляющие структуры, программные блоки, отсутствие (или, по крайней мере, минимальное использование) инструкций GOTO, автономные подпрограммы, в которых поддерживается рекурсия и локальные переменные. Сутью структурного программирования является возможность разбиения программы на составляющие её элементы. Используя структурное программирование, средний программист может создавать и поддерживать программы свыше 50000 строк длиной.

Хотя структурное программирование, при его использовании для написания умеренно сложных программ, принесло выдающиеся результаты. даже оно оказывалось несостоятельным тогда, когда программа достигала определённой длины. Чтобы написать более сложную программу, необходим был новый подход к программированию. В итоге были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования. OOP аккумулирует лучшие идеи, воплощённые в структурном программировании, и сочетает их с мощными новыми концепциями, которые позволяют оптимально организовывать ваши программы. Объектно-ориентированное программирование позволяет вам разложить проблему на составные части. Каждая составляющая становится самостоятельным объектом, содержащим свои собственные коды и данные, которые относятся к этому объекту. В этом случае вся процедура в целом упрощается, и программист получает возможность оперировать с гораздо большими по объёму программами.

Все языки OOP, включая С++, основаны на трёх основополагающих концепциях, называемых инкапсуляцией, полиморфизмом и наследованием.

 

2. Общая характеристика технической служебной программы FbCAD.

FbCAD (Functional Block Computer Aided Design) – программа автоматизации проектирования  функционального блока. Она используется на сервере - инжиниринга или на рабочей станции сервера – инжиниринга. Предназначена для построения схем функциональных блоков, являющихся контурами управления, связанными с контролем и мониторингом технологического процесса управляемого системой MetsoDNA.

Схемы функциональных блоков состоят из функций, конфигураций, которые содержат функции ввода/вывода и органы управления мнемонической панели, а также рабочие функции. Схемы функциональных блоков вместе с их функциями и конфигурациями хранятся в базе данных, расположенной на сервере – инжиниринга.

 

1. Назначение FbCAD.

FbCAD используется для проектирования контуров управления технологическим процессом. Создаваемые модули автоматизации состоят из следующих конфигурационных модулей:

• управляющие (функциональные) модули, обрабатывающие входные сигналы и генерирующие управляющие выходные сигналы и/или необходимые промежуточные значения.
• модули ввода/вывода
• модули позиции
• модули оперирования - для отображения значений на станции оператора
• модули позиции - для отображения значений на станции оператора
• модули событий - для отображения значений на станции оператора
• модули истории - для создания в информационной системе переменных истории, хранящих значения позиций
• используется для проектирования контуров управления технологическими процессами
• действия по техническому обеспечению и техническому обслуживанию (ЕА)
• типичная функциональная схема описывает работу одного контура управления
• основано на программном обеспечении AutoCAD и использует функции проектирования AutoCAD

 

Схема функционального блока созданная в программе FbCAD одновременно является приложением загруженным в операционную среду исполнении и его графическим документом. Это обеспечивает одновременно состояние документации в приложении даже после внесения изменения.

 

После запуска служебной программы FbCAD, база схемы функционального блока будет вызвана на монитор. Рабочая программа состоит из 3-х зон и 2-хадминистративных частей. Зона левого края схемы предназначена для внешних входов и входных функции. Зона внешних выходов и выходов функций зарезервирована у правого края схемы. Сам функциональный блок формируется в средней части. Все символы:  порты, точки данных, функциональные блоки, линии соединения, могут быть расположены в любом месте зоны графического построения. На нижней части экрана имеется командная строка.

Рис.1. Структура экрана FdCAD

 

 

1 – активная страница.

2 – координаты курсора мыши.

3 – экранное меню.

4 – командная строка.

5 – административная часть ФБ.

6 – место для построения блока.

7 – зона соединений внешних входов.

8 – зона соединений внешних выходов.

9 – административная часть непрерывного управления.

Внешние точки данных располагаются в области данных, что и локальные точки данных. Подпрограмма связи языка автоматизации через порты копирует  в эти точки данных из точек данных других модулей. Имя внешней точки данных относится к имени порта, которая известна в системе автоматизации. В модуле все данные, которые приходят извне модуля, представляются как внешние точки данных. Подпрограмма связи считает данные с интерфейсного порта или порта прямого доступа модуля-источника во внешнюю точку данных модуля-приемника, или наоборот, с внешней точки данных в порты других модулей.

В графическом проектировании внешние точки данных выражаются следующим символическим типом (рис. 2).

 

Рис.2. Внешняя точка данных.

 

Функциональный блок, к которому обращаются внешние точки данных, обязательно должен быть определен в модуле как порт прямого доступа.

Внешним точка данных следует давать следующие имена, производя их, например, из идентификаторов позиции КИП, локальным точкам данных можно давать даже более простые имена.

Функциональный блок контроллера pid формирует свой выход управления (con) на основе активного заданного значения (spa) и измеренного значения (me) (рис. 3).

 

Рис.3. Функциональный блок PID-регулятора.

 

Сигнал con (рис. 4) обычно приводит в движение управляющий клапан. Функция pid состоит в том, чтобы сохранить измеренное значение равным заданному значению независимо от каких-либо нарушений.

Контроллер pid имеет обычно два рабочих режима: ручной и автоматический, которые выбирают на основе входов ma, mac и amc. В ручном режиме управления значение выхода con задают вручную из диспетчерской; в автоматическом режиме оно рассчитывается на основе измеренного значения (me), активного заданного значения (spa), канала прямой связи (mff) и смещения (bias).

Имеются три заданных значения: sp1, sp2 и sp3. Использование заданных значений определяют параметрами sp2u и sp3u. Активное заданное значение выбирают через вход isp, которым обычно управляют из диспетчерской. Активное заданное значение появляется на выходе spa. С точки зрения контроллера, заданные значения идентичны, но sp1 обычно местное заданное значение, sp2 удаленное заданное значение, sp3 компьютерное заданное значение.

 

Рис.4. Управляющий сигнал con, где Kp - коэффициент усиления, e - ошибка регулирования, Ts - дискретность выполнения, ti - время интеграции, td - коэффициент диффиринцирования, me - измеренное значение, Kff - коэффициент усиления канала обратной связи, bios - параметр смещения.

 

Функциональный блок условного копирования позволяет осуществлять условное копирование данных (рис. 5). Кроме того, требуемые биты ошибок могут быть маскированы или же вся часть битов ошибок может быть скопирована как есть.

Рис.5. Блок условного копирования.

 

Принцип функционирования: если условное копирование истинно (true), то блок считывает вход in на выход out без изменения. Если ложь(false), то сохраняется предыдущее значение выхода, т.е. блок не выполняет запись на выход.

AIU8 (карта аналогового входа 8 канальная) (рис. 6). Используется для измерения аналоговых сигналов тока и напряжения. Блок обеспечивает отдельное для каждого канала питание а также, ограничивает потребление тока и  контролирует напряжение питания. Выбор и нормализация  диапазона  измерения производится программными средствами. Входные сигналы проходят через аналоговый радиочастотный фильтр.

Рис.6. Модуль аналогового ввода.

 

Принцип функционирования: процессор выполняет измерение с интервалом 8,8мсек. Измеряемый токовый сигнал преобразуется в сигнал напряжения на входном резисторе. После НЧ-фильтра сигнал преобразуется в цифровую форму, т.е. поступает на АЦП. Если преобразованный сигнал превышает 110% диапазона измерений, тогда выдается сигнал аварии верхнего предела, если сигнал имеет предел ниже 10% - выдается аварийный сигнал нижнего предела. Блок AIU8 формирует 4 канальных бита ошибок

 

 

 

B4=1 когда напряжение питания менее 17В;

B5=1 когда сигнал превышает 110% диапазона или сигнал на 10% ниже нижнего предельного диапазона;

B6=B5=B4=1 если есть дефекты в ПЗУ, измерения не выполняются;

B7=1 если в качестве параметров настройки карты были использованы величины установленные по умолчанию.

 

3. Функциональные схемы систем АСР.

 

 

 

 

 

 

Рис.7. Функциональная схема блокировки уровня щепы.

 

 

 

Рис.8. Функциональная схема управления давлением.