Metody programowania Metody programowania sterowników swobodnie sterowników swobodnie
programowalnych programowalnych
Wykład 4 Wykład 4
Metody programowania sterowników Metody programowania sterowników
swobodnie programowalnych swobodnie programowalnych
• Istnieje wiele metod przekształcania algorytmów w program sterujący.
• W 1993 r. w normie:
IEC 61131-3 Second Edition 2003-01 „Programmable Controllers Part 3: Programming Languages”.
dokonano uporządkowania (standaryzacji) metod programowania.
• W trzeciej części tej normy określono dwie grupy języków programowania:
– języków tekstowych, – języków graficznych,
Metody programowania sterowników Metody programowania sterowników
swobodnie programowalnych swobodnie programowalnych
• W grupie języków tekstowych zdefiniowano:
– język instrukcji listy IL (Instruction List) – podobny do asemblera,
– język strukturalny ST (Structured Text) – podobny do języków algorytmicznych jak: FORTRAN, PASCAL, itp.
Języki tekstowe Języki tekstowe
Język strukturalny ST (Structured Text) – podobny do języków algorytmicznych jak: FORTRAN,
PASCAL, itp.
Język instrukcji listy IL (Instruction List) – podobny do asemblera.
Języki tekstowe Języki tekstowe
• Są w niewielkim stopniu wykorzystywane w programowaniu sterowników automatyki budynkowej (WAGO, SAIA PCD).
• Główne zastosowanie tych metod to programowanie sterowników przemysłowych.
• Języki tekstowe dają możliwość tworzenia indywidualnych dowolnych algorytmów.
• Większa pracochłonność w porównaniu do metod graficznych, większa trudność w stosowaniu przez początkujących programistów, mniejsza przejrzystość kodu oraz funkcji regulacyjnych przyczyniły się do mniejszego zastosowania w automatyce budynkowej.
Języki graficzne Języki graficzne
• W grupie języków graficznych opisano i zdefiniowano dwa rodzaje:
– język schematów drabinkowych LD (Lauder Diagram), – język schematów blokowych FBD (Function Block
Diagram).
Język schematów drabinkowych LD Język schematów drabinkowych LD
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku drabinkowym (LD) - sterownik WAGO
Język schematów drabinkowych LD Język schematów drabinkowych LD
(najczęściej spotykany w automatyce przemysłowej
(najczęściej spotykany w automatyce przemysłowej –– np. SIMATIC)np. SIMATIC)
• Jest podobny do schematów stykowo-przekaźnikowych układów sterowania.
• Pozwala w prosty i czytelny sposób programować sterowniki wykorzystując elementy algebry Bool’a [bul’a].
• Program działania sterownika jest przedstawiany graficznie za pomocą symboli styków, cewek oraz linii łączących w układzie poziomym i pionowym.
• Linie łączące operandy zastępują instrukcje np.: sumy, iloczynu logicznego itp.
• Połączenie elementów graficznych stanowi obwód.
Wszystkie obwody zaczynają się szyną zasilającą od strony lewej, od której prąd może płynąć do strony prawej.
Język schematów drabinkowych LD Język schematów drabinkowych LD
• Elementy wejściowe – styki:
– -| |- styk normalnie otwarty, przewodzi prąd gdy skojarzona z nim zmienna logiczna ma wartość 1,
– -|/|- styk normalnie zamknięty, przewodzi prąd gdy skojarzona z nim zmienna logiczna ma wartość 0.
• Elementy wyjściowe – cewki:
– -( )- zwykła cewka, skojarzona z nią zmienna logiczna ma wartość 1, gdy płynie przez nią prąd lub 0, gdy prąd nie płynie,
– -(/ )- cewka negująca, ustawia skojarzoną z nią wartość logiczną odwrotnie jak cewka zwykła.
• W obwodach schematu drabinkowego mogą występować także określone normą IEC1131 standardowe funkcje i bloki logiczne jak: elementy bistabilne, czasomierze, liczniki.
Język schematów drabinkowych LD Język schematów drabinkowych LD
• Jest zdecydowanie dedykowany do realizacji sterowania opartego na sygnałach binarnych (sterowanie napędami:
pompy, wentylatory, przenośniki oraz realizacja warunków logicznych).
• Opanowanie tego języka wymaga znajomości algebry Bool’a.
• W języku tym jest programowana większość sterowników przemysłowych oraz niektóre stosowane w automatyce budynkowej.
Język schematów blokowych FBD
Język schematów blokowych FBD
Oprogramowanie sterownika kotłowni Oprogramowanie sterownika kotłowni
-- sterownik IAC 600 fsterownik IAC 600 f--my Satchwellmy Satchwell
Język schematów blokowych FBD Język schematów blokowych FBD
Wykorzystuje w programowaniu standardowe funkcje, rysowane w formie prostokątów.
Liczba i rodzaj funkcjonalnych bloków jest zróżnicowana i zależy od producenta oprogramowania narzędziowego.
Poszczególne bloki obejmują wszystkie niezbędne w sterowaniu funkcje jak: matematyczne, logiczne, regulacyjne (P, PI, PID), czasowe oraz konwersja typu danych.
Wejścia do każdego bloku znajdują się zwykle z lewej strony a wyjścia z prawej. Bloki łączy się liniami tworząc w ten sposób obwód sterowania.
Przykładowy algorytm zrealizowany czterema Przykładowy algorytm zrealizowany czterema znormalizowanymi metodami programowania znormalizowanymi metodami programowania
• W przykładzie pokazano strukturę programów wykonanych przy pomocy języków tekstowych i graficznych, realizujących tę samą funkcję przez sterownik firmy WAGO.
• Oprogramowanie narzędziowe firmy WAGO umożliwia oprogramowanie sterowników we wszystkich językach opisanych przez normę IEC1131.
• Algorytm dotyczy sterowania wentylatorem z kontrolą sprężu przez presostat różnicy ciśnień, z termostatem przeciwzamrożeniowym, termokontaktem i czujnikiem dymu.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Schemat układu automatycznej regulacji
T
M ΔP
T
T
M
ΔP
T T
H T H
ΔP M
+ - +
~
K
NT T H
T H
T T
M
AI AO DI DO
~
Z/W-I/II bieg DO+AO+DI) Z/W-I/II bieg (DO+AO+DI) TK/NTC
TK/NTC
7 4 5 6 Tn=f(Tw),
Tw=f(Tz)
A0R
Opis realizowanej funkcji:
Opis realizowanej funkcji:
• Wentylator może pracować w trybie ręcznym lub automatycznym.
• W trybie automatycznym załączanie i wyłączanie odbywa się zgodnie z harmonogramem czasowym Zegar przy załączonym trybie Automatycznie.
• Tryb Ręcznie jest przewidziany do pracy ciągłej.
• Warunkiem pracy wentylatora jest brak awarii z termokontaktu silnika, brak blokady pożarowej oraz prawidłowy stan termostatu przeciwzamrożeniowego.
• Po załączeniu jest uruchamiany Timer1, odliczający czas podtrzymania blokady presostatu na wentylatorze. Po upływie zadanego czasu podtrzymanie presostatu jest wyłączane.
Opis realizowanej funkcji:
Opis realizowanej funkcji:
• W przypadku zadziałania presostatu (stan prawidłowy) wentylator pracuje nadal. W sytuacji gdy po zniknięciu podtrzymania nie pojawi się potwierdzenie pracy z presostatu, wyjście cyfrowe sterujące wentylatorem jest wyłączane.
• Gdy podczas pracy wentylatora pojawi się sygnał awarii z termostatu przeciw zamrożeniowego, z termokontaktu lub z systemu przeciw pożarowego, bądź też zniknie potwierdzenie z presostatu, wysterowanie wentylatora jest wyłączane.
• W przypadku powrotu sygnału z termostatu przeciw zamrożeniowego do stanu normalnego wentylator wystartuje samoczynnie. Patrz przykład z laboratorium w SATCHNET
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w Sterowanie wentylatorem zrealizowane w
języku blokowym (FBD)
języku blokowym (FBD) -- WAGO WAGO
Język schematów drabinkowych LD Język schematów drabinkowych LD
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku drabinkowym (LD) - sterownik WAGO
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku instrukcji (IL)
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku instrukcji (IL)--WAGOWAGO
Język strukturalny ST (
Język strukturalny ST (Structured Structured Text
Text))
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w języku tekstowym strukturalnym (ST) – sterownik WAGO
Język schematów blokowych FBD
Język schematów blokowych FBD –– przykład 2 przykład 2
• W drugim przykładzie pokazano programy realizujące tę samą funkcję, wykonane w języku schematów blokowych FBD przy pomocy programów narzędziowych trzech różnych producentów sterowników:
• WAGO,
• Johnson Controls Int.
oraz
• Honeywell
Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed
zamarznięciem zamarznięciem
• Opis realizowanej funkcji:
• Podczas normalnej pracy Regulator1 (układ regulacji PID) wysterowuje zawór nagrzewnicy odpowiednio do aktualnych wartości temperatury regulowanej i wartości zadanej.
• W momencie pojawienia się sygnału awarii z termostatu przeciwzamrożeniowego, zawór nagrzewnicy otwierany jest na 100%.
• Po zniknięciu sygnału awarii z termostatu układ wraca do normalnej pracy.
• Patrz przykład 2 z laboratorium w SATCHNET
Zabezp. przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy Zabezp. przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy ––
sterownik XL50(500) firmy Honeywell.
sterownik XL50(500) firmy Honeywell.
Język schematów blokowych.
Język schematów blokowych.
Program zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego Program zabezpieczenia przeciwzamrożeniowego
nagrzewnicy nagrzewnicy
• Program realizowany przez sterownik WAGO
Zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy Zabezpieczenie przeciwzamrożeniowe nagrzewnicy ––
realizowane przez sterownik FX firmy Johnson Controls.
realizowane przez sterownik FX firmy Johnson Controls.
Zalety języka schematów blokowych FBD Zalety języka schematów blokowych FBD
Jest najbardziej popularnym językiem programowania sterowników stosowanych w automatyce budynkowej.
Do zalet języka schematów blokowych należą :
- łatwość realizacji algorytmów opartych na obróbce sygnałów analogowych,
- łatwość tworzenia bibliotek gotowych aplikacji i ich modyfikacji,
- łatwość odczytu algorytmu sterowania (w niektórych sterownikach istnieje możliwość odczytu programu w formie graficznej),
- jest to język łatwy do opanowania przez początkujących programistów.
Wady języka schematów blokowych FBD Wady języka schematów blokowych FBD
• Do wad tego języka należy konieczność dostosowywania istniejących bloków do potrzeb sterowania oraz utrudniona realizacja skomplikowanych warunków logicznych.
Dziękuję za uwagę!
Dziękuję za uwagę!
Automatyka w inżynierii środowiska Automatyka w inżynierii środowiska
Wykład 5 Wykład 5
Komputerowe systemy
monitoringu i zarządzania
District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating District Heating
Komputerowe systemy monitoringu i
zarządzania
Produkcja
Dystrybucja
Odbiorcy
Elektrociepłownie
Grupowe węzły cieplne Przepompownie
Szpitale Biura Banki
Przemysł
Kotłownie
Mieszkania
Systemy monitoringu (telemetrii) i nadrzędnego Systemy monitoringu (telemetrii) i nadrzędnego
sterowania (zarządzania) w ciepłownictwie
sterowania (zarządzania) w ciepłownictwie
Zarządzanie budynkiem
Zarządzanie budynkiem -- system zintegrowanysystem zintegrowany
Zdalny dostęp do informacji
CH ILLERPLANT
CH ILLERPLANT
Wykład 6 AUTOMATYKAAUTOMATYKA 35
Wykład 6 AUTOMATYKAAUTOMATYKA 36
Funkcje systemu monitoringu Funkcje systemu monitoringu
• Sterowanie i regulacja
• Pomiary i kontrola
• Sygnalizacja (alarmy)
• Rejestracja i przetwarzanie danych (raporty)
• Wizualizacja (trendy)
• Zabezpieczenia i blokady
Poziom
Poziom komunikacjikomunikacji Poziom zarządzania Poziom zarządzania
Poziom pola Poziom pola
Typowa struktura otwartego systemu zarządzania
POZIOM ZARZĄDZANIA POZIOM ZARZĄDZANIA
1. Serwery komputerowe, stanowiska pomocnicze i urządzenia peryferyjne.
2. Na poziomie tym istnieje pełny dostęp do wszystkich
informacji zbieranych przez system. Tu dokonywana jest archiwizacja danych pomiarowych, ich obróbka i analiza.
Koordynowane są wszystkie zadania i inicjowane działania dotyczące funkcjonowania urządzeń uzbrojenia
technicznego budynku mających wpływ na wielkość zużycia energii. Z poziomu zarządzania poprzez sieć konfigurowany jest system.
POZIOM KOMUNIKACJI POZIOM KOMUNIKACJI
1. Na poziomie tym odbywa się sterowanie zbieraniem i przepływem informacji.
2. Tu koncentrują się wszystkie magistrale sieciowe i
przygotowywane są dane dla sterowania nadrzędnego.
POZIOM POLA POZIOM POLA
1. Regulatory i sterowniki wykonujące funkcje regulacji i sterowania autonomicznego, pośredniczące w zbieraniu informacji o parametrach pracy i stanie systemów
uzbrojenia technicznego oraz w sterowaniu nadrzędnym.
SPOSOBY PRZESYŁANIA DANYCH SPOSOBY PRZESYŁANIA DANYCH
1. Własny kabel transmisyjny / światłowód 2. Modemy radiowe
3. Telefony GSM (900/1800)
4. Telefony lokalne / modemy telefoniczne 5. Pager
6. Internet
Sposoby przesyłania danych (1) Sposoby przesyłania danych (1)
• Kabel transmisyjny/światłowód
– duży koszt inwestycyjny
– bardzo mały koszt eksploatacji
– duża pewność i szybkość przesyłania danych – mały zasięg działania, ograniczenia w długości
magistrali danych
– Najczęściej spotykany sposób przenoszenia
danych
Sposoby przesyłania danych (2) Sposoby przesyłania danych (2)
• Modemy radiowe
– duży/średni koszt inwestycyjny (zezwolenie PAR, maszty radiowe)
– mały koszt eksploatacji (opłata roczna za częstotliwość radiową)
– mała/średnia szybkość przesyłania danych – mały/średni zasięg działania, ograniczenia
w zasięgu działania modemów radiowych – wpływ zakłóceń radiowych na jakość
przesyłu informacji
Sposoby przesyłania danych (2a) Sposoby przesyłania danych (2a)
• Modemy radiowe (19-32) GHz
Sposoby przesyłania danych (3) Sposoby przesyłania danych (3)
• Telefony GSM, GPS
- średni/mały koszt inwestycyjny
- sredni/ duży koszt eksploatacji (możliwość negocjacji ceny z operatorem GSM)
– zasięg działania bardzo duży
– mała/średnia szybkość przesyłania danych
Sposoby przesyłania danych (4) Sposoby przesyłania danych (4)
• Telefony lokalne/modemy telefoniczne (TP SA, Netia )
– mały koszt inwestycyjny (promocje Netii) – mały/średni koszt eksploatacji
– zasięg działania bardzo duży
– średnia szybkość przesyłania danych
– bardzo często stosowany sposób przekazywania
danych
Sposoby przesyłania danych (5) Sposoby przesyłania danych (5)
• Pager
– tylko informacje o alarmie (numer węzła cieplnego, rodzaj alarmu)
– mały koszt inwestycyjny – mały koszt eksploatacji
– zasięg działania bardzo duży
Sposoby przesyłania danych
Sposoby przesyłania danych --Internet Internet
– mały/średni koszt inwestycyjny (sterownik + serwer internetowy)
– mały/średni koszt eksploatacji – zasięg działania bardzo duży
– średnia/duża szybkość przesyłania danych – sposób przekazywania danych w trakcie
wdrażania
– konieczność wprowadzenia odpowiednich
zabezpieczeń
Sposoby przesy łania danych
Sposoby przesy łania danych –– standardy standardy komunikacyjne
komunikacyjne
• Na rynku konkuruje kilka protokołów komunikacji, zmierzających do stania się standardem.
• Każdy z nich posiada zarówno mocne jak i
słabe strony.
Standardy komunikacji Standardy komunikacji
• Echelon LONworks
• European Installation Bus (EIB) - KONEX
• Profibus
• Backnet
• M-bus
• Ethernet
• ... i inne
Echelon
Echelon L L ON ON W W ORKS ORKS
LONworks jest otwartym standardem komunikacyjnym stworzonym i
opublikowanym przez firmę Echelon
System otwarty System otwarty
• Jest to taki system, w którym wszystkie elementy systemu komunikują się wykorzystując standardowy protokół komunikacyjny.
• Protokół komunikacyjny jest to zbiór zasad wymiany danych w sieci komputerowej.
• Zasady te są spisywane w postaci specyfikacji określającej wszystko co jest wymagane do zgodności ze standardem, począwszy od rodzaju medium komunikacyjnego (np. typu kabla) aż do sposobu sformułowania każdego polecenia czy żądania.
Zalety protokołów otwartych Zalety protokołów otwartych
• Dowolność w wyborze najlepszych pod względem
oferowanych możliwości i ceny usług, produktów i systemów niezależnie od ich producenta oraz możliwość ich instalacji w indywidualnie zaprojektowanym systemie
• Elastyczność w wyborze rozwiązań dla zmieniających się wymagań w stosunku do systemu.
Zalety protokołów otwartych Zalety protokołów otwartych
• Różne systemy i produkty od różnych producentów.
– Pełna współpraca oraz działanie uzupełniające się.
– Szeroki wybór rozwiązań.
– Kombinacje różnych aplikacji dla indywidualnych zastosowań.
• Bezproblemowa współpraca.
– Wspólne informacje i zasoby.
– Pełna współpraca w jednym systemie
• Pełna funkcjonalność przez cały okres eksploatacji.
– łatwa optymalizacja systemu w miarę zmiany potrzeb
Zalety protokołów otwartych Zalety protokołów otwartych
• Możliwość wyboru dowolnych produktów i systemów bez konieczności współpracy tylko z jednym producentem w przyszłości.
– łatwość rozbudowy systemu
– Niezależność od konkretnych systemów i producentów.
• Zmiana w miarę jak zmieniają się potrzeby.
– łatwość zwiększenia możliwości systemu kiedy rosną potrzeby
Zalety protokołów otwartych Zalety protokołów otwartych
• Niskie koszty przyszłych zmian w systemie.
• Oszczędności ...
– Już na etapie planowania.
– Kupujemy to co rzeczywiście potrzebujemy.
• Możliwość wyeliminowania elementów
redundantnych pozwala na obniżenie kosztów inwestycji, konserwacji i szkolenia personelu.
