Chcesz wiedzieć, co nowego
w świecie automatyki?

Spis treści numeru

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

Grzegorz Dubiel - absolwent Wydziału Mechanicznego Politechniki Krakowskiej. Studia rozpoczął na kierunku "Inżynieria Materiałowa", ale już po pierwszym semestrze przeniósł się na kierunek "Automatyka i Robotyka". W swej pracy magisterskiej, obronionej w czerwcu 1995 roku, opracował autorską metodę połączenia i wymiany informacji pomiędzy sterownikiem GE Fanuc 90-30 oraz siecią Siemens Sinec L2. Praca ta kosztowała go sporo czasu i wysiłku, ale na szczęście przyniosła mu również tytuł magistra. Obecnie inż. Dubiel przyznaje, że przy pomocy lepszych narzędzi informatycznych, takich jak oprogramowanie InTouch, podobną pracę można by wykonać w przeciągu co najwyżej tygodnia. Po studiach Grzegorz Dubiel podjął obowiązki asystenta naukowo-dydaktycznego w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji Politechniki Krakowskiej i przez rok prowadził zajęcia ze studentami IV i V roku z przedmiotów dotyczących zagadnień sterowania i oprogramowania przemysłowego.

Z firmą Astor Grzegorz Dubiel ma styczność od końca 1994 roku, zaś pracuje w niej od marca 1995 w dziale Systemów Wizualizacyjnych. Korzystając z doświadczeń dydaktycznych opracowuje materiały szkoleniowe w zakresie oprogramowania firmy Wonderware: (kurs podstawowy InTouch'a, kurs zaawansowany InTouch'a) oraz prowadzi niektóre szkolenia.
 

Kursy oprogramowania wizualizacyjnego InTouch do tej pory ukończyło ponad 100 osób. Pan Dubiel konsultuje również projekty systemów wizualizacyjnych, sieci komputerowych i stacji operatorskich oraz chętnie jeździ po kraju demonstrując zalety tego oprogramowania. W lutym reprezentował ASTORA na targach "Napędy i Sterowanie" w Gdańsku i występował podczas sesji seminaryjnej. Grzegorz pochodzi z Kolbuszowej (województwo rzeszowskie), ale po ukończeniu studiów z własnej chęci osiedlił się w Krakowie. Jest kawalerem (jeszcze). Lubi kino (szczególnie horrory, w czasie których objada się chipsami i popija Colę), muzykę, wycieczki rowerowe i spacery po górach. Jego ulubiona rozrywka, której namiętnie oddawał się tej zimy, to obrzucanie śnieżkami znajomych i przyjaciół.

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

System sterowania produkcją Kwasu Azotowego składa się z dwóch sterowników 90-70, dziewięciu sterowników 90-30 produkcji GE Fanuc oraz 3 stacji operatorskich, opartych o komputerach Compaq z systemem wizualizacji InTouch. System skonfigurowano tak, aby przy stosunkowo niskiej cenie (większość systemu oparto o tanie sterowniki 90-30) uzyskać jak największą funkcjonalność odpowiadającą systemom rozproszonym DCS ("Distributed Computer System").

Główną magistralą obiektową jest magistrala Genius (para przewodów) pracująca w trybie "Global Data": każde urządzenie kolejno wysyła paczkę danych, a pozostałe mogą ją odczytać. Cały cykl kończy się po wysłaniu danych przez ostatnie urządzenie, po czym rozpoczyna się następny cykl. Istotnym parametrem jest czas trwania cyklu wahający się, w zależności od liczby sterowników i wielkości przesyłanych paczek danych, od 20 do 200 ms. Dla opisywanej instalacji Kwasu Azotowego wynosi on około 70 ms. W tym czasie sterowniki 90-30 pobierają dane z obiektu i przesyłają je równocześnie do dwóch sterowników 90-70 oraz trzech stacji operatorskich InTouch. Sygnały wyjściowe po wypracowaniu ich przez sterowniki 90-70 przekazywane są magistralą Genius odpowiednio do dwóch buforów danych znajdujących się w każdym z sterowników 90-30 oraz bezpośrednio do stacji operatorskich InTouch.


Schemat hybrydowej konfiguracji sterowników GE Fanuc 90-70 i 90-30 z rezerwacją.


W sterownikach 90-30 znajdują się programy obsługi danych wyjściowych: pobierane są dwa zestawy danych od obydwóch sterowników nadrzędnych 90-70 jednocześnie. W zależności od statusu komunikacji, wykorzystywane są dane pochodzące od "głównego" sterownika 90-70, a w przypadku awarii wykorzystywane są dane od sterownika "rezerwowego". Dodatkową możliwością systemu (nie wykorzystywaną w Kędzierzynie) jest możliwość założenia szybkich (20 ms) blokad, realizowanych lokalnie w sterownikach 90-30.

Dodatkowa magistrala Ethernet pozwala na bardzo szybką wymianę danych pomiędzy sterownikami 90-70 a systemem wizualizacji. W ciągu 1,5 sekundy aktualizowane jest ponad 3000 wielkości analogowych.

System można za niewielką dopłatą wyposażyć w rezerwację (redundancy) magistral i ewentualnie rezerwacje układów wejścia /wyjścia dla obsługi krytycznych sygnałów.

Istotnym elementem systemu jest jego doskonała modularność. Najdroższy element kosztuje równowartość 3000 DM. Dzięki temu bardzo łatwo jest dobrać tani zestaw części zamiennych, które umożliwiają bardzo szybkie serwisowanie systemu. Przedstawiona konfiguracja hybrydowa oferuje większość zalet systemu, opartego wyłącznie na sterownikach 90-70, a jest od niej zdecydowanie tańsza.

Stefan Życzkowski - ASTOR Kraków

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

W czasie Targów Napędy i Sterowanie '96 można było zapoznać się z ofertami handlowymi firm, ukierunkowanych na zagadnienia napędowe i problemy sterowania. Organizatorzy mogą pochwalić się sukcesem - liczba wystawców i zwiedzających zwiększyła się ponad dwukrotnie. Dodatkową atrakcją był też szereg towarzyszących sesji seminaryjnych, organizowanych przez uczelnie krajowe i zagraniczne. Wymienić tu można seminaria tematyczne - elektronika, automatyka, dynamika układów napędowych, inżynieria jakości i ochrona patentowa oraz sesja szkoleniowa dotycząca certyfikacji systemów jakości.

Wśród ekspozycji Astora goście mogli kompleksowo zapoznać się z ofertą sterowników GE Fanuc i oprogramowaniem wizualizacyjnym InTouch - w tym na modelach obiektów rzeczywistych, co bezpośrednio pozwalało uwidocznić przejrzystość i łatwość komunikacji dla różnych rozwiązań technicznych. Z satysfakcją odnotowaliśmy duże zainteresowanie zwiedzających sesją seminaryjną, na której Grzegorz Dubiel dokonał prezentacji programu InTouch Wonderware.

Duże zainteresowanie zwiedzających wzbudziły też prezentowane nowości firmy Astor, a także promocyjne oferty na sterownik GE Fanuc Micro S90 oraz na oprogramowanie wizualizacyjne InTouch w wersji 64 zmienne. Tradycyjnie dziękujemy tą drogą wszystkim, którzy odwiedzili nasze stoisko, zaś wszystkich czytelników Biuletynu zapraszamy do Gdańska na Targi w roku przyszłym.

Ireneusz Rogala - ASTOR Gdańsk

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

Technologia cukrownicza wspaniale nadaje się do automatyzacji. Jeszcze obecnie króluje - tak niedawno w Polsce modna - automatyka pneumatyczna. Wypierana jest ona - w miarę posiadanych środków finansowych - przez sterowniki mikroprocesorowe najnowszej generacji. One to, w połączeniu z nowoczesnymi czujnikami pomiarowymi i coraz lepszymi organami wykonawczymi, tworzą niezawodną automatykę na światowym poziomie. Prowadzi to do kierowania całą kampanią cukrowniczą przez zaledwie kilku pracowników technicznych. Obserwacja pracy wszystkich urządzeń na monitorze, wskazania parametrów mierzonych, przeliczanie ich, archiwizacja itp. z jednego miejsca - centralnej sterowni - pozwala na podejmowanie szybkich decyzji dających dobre efekty jakościowe i wydajnościowe.
 

Długoletnie zatrudnienie od lat 60-tych w pionie automatyki ELWRO i ścisłej współpracy ze ŚFUP - Świdnica, pozwoliło mi dogłębnie poznać - jedną z trudniejszych dziedzin produkcji cukrowniczej - proces wypału wapna i produkcji mleka wapiennego. Poprzez automatyzację cukrowni krajowych i eksportowanych poznałem specyfikę pracy cukrowni i problemów tam występujących. Poprzez automatykę pneumatyczną, hydrauliczną, przekaźnikową widać ogromne zalety automatyki mikroprocesorowej.

Obecnie prowadzę prywatne przedsiębiorstwo automatyzacji cukrownictwa. Na trudnym konkurencyjnie rynku cukrowniczym, zmusiło mnie to do wyboru niezawodnego a zarazem taniego systemu. Przejrzałem wszystkie istniejące na polskim rynku systemy i wybrałem sterownik mikroprocesorowy serii 90-30 firmy GE Fanuc.

Jakość i niezawodność sprzętowa czołowych firm producentów sterowników określam jako porównywalną. O wyborze zdecydowały przydatności sterownika do pracy w cukrownictwie - łatwość demontażu (bez odłączania kabli), posiadanie silnoprądowych (4 A, 220 VAC) wyjść - eliminuje konieczność stosowania dodatkowych przekaźników, możliwość ciągłej corocznej rozbudowy (poprzez automatyzację stacji lokalnych aż do systemów sterowania nadrzędnego), niska cena (w porównaniu i innymi systemami).

Poza sprzętem, o jakości pracy systemu decyduje dobór odpowiednich algorytmów sterowania. Wymaga to od projektanta systemu znajomości technologii, możliwości sprzętowych, "atmosfery" pracy cukrowni podczas kampanii. Trzydziestoletnie doświadczenie, w połączeniu ze sterownikiem serii 90-30 pozwoliło udowodnić przypuszczenia teoretyczne.

Pierwszy układ sterownika GE Fanuc zaprojektowałem dla układu dozowania (w funkcji ciężaru) kamienia i koksu dla dwóch pieców wapiennych w Cukrowni Lublin. Cukrownia ta po zapoznaniu się ze sterownikiem zakupiła kolejne trzy sterowniki i częściowo we własnym zakresie zautomatyzowała następne działy.

W 1993 roku Cukrownia SOKOŁÓW wybudowała nowy piec wapienny i wapniarnię. Zaprojektowałem i uruchomiłem automatykę pieca wapiennego na sterowniku GE Fanuc.

Obserwowałem pracę operatora podczas kampanii. Na pytanie o problemy odpowiedział: "Tu wszystko samo pracuje i nic złego stać się nie może". Obecnie Cukrownia pracowała bezawaryjnie drugą kampanię.

W roku 1995 Cukrownia PUSTKÓW zastosowała sterownik 90-30 do automatyzacji pracy wirówek. Po przepracowaniu kampanii cukrowniczej zdecydowała się na zastosowanie takiego samego sterownika do automatyzacji nowo budowanego pieca wapiennego. Automatyka ta zostanie uruchomiona w kampanię 1996 roku. Stosowanie sterownika GE Fanuc umożliwia cukrownią - w miarę posiadanych środków finansowych - na coroczną automatyzację kolejnych działów. Łatwość rozbudowy systemu, łączenie sterowników między sobą, łączenie z systemami nadrzędnymi, możliwość tworzenia wizualizacji, archiwizacji - to wszystko, co jest niezbędne dla cukrowni.

Taki sposób automatyzowania pozwala (inwestując corocznie niewielkim nakładem finansowym) - zautomatyzować kolejne działy produkcyjne, by w efekcie połączyć je w system centralnego sterowania. Pozwoli to na obserwację i sterowanie całego zakładu z jednego miejsca lub (w miarę potrzeby) przekazanie sterowania wybranej stacji operatorowi lokalnemu. Specyfika pracy cukrowni (praca w tym samym czasie, rozległa lokalizacja), zmusiła moją firmę do wyboru sprzętu przyjaznego cukrowniom - sterownika GE Fanuc.

Tadeusz Dobrzyniecki - Interkomplex Wrocław

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

W marcu bieżącego roku, w firmie B-Complex S.A. Gdańsk, po gruntownej modernizacji oddano do pracy linię produkującą kostkę brukową typu Polbruk. Cała linia została wyprodukowana ponad dziesięć lat temu w Niemczech przez specjalizującą się w tego rodzaju maszynach firmę Henke-Maschinenfabrik KG.
 

Pierwotnie system sterowania oparty był na sterownikach programowalnych AEG CP 80 pochodzących z początku lat osiemdziesiątych i od kilku lat nie będących w produkcji. Po okresie blisko trzech lat pracy fabryki w Polsce podjęto decyzję o modernizacji systemu sterowania. Na decyzję wpływ miały awarie starego układu i wysokie koszty serwisowe.

Cała linia składa się z trzech osobnych części: agregatu produkcyjnego, magazynu oraz maszyny pakującej. Zadaniem agregatu produkcyjnego jest wytwarzanie kostki poprzez prasowanie w prasie hydraulicznej mieszanki betonu z kruszywem w odpowiedniej formie. Po sprasowaniu kostka na paletach jest transportowana i składowana na wielopoziomowej wieży. Po wypełnieniu wszystkich poziomów palety są odbierane przez automatyczny wózek transportowy i składowane w magazynie w celu leżakowania. Kolejnym zadaniem wózka jest załadowanie palet do kolejnej wieży, która stanowi początek ciągu technologicznego maszyny pakującej, wyposażonej w chwytak hydrauliczny pozwalający układać kostkę warstwami na paletach. Pierwotnie obie maszyny - pakująca i agregat były sterowane poprzez oddzielne systemy sterowania, a obecnie całością zarządza jeden sterownik GE Fanuc.

Jako jednostkę centralną zastosowano moduł 90-30 CPU331. Cały system składa się z kasety bazowej i trzech kaset rozszerzających (dwie 5-gniazdowe i jedna 10-gniazdowa) oraz panela operatorskiego OIU057. W programie sterującym wykorzystano blisko 620 punktów dyskretnych, które są obsługiwane przez 13 modułów wejściowych typu MDL655 oraz tą samą ilość modułów wyjściowych MDL940.

Panel operatorski pozwala na wyświetlanie komunikatów informacyjnych dotyczących pracy, sytuacji awaryjnych, umożliwia też rejestrację danych o ilości produkcji.

Sterownik realizuje następujące funkcje:

  • praca automatyczna,
  • praca ręczna,
  • nastawianie parametrów dla agregatu produkcyjnego i maszyny pakującej.

Program sterujący zajmuje około 12 kB, sygnały sterujące odbierane są z blisko 270 czujników indukcyjnych i krańcowych, a sterowane jest ponad 50 silników oraz 30 siłowników hydraulicznych.

W chwili obecnej trwają prace nad automatyzacją węzła betoniarskiego. Planowane jest zastosowanie jednostki centralnej CPU311 oraz panela operatorskiego OIU157. Dane dotyczące zużycia surowców do produkcji betonu będą przesyłane przy pomocy łącza RS485 ze sterownika do komputera, co pozwoli na sprawniejsze rozliczanie kosztów. Zastosowanie sterownika zapewni utrzymanie stałej jakości produktu oraz ograniczy straty surowców.

Wdrożenia całości instalacji dokonała firma VIRCON z Gdańska, a czas od projektu do uruchomienia wynosił 4 tygodnie.

Tomasz Kaliński - Vircon Gdańsk

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

Nową instalację kwasu azotowego w Zakładach Azotowych Kędzierzyn S.A. zdecydowano wyposażyć w nowoczesny komputerowy system sterowania i pomiarów oparty o sterowniki GE Fanuc.
 

Ogólnie proces wytwarzania kwasu azotowego na tej instalacji polega na utlenianiu mieszaniny amoniakalno-powietrznej w obecności katalizatora platynowego, w celu otrzymania tlenków azotu, które następnie są wymywane wodą w kolumnie absorbcyjnej dając w efekcie około 60 procentowy kwas azotowy. Kwas ten jest następnie użyty na kolejnych instalacjach do produkcji nawozów azotowych.

"Sercem" instalacji jest turbozespół (sprężarka powietrza i sprężarka gazów nitrozowych), napędzany przez turbiny parową i ekspansyjną. Rozruch turbozespołu prowadzi się parą wodną "obcą", a po uruchomieniu turbina pracuje na parze "własnej", wytwarzanej z ciepła gazów poreakcyjnych. Dodatkowy odzysk ciepła następuje na turbinie ekspansyjnej. W związku z tym, iż proces technologiczny jest szybkozmienny, występują w nim media i warunki niebezpieczne, zadania systemu sterowania są szczególnie odpowiedzialne. W związku z powyższym, zdecydowano się na zestaw sterowników 90-30 i 90-70 oraz 3 stacje operatorskie pracujące na komputerach firmy Compaq.
Dla realizacji powyższych zadań zakupiono następujący sprzęt i oprogramowanie:

  • sterowniki 90-30: 9 modułów z procesorem CPU323 wraz z 10 kartami wejść analogowych (16 kanałowe), 22 kartami wyjść analogowych (2 kanałowe), 17 kartami wejść dyskretnych (16 kanałowe), 9 kartami wyjść dyskretnych (16 kanałowe), 9 kartami Genius, 5 kartami TC (8 kanałowe) oraz 10 kartami RTD (6 kanałowe),
  • sterowniki 90-70: 2 karty procesora CPX772 z pamięcią RAM 128 kB wraz z 4 kartami Genius i 2 kartami Ethernet,
  • 3 komputery wizualizacyjne w konfiguracji: procesor Pentium OverDrive, 24 MB RAM, Dysk twardy 340 MB oraz karty Genius i Ethernet.

W oparciu o powyższy sprzęt zrealizowano następujące układy programowe:

  • Wizualizacja procesu 30 mimik (ekranów),
  • Obliczenia wartości inżynierskich, granic, itd. za pomocą PSB 260,
  • Układy regulacji (stałowartościowe, stosunku, kaskadowe) 36,
  • Sterowania cyfrowe (pompy, wentylatory, zawory, obracarka) 60,
  • Programy blokad z mechanizmem pierwszej przyczyny 2,
  • Obliczenia przepływów i bilansowania mediów 40,
  • Zapamiętanie mapy bitowej sterowań cyfrowych sprzed blokady 2,
  • Sumowanie czasu pracy urządzeń technologicznych 37.

Ekran synoptyczny instalacji kwasu azotowego w Zakładach Azotowych Kędzierzyn przygotowany w systemie Wonderware InTouch.


Najważniejsze zadania realizowane przez sterowniki to:

  • Wyliczanie i regulacja stosunku przepływów amoniaku do powietrza w granicach 8-11,5% (blokady); od dołu, ze względu na możliwość wygaszenia spalania, a od góry, ze względu na możliwość wybuchu mieszanki. Dlatego też pomiary przepływów są podwójne na obu mediach. Skonfigurowano też specjalny mechanizm przełączania pomiarów w przypadku uszkodzenia pomiaru (lub na życzenie operatora procesu). Powyższy mechanizm został już sprawdzony praktycznie i zapobiegł komplikacjom w tej instalacji.
  • Układ blokad i zabezpieczeń dla części technologicznej i turbozespołu ma za zadanie takie sterowanie pracą urządzeń sterowniczych, aby nie dopuścić do powstania sytuacji niebezpiecznej. Zadaniem tego układu jest: kontrola stanów granicznych procesu, określenie, zapamiętanie, wizualizacja i wydruk pierwszej przyczyny blokady, szybka realizacja (około 100ms) i wizualizacja działań blokadowych, sprawdzenie i wizualizacja koniecznych warunków dla uzyskania gotowości instalacji do uruchomienia.
  • Obliczenia i wizualizacje dodatkowe: przepływy są korygowane od zmian ciśnienia i temperatury, a następnie sumowane w układzie zmian i doby, sumowanie czasu pracy maszyn i urządzeń technologicznych, bilansowanie i wyliczanie wskaźników produkcji.
  • Testowanie i wizualizacja stanu systemu sterowania.

Ekran synoptyczny instalacji kwasu azotowego w Zakładach Azotowych Kędzierzyn.


Projekt instalacji i części pomiarowej wykonało BPK Kędzierzyn, w okresie od połowy 1994 roku do kwietnia 1995 roku. Do części prac (projekty mimik, schematy blokad) zostali zatrudnieni pracownicy Zakładu Automatyki i Zakładu Nawozów ZAK. Konfigurację systemu wykonała grupa specjalistów składająca się z automatyków, technologów i informatyków (8 osób), która przeprowadziła także rozruch systemu na obiekcie. Grupa rozruchowa rozpoczęła prace w kwietniu 1995 roku. W lipcu 1995 roku rozpoczął się rozruch systemu na instalacji. Podczas prac zespołu specjalistów ZAK S.A., konsultacji w zakresie całości systemu udzielali pracownicy firmy ASTOR z Krakowa. Za rozruch części obiektowej urządzeń pomiarowych była odpowiedzialna grupa pomiarowców z Zakładu Nawozów. W trakcie rozruchu wszystkie służby ściśle współpracowały w celu sprawdzenia i uruchomienia systemu. Instalacja została uruchomiona 6 grudnia 1995r i do chwili obecnej (kwiecień 96) pracuje poprawnie.

Powyższy system jest pierwszą instalacją sterowników GE Fanuc na terenie ZAK i został zrealizowany praktycznie bez specjalnych szkoleń, w oparciu o dokumentacje, konsultacje z firmą ASTOR i doświadczenia nabyte na systemach DCS (KENT P4000 i MOD 300). Znacznie udoskonalono w stosunku do tych aplikacji organizację ekranu stacji operatorskich, wykorzystując możliwości programu InTouch. Doprowadziło to do sytuacji, w której działania operatorów są wykonywane wręcz intuicyjnie. Niektóre z rozwiązań zostały zaproponowane przez operatorów, zaaprobowane przez technologów procesu i zrealizowane w systemie. Ponadto należy dodać, iż dzięki wykorzystaniu możliwości programu InTouch, wszystkie komunikaty i teksty na ekranie przygotowano w języku polskim. W wyniku kilkumiesięcznych obserwacji sposobów prowadzenia procesu można stwierdzić że szczególnym powodzeniem operatorów procesu cieszą się następujące mechanizmy programowe:

  • możliwość wybrania zdarzeń wg określonego kryterium (działania operatorskie, przekroczenia alarmów, zmiana stanu na wejściach/wyjściach cyfrowych lub analogowych),
  • możliwość przydzielenia do 8 pomiarów do trendu historycznego z opcją skalowania czasu i zakresu wskazań pomiarów,
  • możliwość inkrementowanej zmiany wartości zadanej i wyjściowej,
  • wydruki raportów na żądanie operatorskie na drukarkę lub do pliku,
  • urozmaicone sposoby przejścia do innych mimik (ekranów) poprzez: menu mimik, klawisze Page Up/Down, targety docelowych mimik, przez wskazanie obiektu, użycie klawisza "ostatnia mimika" (LAST),
  • mechanizm automatycznego wyszukiwania i akceptowania alarmów (na życzenie).

Dla konfiguratorów systemu bardzo pomocnymi okazały się mechanizmy programu Logicmaster, służącego do oprogramowania sterowników GE Fanuc, umożliwiające wprowadzanie poprawek do programu sterowania podczas rozruchu i normalnej pracy instalacji bez zatrzymywania sterownika. Przy sprawdzaniu funkcjonowania układów sterowań cyfrowych wielokrotnie wykorzystywano mechanizm wymuszenia stanu wejść i wyjść cyfrowych.

Podczas realizacji zadania napotkano na kilka problemów, które rozwiązano dzięki współpracy z firmą ASTOR:

  • Długi czas odświeżania niektórych danych na sąsiednich stacjach operatorskich.
  • Problem powstał w wyniku nadmiernego rozbudowania ilości itemów, stworzonych dla wizualizacji zmiennych systemowych (parametry regulatorów, nastawy alarmów, dane raportowe, itd). Problem został rozwiązany poprzez: zastosowanie dodatkowej magistrali Ethernet, czasowe wyłączenia transmisji danych, aktualnie nie wykorzystywanych.
  • Niezgodność sygnalizacji alarmów na stacjach operatorskich.
  • Problem powstawał z powodu różnych czasów odczytu danych w stacjach operatorskich. Problem został rozwiązany poprzez ustalenie źródła alarmów z poszczególnych węzłów technologicznych dla określonych stacji operatorskich.
  • Zawieszanie sąsiedniej stacji operatorskiej podczas startu programu InTouch.
  • Problem powstawał, gdy startująca stacja operatorska zaczynała lawinowo żądać danych od serwerów GEHCS i Genius (liczba jednocześnie odczytywanych zmiennych przekraczała 9500), powodując zawieszanie stacji, będącej aktualnym serwerem. Problem rozwiązano poprzez: odpowiednie rozłożenie procesu ładowania stacji operatorskiej, podniesienie szybkości działania procesora - zastosowano procesor Pentium.

Tu produkuje się kwas azotowy... z wykorzystaniem sprzętu GE Fanuc.


W marcu 1996 roku została zainstalowana nowa wersja programu InTouch w wersji 5.6. Wersja ta rozwiązuje w prosty sposób pierwsze dwa przedstawione uprzednio problemy. Obecnie w ramach systemu są prowadzone prace związane z:

  • realizacją drobnych zmian, wynikłych z dotychczasowej eksploatacji systemu,
  • zmianą systemu raportowania,
  • wprowadzaniem zaleceń, związanych z raportowaniem dla potrzeb ochrony środowiska.

W chwili obecnej instalacja kwasu azotowego TKIV pracuje bez żadnych awarii, spowodowanych przez system sterowania. Zakłady Azotowe w Kędzierzynie przygotowują obecnie dwie nowe inwestycje o podobnej jak TKIV wielkości. Podjęto już decyzje co do zakupu sprzętu sterownikowego GE Fanuc i systemu wizualizacji InTouch. Na podjęcie tych decyzji miały wpływ następujące czynniki:

  • pozytywne doświadczenia z uruchomienia instalacji TKIV,
  • dobre warunki cenowe,
  • wysoka jakość sprzętu i oprogramowania (potwierdzona również opiniami innych użytkowników),
  • bardzo dobry serwis i wsparcie techniczne,
  • klarowna struktura sprzętu i oprogramowania.

Roman Sitarz - Zakłady Azotowe Kędzierzyn S.A.

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --

Na życzenie czytelników Biuletynu drukujemy poszerzoną wersję artykułu, który ukazał się w numerze 2 Biuletynu (Jesień 1994).

Często spotykanym zarzutem stawianym sterownikom PLC jest to, że realizują tylko algorytmy sterowania kombinacyjnego i sekwencyjnego, operując na wejściach i wyjściach logicznych, zastępując w ten sposób przekaźnikowe urządzenia automatyki. Taka rzeczywiście była idea powstania PLC, jednak gwałtowny rozwój techniki mikroprocesorowej spowodował, że cyfrowy sterownik z powodzeniem zastępuje klasyczne układy regulacji ciągłej. Wśród wielu modułów serii 90-30 i 90-70 znaleźć można wejścia i wyjścia analogowe prądowe (0 ÷ 20 mA, 4 ÷ 20 mA), napięciowe (-5 ÷ +5 V, 0 ÷ 10 V), a także specjalizowane moduły, przeznaczone do łączenia z termoparami, czujnikami PT100 czy przetwornikami tensometrycznymi.


Przy przetwarzaniu sygnałów analogowych na cyfrowe i odwrotnie wykorzystywany jest 12-bitowy przetwornik A/C oraz 16-bitowy przetwornik C/A, co zapewnia wystarczającą dokładność odwzorowania wartości ciągłej. Przeliczone wartości cyfrowe przechowywane są w sterowniku w 16-bitowych rejestrach. Projektant ma do dyspozycji zestaw funkcji matematycznych, za pomocą których może stworzyć dowolną pętlę regulacji, np. regulatory dwu- i trójpołożeniowe, krokowe czy pętle regulacji kaskadowej. Najpopularniejszy zaś algorytm regulacji czyli PID oferowany jest w postaci gotowej procedury programu Logicmaster, używanego do programowania sterowników GE Fanuc.

Wartość sterowania wypracowana przez regulator PID zależy proporcjonalnie od:

  • uchybu,
  • uchybu scałkowanego (zsumowanego),
  • pochodnej (szybkości zmiany) uchybu.

O wpływie każdej z trzech wartości decydują parametry regulatora tj.
K - (Proportional gain) - współczynnik wzmocnienia - "P",
Ti - (Integral gain) - współczynnik całkowania - "I",
Td - (Derivative gain) - współczynnik różniczkowania - "D",
których skróty tłumaczą nazwę regulatora PID. Spotykany w polskiej literaturze termin czas zdwojenia jest odwrotnością współczynnika Ti. Przy analogowej realizacji regulatora PID, niemożliwe było skonstruowanie idealnego różniczkowania, dlatego istniał dodatkowy parametr charakteryzujący inercję różniczkowania. W cyfrowych regulatorach jest on najczęściej pomijany.


W zależności od potrzeb można używać regulatorów PID-ISA lub PID-IND. Różnica między nimi została przedstawiona na rysunkach. O wyborze typu decydują wymagane zakresy parametrów regulatora. Klasyczny algorytm regulacji uzupełniony jest o kilka dodatkowych funkcji czyniących go wygodniejszym i bezpieczniejszym w użyciu. Istnieje, na przykład, możliwość ustawienia strefy nieczułości (dead band) wokół zera, powodującej, że regulator nie będzie reagował na małe zmiany wartości na wejściu. Zakres zmian wartości na wyjściu regulatora ograniczyć można w zadanym przedziale (Upper & Lower Clamp), odpowiadającym fizycznym zdolnościom członu wykonawczego.

Do regulatora PID wprowadzono mechanizm zabezpieczający przed nasyceniem członu całkującego - jeśli wartość wyjścia osiągnie poziom ograniczający, następuje zatrzymanie całkowania uchybu. W przypadku korzystania z urządzenia wykonawczego, powoli osiągającego żądaną wartość (np. zasuwa z napędem elektrycznym), można ograniczyć szybkość wzrostu wartości wyjścia regulatora (Minimum Slew Time). Powoduje to, że aktualne sterowanie jest wiernie realizowane przez urządzenie wykonawcze. Również i w tym wypadku modyfikowana jest wartość całki uchybu, aby uniknąć niespójności w pracy algorytmu.

W sytuacjach krytycznych istnieje możliwość przejścia na sterowanie ręczne, z zachowaniem aktywnych parametrów: ograniczenia zmian wartości wyjścia oraz czasu narastania. W trybie ręcznym aktywne są zewnętrzne sygnały UP i DOWN, obecność jednego z nich powoduje zwiększenie lub zmniejszenie o 1 wartości wyjścia CV w każdym cyklu regulacji. Jak łatwo zauważyć przy standardowych nastawach, czyli zakres 0-32000 (odpowiadający zakresowi modułów analogowych), krok dyskretyzacji 1.0s (zapewniający wystarczająco szybką reakcję regulatora dla większości obiektów, a jednocześnie filtrujący przebiegi szybkozmienne) zwiększenie wyjścia od 0 do 100% za pomocą sygnału UP, będzie trwało ponad 8 godzin. Jeden ze sposobów rozwiązania tego problemu zostanie przedstawiony dalej.

Bezuderzeniowy sposób przełączania pomiędzy pracą ręczną i automatyczną sprawia, że podczas przełączania trybu pracy nie następuje skok wartości sterowania (na czas trwania pracy ręcznej wyłączane jest całkowanie uchybu). Należy natomiast uważnie zmieniać wartości nastaw regulatora PID podczas pracy on-line na obiekcie, ponieważ nie ma zabezpieczeń przed skokowymi zmianami wartości wyjścia.

Przy wykonywaniu algorytmu regulacji wykorzystywany jest zegar czasu rzeczywistego, dający większą dokładność dyskretyzacji - bo ostatecznie jest to regulator dyskretny. Minimalny krok dyskretyzacji (Sample Period) wynosi 0.01s, co w większości zastosowań idealnie symuluje regulator ciągły. Efektem zastosowania zegara czasu rzeczywistego jest to, że jeśli wyłączamy regulator przy niezerowym członie całkującym i niezerowym błędzie, to po ponownym włączeniu nastąpi skok wartości sterowania. Dlatego, chcąc zatrzymać pracę regulatora, należy przełączać go w tryb pracy ręcznej.

Przy zadaniach regulacji programowej, charakteryzującej się skokami wartości zadanej, człon różniczkujący w odpowiedzi na skok uchybu wypracowałby przez krótki czas dużą wartość sterowania. Dlatego regulator umożliwia różniczkowanie wartości wyjścia obiektu, zamiast uchybu (Derivative Action). Jeśli możliwy jest pomiar zakłócenia jeszcze zanim nastąpi jego wpływ na obiekt regulowany, wówczas celowe jest zastosowanie algorytmu feedforward. Jego działanie polega na uwzględnianiu przy wypracowywaniu sterowania, zmierzonej wartości zakłócenia. Na przykład, przy ogrzewaniu wyparki parą przegrzaną łatwiej zmierzyć temperaturę pary zasilającej i uwzględnić jej zmianę, niż później reagować na narastający uchyb. Implementację opisanego algorytmu w regulatorze PID umożliwia stała wartość dodawana do sterowania (Bias).

Wszystkie opisane powyżej parametry przejrzyście i elastycznie wprowadza się za pomocą przedstawionego obok ekranu. Podczas pracy regulatora wartość zadana, wyjście obiektu i sterowanie, przedstawiane są za pomocą ruchomych pasków (bars); co umożliwia łatwą i czytelną obserwację procesu dochodzenia wartości wyjścia do wartości zadanej.

Przy projektowaniu programu sterującego należy wziąć pod uwagę, że każdy regulator PID zastosowany w programie wykorzystuje obszar 40 rejestrów %R w pamięci danych. Zadaniem tych rejestrów jest przechowywanie wszystkich wartości liczbowych, niezbędnych do poprawnej pracy regulatora, czyli:

  • opisanych powyżej parametrów np. K, Td, Slew Time, Dead Band itd.,
  • wartości procesowych np. wejście, wyjście,
  • zmiennych pośredniczących w obliczeniach np. wartość całki, czas który upłynął od ostatniego wykonania, itd.

Znajomość położenia tych rejestrów w pamięci daje programiście możliwość ingerencji w pracę regulatora i znaczne zwiększenie jego możliwości. Przy tworzeniu szczebla zawierającego blok PID, niezbędne jest wypełnienie pola bezpośrednio pod blokiem, adres tam wpisany, oznaczmy go %Ref, jest początkiem czterdziestorejestrowego obszaru. Lista opisująca znaczenie wszystkich rejestrów znajduje się w podręczniku Reference Manual GFK-0467 na stronie 4-121.

W typowym przedstawieniu regulatora PID w systemie wizualizacji znajdują się: przełącznik trybu pracy AUTO/MAN, wskazania wartości PV, SP i CV, pokazany graficznie i liczbowo oraz nastawy regulatora K, Ti, Td. W trybie AUTO regulator powinien umożliwiać zadawanie wartości SP. Z punktu widzenia oprogramowania wystarczy zmieniać wartość w rejestrze SP, podłączonym z zewnątrz bloku PID. Analogicznie w trybie MAN operator musi mieć możliwość swobodnego zadawania wartości wyjścia CV, w tym celu wystarczy skorzystać z rejestru %Ref+13, zapisana tam wartość zostanie wysłana na wyjście regulatora. Podobnie można tworzyć np. przyciski do zwiększania i zmniejszania wartości wyjścia, omijając ograniczenia standardowych sygnałów UP i DOWN. We wspomnianym obszarze znajdują się wszystkie nastawy regulatora np. wzmocnienie K przechowywane jest w rejestrze %R+05, ponieważ musi to być liczba całkowita, a wartość K podawana jest z dokładnością do jednej setnej, dlatego przed zapisem wzmocnienie mnożone jest przez 100. Podobnie jest dla wszystkich parametrów mogących przyjmować wartości niecałkowite. Niektórych rejestrów programiście nie wolno modyfikować są to np. %Ref+20 i %Ref+21 zawierające wartość całki z błędu.


Należy zwrócić uwagę, że dobrze napisany program powinien sam zadbać o inicjację wartości części rejestrów w regulatorze. Gdyby zdarzyła się np. wymiana procesora, albo skasowanie pamięci danych, samo wgranie programu bez kopii rejestrów nie wystarczy do poprawnej pracy. Można w tym celu wykorzystać styk FST_SCN i bloki MOVE i BLK_MOV w sterownikach 90-30, a blok DATA_INIT w 90-70.

Kluczowym elementem pracy regulatora PID, decydującym o jakości regulacji, są jego nastawy, a więc wybór odpowiednich parametrów K, Td i Ti. Wstępne oszacowanie wartości tych parametrów umożliwiają standardowe wzory Zieglera-Nicholsa. Aby dobrać je optymalnie, niezbędne są dodatkowe narzędzia: programy identyfikujące modele obiektu i dobierające nastawy w czasie rzeczywistym metodą minimalizacji funkcji kosztu. Przykładem takiego produktu jest znajdujący się w ofercie GE Fanuc program GETune firmy ControlSoft.

Łukasz Stec - Abis Kraków

-- Biuletyn Automatyki nr 8 (2/1996) --
 

Sterowniki programowalne PLC


Sterowniki serii 90-30

  • IC693PWR330 - zasilacz do sterowników serii 90-30, który można stosować w systemach wymagających zwiększonego poboru prądu. Obciążalność zasilacza: dla napięcia +5 VDC, 30 W, wejście izolowane +24 VDC, 20 W, napięcie +24 VDC (do zasilania przekaźników), 15 W. Całkowita moc nie może przekraczać 30 W.
  • IC693CMM321-CB - Moduł Ethernetu dla sterownika 90-30, wersja 1.1, pozwala dodatkowo na uzyskanie komunikacji w systemie "peer-to-peer". Spośród teoretycznie nieskończenie wielu urządzeń pracujących na sieci, moduł może komunikować się jednocześnie z 16 z nich.

Sterowniki serii Micro

  • IC693UDR005 - nowy sterownik z serii Micro; 16 wejść dwustanowych 24 VDC, podzielonych w cztery czterowejściowe grupy i 12 wyjść dyskretnych (jedno normalnie otwarte wyjście 24 VDC i 11 2-amperowych normalnie otwartych wyjść przekaźnikowych). W sterowniku wejścia 24 VDC mogą zostać wykorzystane jako liczniki wysokiej częstotliwości zliczające impulsy o częstotliwości do 5 kHz (maksymalnie 4 liczniki), które przy podłączeniu odpowiedniego przetwornika mogą posłużyć za wejścia analogowe. W sterownik wbudowano jedno dyskretne wyjście tranzystorowe, z możliwością pracy w trzech trybach jako: wyjście sterowane licznikiem wysokiej częstotliwości, wyjście impulsowe lub generator PWM (modulacja szerokości impulsu). Dodatkowo w sterowniku został zainstalowano zegar czasu rzeczywistego oraz drugi port szeregowy RS422 służący do komunikacji w protokole SNP i SNP-X.
  • CA693AL8505 - konwerter sygnału analogowego na sygnał o zmiennej częstotliwości. Moduł, używany w systemach wymagających niewielkiej liczby wejść analogowych, zamienia sygnał prądowy 4 ÷ 20 mA na sygnał o zmiennej częstotliwości 1000 ÷ 5000 Hz z rozdzielczością 4 µA/Hz i dokładnością ±0.1%, pobór prądu: 15 ÷ 26 V, 15 mA.
  • CA693AL8508 - konwerter sygnału o zmiennej częstotliwości na sygnał analogowy prądowy. Moduł może współpracować w systemie ze sterownikiem Micro typ UDR005. Zamienia sygnał o zmiennej częstotliwości z zakresu 1000 ÷ 5000 Hz na sygnał prądowy 4 ÷ 20 mA z rozdzielczością 4 µA/Hz i dokładnością ±0.15%.
  • CA693AL8511 - konwerter dokonujący zamiany sygnału pochodzącego z termopary typu J (0 ÷ 500°C) na sygnał o zmiennej częstotliwości (100 ÷ 5100 Hz), dokładność modułu: ±2°C.


Oprogramowanie


Oprogramowanie Logicmaster 90-30 to nowoczesny system oprogramowania sterowników GE Fanuc (90-30/20/Micro) w systemie drabinkowym. Nowa wersja 6.50 (w Polsce w sprzedaży od jesieni b.r.) występuje w dwóch odmianach różniących się sposobem komunikacji: serial lub TCP/IP. Wersja TCP/IP umożliwia oprogramowanie sterownika poprzez sieć Ethernet w protokole TCP/IP, przy prędkości komunikacji 10 Mbit/s przy zastosowaniu modułu IC693CMM321-CB lub poprzez standardowe złącze RS485. Oprogramowanie Logicmaster 6.50, kompatybilne z wersją oprogramowania 3.50 i późniejszymi, sprzedawane jest z dokumentacją w postaci książkowej lub CD-ROM-u.

Szanowni Państwo!

Ósmy numer naszego Biuletynu dedykujemy w szczególności firmom, które już kilka lat temu planowały modernizację dużych systemów opierając swoje projekty o drogie rozwiązania klasy DCS (Distributed Control System), jednakże z powodu wysokich kosztów projekty te w dalszym ciągu czekają na realizacje.

W ostatnim czasie jesteśmy świadkami szybkiego rozwoju możliwości technicznych sterowników programowalnych PLC. Oferowane obecnie szybkie jednostki centralne, z arytmetyką zmienno-przecinkową, skutecznym oprogramowaniem systemowym, szybkimi magistralami obiektowymi (Ethernet), możliwością rezerwacji wejść/wyjść, magistral i procesorów, elastycznymi systemami monitoringu i wizualizacji pracujących na standardowych komputerach klasy PC pozwalają na konfigurowanie bardzo tanich systemów o funkcjonalności komputerowych systemów rozproszonych DCS, tradycyjnie stosowanych w dużych i bardzo dużych systemach automatyki.

Przykładu takiego rozwiązania dostarcza instalacja działająca w Zakładach Azotowych "Kędzierzyn", przedstawiona w tym numerze pisma, w której jako jednostki centralne wykorzystano dwa sterowniki GE Fanuc 90-70, a wejścia/wyjścia obsługuje dziewięć sterowników 90-30. Wizualizację procesu produkcji kwasu azotowego obsługującą 4700 zmiennych zrealizowano w systemie InTouch. Ze względu na zastosowanie standardowego sprzętu (komputery Pentium) integracja z ogólnozakładową siecią informatyczną nie stanowi trudności. Uwadze Państwa polecam też artykuł omawiający wykorzystanie sterowników GE Fanuc w cukrownictwie.

Karol Życzkowski
ASTOR Kraków


Zapytaj eksperta
X

Formularz kontaktowy


Imię i Nazwisko*

Adres E-mail*

 

Treść zapytania*