UPRAVLJANJE PROIZVODNIH FAZ PO STANDARDU...

UNIVERZA V LJUBLJANI

Fakulteta za elektrotehniko

Jožef Vidergar

UPRAVLJANJE PROIZVODNIH FAZ PO STANDARDU ANSI/ISA-88

DIPLOMSKO DELO UNIVERZITETNEGA ŠTUDIJA

Mentor: doc. dr. Boštjan Murovec

Ljubljana, september 2008

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Boštjanu Murovcu za pomoč, strokovne nasvete ter njegovo

potrpežljivost pri pregledovanju diplomskega dela. Zahvala gre tudi sodelavcem v podjetju

Sinabit, d.o.o, kjer sem pridobil bogate izkušnje na področju avtomatike.

Posebno pa bi se rad zahvalil svojim staršem, ki so mi omogočili študij ter me pri tem

podpirali.

Povzetek V diplomski nalogi je predstavljeno programiranje proizvodnih faz po standardu ANSI/ISA

S88 na krmilni enoti družine Siemens. Standard je razvit za vodenje industrijskih procesov v

procesni avtomatiki.

V prvem delu diplomske naloge bralca seznanimo s standardom S88 in njegovo uvedbo v

industrijski proces (modeli in terminologija standarda, povezave med modeli, ukazi ter stanja

po standardu, uvedba standarda v proces). Standard postavlja temelje tako za programsko kot

strojno opremo. V procesni avtomatizaciji je pomembna proizvodnja različnih izdelkov v

sprejemljivem času. Uporaba standarda prinaša mnoge prednosti zaradi prilagodljivosti

sistema, preprostega spreminjanja vhodno/izhodnih parametrov, itd. Najnižji nivo standarda

S88 so proizvodnje faze, s katerimi upravlja krmilna enota.

V drugem delu diplomske naloge je predstavljen program za vodenje faz po standardu S88

tako na krmilniškem (PLC) nivoju kot tudi na nadzornem (SCADA) sistemu. Za PLC nivo je

uporabljen krmilnik družine Siemens (S300/CPU315), nadzorni sistem pa je izdelan s

programskim paketom iFix 3.5. Predstavljen je tudi koncept programiranja v programskem

paketu STEP7 (krmilni nivo) ter iFix 3.5 (nadzorni nivo).

Ključne besede: standard S88, proizvodne faze, STEP7, iFix 3.5, funkcionalna specifikacija

Abstract

The thesis presents programming of production phases according to standard ANSI/ISA S88

on Siemens family of programmable logic controllers. S88 standard was developed for

industrial process control in process automation.

In the first part of the thesis a reader is introduced to S88 standard and its implementation into

industrial process (models and terminology, linkage between models, commands and states

according to standard and integration of standard into process). Standard sets both software

and hardware fundamentals. In automation process control it is essential to make many

different products in acceptable time frame. The standard offers many advantages within the

scope of adaptation of a system, simple modification of it's input/output parameters, etc. The

lowest level of the standard consists of production phases, which are controlled by

progammable logic controler (PLC).

The second part of the thesis presents application for phase control according to S88 standard

on PLC and on supervisory control sistem (SCADA). For process control level of application,

PLC is using central processing unit type S300/CPU315 from Siemens PLC family.

Supervisory system is built on Intellution's iFix version 3.5. Concept of programming is also

presented in both PLC and SCADA, using STEP7 software for PLC and iFix 3.5 for SCADA.

Keywords: standard S88, production phases, STEP7, iFix 3.5, functional specification

i

Kazalo

1 Uvod ............................................................................................................................1 1.1 Tema diplomskega dela ................................................................................................2

2 Opis standarda S88.....................................................................................................3 2.1 Modeli in terminologija standarda S88 ........................................................................4

2.1.1 Fizični model ..........................................................................................................4 2.1.1.1 Podjetje (ang.: Enterprise): ..............................................................................5 2.1.1.2 Podružnica (ang.: Site) ....................................................................................5 2.1.1.3 Obrat (ang.: Area)............................................................................................5 2.1.1.4 Procesna celica (ang.: Proces cell) ..................................................................6 2.1.1.5 Enota (ang.: Unit) ............................................................................................6 2.1.1.6 Moduli opreme (ang.: Equipment moduls) .....................................................6 2.1.1.7 Modul vodenja (ang.: Control modul).............................................................6

2.1.2 Postopkovni model .................................................................................................7 2.1.2.1 Posopek (ang.: Procedure)...............................................................................7 2.1.2.2 Postopek enote (ang.: Unit procedure) ............................................................7 2.1.2.3 Operacija (ang.: Operation) .............................................................................7 2.1.2.4 Faza (ang.: Phase)............................................................................................8

2.2 Povezave med modeli...................................................................................................8 2.3 Ukazi ter stanja po standardu S88 ................................................................................9

2.3.1 Ukazi po standardu S88........................................................................................10 2.3.1.1 Start (ang.: Start) ...........................................................................................10 2.3.1.2 Stop (ang.: Stop) ............................................................................................10 2.3.1.3 Zadrži (ang.: Hold) ........................................................................................10 2.3.1.4 Nadaljuj (ang.: Restart)..................................................................................10 2.3.1.5 Prekini (ang.: Abort)......................................................................................10 2.3.1.6 Reset (ang.: Reset).........................................................................................11 2.3.1.7 Pavziraj (ang.: Pause) ....................................................................................11 2.3.1.8 Obnovi (ang.: Resume)..................................................................................11

2.3.2 Stanja po standardu S88 .......................................................................................11 2.3.2.1 Začetno (ang.: Idle)........................................................................................11 2.3.2.2 Obratovanje (ang.: Running) .........................................................................11 2.3.2.3 Zaključeno (ang.: Complete) .........................................................................12 2.3.2.4 Pavziranje (ang.: Pausing) .............................................................................12 2.3.2.5 Pavzirano (ang.: Paused) ...............................................................................12 2.3.2.6 Zadržanje (ang.: Holding)..............................................................................12 2.3.2.7 Zadržano (ang.: Held)....................................................................................12 2.3.2.8 Nadaljevanje (ang.: Restarting) ....................................................................12 2.3.2.9 Ustavljanje (ang.: Stopping) ..........................................................................13 2.3.2.10 Ustavljeno (ang.: Stopped) ............................................................................13 2.3.2.11 Prekinjanje (ang.: Aborting) ..........................................................................13 2.3.2.12 Prekinjeno (ang.: Aborted) ............................................................................13

2.3.3 Uvedba standarda S88 v proces............................................................................13 2.3.3.1 Uvedba standarda S88 ...................................................................................13 2.3.3.2 Primer uvedbe standarda v proces (fizični model) ........................................14

3 Realizacija funkcij ....................................................................................................17 3.1 Step7 ...........................................................................................................................17

3.1.1 SIMATIC Manager ..............................................................................................17

ii

3.1.2 Konfiguracija strojne opreme ...............................................................................18 3.1.2.1 Uporabljena strojna oprema...........................................................................20

3.1.3 Programsko orodje v SIMATIC MANEGERJU..................................................21 3.1.3.1 Organizacijski bloki (OB) .............................................................................22 3.1.3.2 Funkcijski bloki (FB) ..................................................................................23 3.1.3.3 Funkcije (FC)................................................................................................23 3.1.3.4 Podatkovni bloki (DB) ..................................................................................23 3.1.3.5 Sistemski funkcijski bloki (SFB)................................................................24 3.1.3.6 Sistemske funkcije (SFC) ..............................................................................24 3.1.3.7 Sistemski podatkovni bloki (SDB)................................................................24

3.1.4 Programiranje v STEP7........................................................................................24 3.1.4.1 Funkcijski blokovni diagram.........................................................................25 3.1.4.2 Lestvični diagram ..........................................................................................25 3.1.4.3 Strukturiran tekst ...........................................................................................26 3.1.4.4 Grafični sekvenčni diagram...........................................................................26 3.1.4.5 Višjenivojski programski jezik......................................................................27

3.2 iFix 3.5........................................................................................................................27 3.2.1 Delovno okolje iFix 3.5........................................................................................28

3.2.1.1 Intellution iFix Workspace ............................................................................28 3.2.1.2 Intellution iFix Database ...............................................................................31 3.2.1.3 Povezava med enoto CPU ter sistemom SCADA .........................................32

3.3 Programiranje (razvoj) faz na CPU enoti ...................................................................33 3.3.1 Uporabljeni ukazi v lestvičnem diagramu............................................................33 3.3.2 Uporabljeni ukazi v strukturiranem tekstu ...........................................................36 3.3.3 Vmesnik za delo s fazami (ang.: Phase Logic Interface) .....................................36

3.3.3.1 Kreiranje funkcij ter spremenljivk.................................................................38 3.3.3.2 Opis posameznih spremenljivk......................................................................40

3.3.4 Programska koda vmesnika za delo z fazami.......................................................45 3.3.4.1 Opis posameznih sklopov programa: ............................................................46

3.3.5 Programska koda faz ............................................................................................50 3.4 Uporabniški vmesnik na sistemu SCADA .................................................................50

3.4.1 Primer uporabniškega vmesnika...........................................................................52

4 Zaključek...................................................................................................................55

5 LITERATURA..........................................................................................................57

iii

Kazalo slik

Slika 1: Fizični model................................................................................................................5

Slika 2: Postopkovni model .......................................................................................................7

Slika 3: Preslikave med modeli .................................................................................................8

Slika 4: Ukazi ter stanja po standardu S88, preslikano iz [2]..................................................9

Slika 5: Zalogovnik hladne vode, preslikano iz [2] ...............................................................14

Slika 6: Določitev modula opreme, preslikano iz [2]..............................................................16

Slika 7: Simatic maneger ........................................................................................................18

Slika 8: Orodna vrstica v Simatic Manegerju ........................................................................18

Slika 9: Dostop do orodja za konfiguracijo strojne opreme...................................................19

Slika 10: Nastavitve konfiguracije ..........................................................................................19

Slika 12: Programsko orodje v okolju Step7 ..........................................................................22

Slika 13: FBD diagram ...........................................................................................................25

Slika 14: Lestvični diagram.....................................................................................................25

Slika 15: Strukturiran tekst .....................................................................................................26

Slika 16: Grafični sekvenčni diagram ....................................................................................27

Slika 17: Višjenivojski programski jezik.................................................................................27

Slika 18: Ittelution iFix workspace.........................................................................................29

Slika 19: Dinamične lastnosti objektov...................................................................................30

Slika 20: Podatkovna baza ......................................................................................................32

Slika 21: Programski paket SI7 Power Tool .........................................................................33

Slika 22: Ukaz zaokroži ...........................................................................................................33

Slika 23: Primerjava celoštevilske vrednosti ..........................................................................34

Slika 24: Ukaz prepiši..............................................................................................................34

Slika 25: Vpis vrednosti ena v spremenljivko tipa BOOL......................................................34

Slika 26: Izhodni kontakt ........................................................................................................34

Slika 27: Primerjava spremenljivk z plavajočo vejico ............................................................35

Slika 28: Delovni kontakt ........................................................................................................35

Slika 29: Mirovni kontakt........................................................................................................35

Slika 30: Resetiraj....................................................................................................................35

Slika 31: Klic posameznih faz .................................................................................................37

Slika 32: Funkcija FC1000.....................................................................................................38

Slika 33: Kreiranje nove funkcije ...........................................................................................38

iv

Slika 34: Podatkovni blok DB1000 .........................................................................................40

Slika 35: Diagram programske kode ......................................................................................45

Slika 36: Inicializacija.............................................................................................................47

Slika 37: Obdelava stanja zadržano........................................................................................48

Slika 38: Prehodi med stanji ...................................................................................................48

Slika 39: Prehod v stanje zadrževanje ....................................................................................49

Slika 40: diagram programske kode - faze .............................................................................50

Slika 41: uporabniški vmesnik na SCADA sistemu ...............................................................51

Slika 42: Visibility Exspert ......................................................................................................52

Slika 43: Uporabniški vmesnik – mešanje z mešalom............................................................53

v

Kazalo tabel

Tabela 1: Spremenljivke faze ..................................................................................................39

Tabela 2: Vrednost spremenljivke Status ...............................................................................42

Tabela 3: Ukazi kodirani s spremenljivko Ukaz.....................................................................43

Tabela 4: Vrednost spremenljivke Številka koraka ................................................................43

1

1 Uvod

Leta 1995 je ISA (Instrument Society of America [18]) predstavila standard S88.01 (SIST EN

61512-1:2001), skrajšano S88 ali paketni protokol (ang.: batch protocol) [1]. Standard je razvit za

vodenje industrijskih procesov v procesni avtomatiki. Industrijski proces je po standardu definiran

kot »Zaporedje kemičnih, fizikalnih ali bioloških aktivnosti, pri katerih se pretvarjajo,

transponirajo ali shranjujejo materiali ali energija« [2]. V procesni avtomatiki se uporablja

raznolik nabor strojne in programske opreme od enostavnih senzorjev, aktuatorjev in

programirljivih krmilnikov do informacijskih sistemov, ki upravljajo podatkovno bazo ter izvajajo

različne poslovne funkcije.

Standard S88 povezuje programsko in strojno opremo v procesne postopke. Ločimo fizični model

ter proceduralni model (sekcija 2.2). Prvi korak izvedbe zahtevanega projekta v procesni

avtomatiki je realizacija tehnoloških zahtev. Zahteve so navadno zapisane v dokumentu FDS –

funkcionalna specifikacija (ang.: Functional design specification). Če želimo procesni sistem

realizirati po standardu S88, morajo pri izvedbi sodelovati strokovnjaki različnih področij,

običajno inženirji avtomatizacije ter procesni inženirji.

V procesni avtomatizaciji je pomembna proizvodnja različnih izdelkov v sprejemljivem času.

Uporaba standarda prinaša mnoge prednosti zaradi prilagodljivosti sistema (posledično

prihranimo denar), preprostega spreminjanja vhodno/izhodnih parametrov, itd. (povzeto po: [2] in

[3]).

2

1.1 Tema diplomskega dela

Podjetje Sinabit, d.o.o. je v letu 2006 razvilo program @Batch, ki je programska rešitev,

namenjena avtomatiziranemu vodenju procesne proizvodnje. Zasnovana je v skladu z

mednarodnim standardom za šaržne procese ISA S88-01 in omogoča elektronsko vodenje in

razpisovanje receptur. Programska rešitev @BATCH podpira elektronski in digitalni podpis

(Elektronski podpis pomeni kakršnekoli oznake, narejene z elektronskimi mediji, z namenom,

da označijo nek dokument ali datoteko. Digitalni podpis pa je elektronski podpis, narejen z

uporabo kriptografije.). Podjetju omogoča elektronski način dokumentiranja proizvodnih

operacij, arhiv, zgodovino in popolno sledljivost. @Batch je integralni del sistema vodenja in

proizvodnje in se lahko povezuje z vsemi drugimi informacijskimi sistemi v podjetju [5].

Tema diplomskega dela je razvoj določenega dela programske opreme, ki se izvaja na

krmilniškem nivoju, konkretno na krmilniku Siemens S7 CPU300 [19]. Program @Batch

preko OPC–ja (mednarodni standard za komunikacijo [20]) komunicira s krmilnikom,

nadzoruje proces, izdeluje poročila, krmilnik pa vodi proces in upravlja z senzorji ter

aktivatorji. Izdelana programska oprema na krmilniku bo služila za izvedbo projektov v

procesni avtomatiki po smernicah standarda S88. S tem bomo dosegli hitro in učinkovito

implementacijo sistema @Batch v procesno avtomatiko, saj bodo funkcije univerzalne.

3

2 Opis standarda S88

Standard S88, imenovan tudi batch protokol, je zelo razširjen in uporabljen v procesni

avtomatiki. Postavlja temelje in izhodišča za programsko in strojno opremo na določenem

procesu. Standard S88 podaja definicijo fizičnega modela ter definicijo (določitev) postopkov

in receptov (ang.: recipe). Prvi korak realizacije projekta v procesni avtomatiki je določitev

(definicija) zahtev, ki so potrebne za implementacijo določenega procesa.

Zahteve so tipično zapisane v funkcionalni specifikaciji (ang.: Functional design specification

– FDS). Za uspešno izvedbo projekta v procesni avtomatiki je napisana in potrjena

funkcionalna specifkacija, v kateri so zapisane zahteve avtomatizacije. To je nujen dokument,

ki je izdelan, preden se začne s programiranjem logičnega krmilja. Zahteve morajo biti

podane tudi, če nimamo podane funkcijske specifikacije in želimo rešiti zastavljen problem v

avtomatizaciji. Zahteve, ki so zapisane v FDS, so običajno izpeljene iz tehnoloških zahtev.

Procesni inženirji, ki določijo tehnologijo izvajanja na procesu, tehnološke parametre

(temperature v reaktorjih, kemijske reakcije, regulacije tlakov itd.), podajo zahteve inženirjem

avtomatike. Procesni inženirji tipično niso specializirani za uporabo standarda S88, zato je

zelo pomembno sodelovanje z inženirji avtomatike, da skupaj zgradijo koncept, ki deluje po

standardu. Nadalje je zelo pomembna proizvodnja različnih izdelkov v spremenljivem času,

kar nam standard tudi omogoča.

Uporaba standarda pomeni mnoge prednosti, kot so [5]:

• enostavno in hitro prilagajanje posebnostim posameznih proizvodnih procesov,

• prihranek časa in denarja, ker je batch prilagodljiv,

• preprosto spreminjanje proizvodnih receptur,

• preprosto upravljanje procesne proizvodnje,

• ponovljivost proizvodnjih procesov,

• popolna sledljivost in

• optimizacija proizvodnje.

4

Funkcionalna specifikacija, v nadaljevanju FS, definira, kaj oziroma kako procesni sistem

deluje. FS je osnovana na uporabniških zahtevah. Za razvijalce programske opreme je

funkcionalna specifikacija osnova za realizacijo projekta; definira, kaj sistem počne oziroma

kako deluje, ne pa na kakšen način. FS pogosto postane pogodbeni dokument, ki definira

področje realizacije projekta (kaj moramo realizirati). Dokumenti, dodani kot priloga, oziroma

že sama funkcionalna specifikacija vsebuje opis procesa, diagram razporejenih elementov,

seznam potrebnih inštrumentov (merilnikov) in ostale proizvodnje resorje. Rezultat slabo

definirane ali nepopolne funkcionalne specifikacije, povzroči ogromno število nepotrebnih ur

dela in potencialno vodi v nestabilno ter nevarno izvedbo projekta s stališča ekonomske ter

fizične varnosti.

Standard S88 je bil sprejet leta 1995 in predpisuje modele ter terminologijo, ki jo inžinir

uporablja pri specifikaciji zahtev v modularni obliki. V nadaljevanju predstavljamo module

standarda S88 in njegovo terminologijo.

2.1 Modeli in terminologija standarda S88

Standard podaja dve razdelitvi, fizični ter postopkovni model, ki sta opisana v nadaljevanju.

2.1.1 Fizični model

Fizični model opisuje dejansko opremo in je oblikovan hierarhično. Vsak nivo vsebuje enega

ali več elementov nižjega nivoja (slika 1).

5

Slika 1: Fizični model

2.1.1.1 Podjetje (ang.: Enterprise):

sestavljeno je iz ene ali več podružnic podjetja. Lahko vsebuje podružnice, obrate,

procesne celice, enote, module opreme in module vodenja. Določa, kateri izdelki se

proizvajajo in v kateri podružnici podjetja ter v splošnem tudi, kako se bodo

proizvajali.

2.1.1.2 Podružnica (ang.: Site)

je fizična, geografska ali logična razvrstitev, določena s strani podjetja. Lahko

vsebuje obrate, procesne celice, enote, module opreme in module vodenja.

2.1.1.3 Obrat (ang.: Area)

je fizična, geografska ali logična razvrstitev, določena s strani sedeža podjetja.

Vsebuje lahko procesne celice, enote, module opreme in module vodenja.

6

2.1.1.4 Procesna celica (ang.: Proces cell)

vsebuje celotno opremo, ki je potrebna za izdelavo ene ali več šarž. Sestavljena je iz

enot, modulov opreme in modulov vodenja. Procesne celice lahko glede na število

produktov klasificiramo na eno produktne ali več produktne. Pri enoproduktnih

celicah se v vsaki šarži proizvaja isti produkt, možne so le variacije postopkov in

procesnih parametrov. V več produktnih celicah se proizvajajo različni produkti na

več načinov – z različnimi vhodnimi materiali in parametri ali z različnimi postopki.

2.1.1.5 Enota (ang.: Unit)

je sestavljena iz modulov opreme in modulov vodenja, ki skrbijo za izvajanje ene ali

več samostojnih procesnih aktivnosti, kot so reakcija, kristalizacija, priprava

raztopine, filtriranje, ... Enota lahko deluje na največ eni šarži hkrati.

2.1.1.6 Moduli opreme (ang.: Equipment moduls)

so funkcionalne skupine naprav, ki opravljajo manjše procesne aktivnosti, kot se

mešanje, tehtanje, ... Moduli opreme lahko vsebujejo module vodenja in druge

module opreme. Lahko so deli enote ali samostojne skupine naprav znotraj procesne

celice.

2.1.1.7 Modul vodenja (ang.: Control modul)

izvaja manipulacijo z regulacijskimi napravami, drugimi osnovnimi napravami, kot

so regulatorji, senzorji, aktivatorji, ventili, črpalke, ter ostalimi moduli vodenja, ki v

smislu procesnega vodenja nastopajo kot en objekt.

Prvi trije nivoji fizičnega modela (Podjetje, Podružnica, Obrat) so običajno definirani

v poslovnih sistemih

7

2.1.2 Postopkovni model

Postopkovni model določa, na kakšen način pridemo z uporabo elementov fizičnega nivoja do

produkta. Vsebuje elemente, ki vodijo in usmerjajo izvajanje procesno usmerjenih akcij v

urejenem vrstnem redu (Slika 2).

Slika 2: Postopkovni model

2.1.2.1 Posopek (ang.: Procedure)

je najvišji nivo v hierarhiji postopkovnega modela in določa strategijo za izvedbo

pomembnih procesnih aktivnosti znotraj procesne celice. Sestavlja urejeno zaporedje

enega ali več postopkov enote.

2.1.2.2 Postopek enote (ang.: Unit procedure)

je sestavljen iz urejene množice zaporednih operacij znotraj ene enote. Hkrati se sme

izvajati več postopkov, vendar v različnih enotah. Postopek enote sestoji iz ene ali

več operacij.

2.1.2.3 Operacija (ang.: Operation)

je algoritem, potreben za zagon, organizacijo in nadzor posameznih faz. Operacija

običajno pripelje do spremembe fizičnega ali kemičnega stanja obdelovanega

materiala in se mora izvesti v celoti v isti enoti. Sestavljena je iz posameznih faz.

8

2.1.2.4 Faza (ang.: Phase)

predstavlja najnižji nivo v postopkovnem modelu in je najmanjši element, ki lahko

izvrši procesno orientirano aktivnost (mešanje, temperiranje, polnjenje, ...). Fazo

sestavljajo posamezni koraki, ki izvajajo procesno orientirane akcije s pošiljanjem

ukazov osnovnemu vodenju, ki je vsebovan v fizičnem modelu. Faza lahko pošilja

ukaze tudi elementom postopkovnega modela, na primer drugi fazi. Faze pri uporabi

sistema vodenja sestavljamo v hierarhično višje elemente postopkovnega modela.

2.2 Povezave med modeli

Postopek, realiziran na določeni opremi, rezultira v proces. Od tod izhajajo preiskave med

modeli, ki so hierarhično organizirani. Izvajanje faze (faza je element postopkovnega modela)

na ustreznem modelu opreme daje procesno funkcionalnost za izvedbo procense akcije

(entiteta procesnega modela). Elementi postopkovnega modela pošiljajo ukaze osnovnemu

vodenju (vsebovano v entitetah fizičnega modela). Na sliki 3 so prikazane preslikave med

postopkovnim modelom in spodnjimi štirimi sloji fizičnega modela.

Postopek

Postopek enote

Operacija

Faza

Postopkovni model

Faza

Procesna celica

Enota

Enota

Modul vodenja

Modul opreme

Fizični model (prvi spodnji štirje nivoji)

Slika 3: Preslikave med modeli

9

2.3 Ukazi ter stanja po standardu S88

Standard za elemente postopkovnega modela priporoča nabor ukazov ter stanj, predstavljenih

na sliki 4. Vsak element se lahko nahaja v enem izmed desetih stanj. Stanja elementov

postopkovnega modela se delijo na končna stanja (ang.: final states), mirujoča stanja (ang.:

quiescent states) in prehodna stanja (ang.: transient states). Ob zaključku predhodnega stanja

se samodejno izvedejo prehodi v končna stanja. Iz končnega stanja pridemo v začetno stanje

eksplicitno z ukazom reset. Postopkovni model se lahko v končnem stanju nahaja poljubno

dolgo.

PREKINJENO

USTAVLJENO

ZAČETNO

PREKINJANJE

ZADRŽANJEReset

Prekini

PrekiniPrekini

Prekini

Stop

Prekini

StopUSTAVLJANJEOBRATOVENJE

Reset

Reset

KONČANO

ZADRŽANO NADALJEVANJE

Stop

Slika 4: Ukazi ter stanja po standardu S88, preslikano iz [2]

10

2.3.1 Ukazi po standardu S88

Po standardu je definiranih osem ukazov: start, stop, nadaljuj, pavziraj, zadrži, prekini,

resetiraj ter obnovi.

2.3.1.1 Start (ang.: Start)

Ukaz start postopkovnemu elementu omogoča začetek izvajanja algoritma stanja

Obratovanje. Postopkovni element mora biti v stanju začetno, če želimo uporabiti

ukaz start.

2.3.1.2 Stop (ang.: Stop)

Ukaz stop postopkovnemu elementu omogoča začetek izvajanja algoritma stanja

Ustavljanje. Postopkovni element mora biti v stanju obratovanje, pavziranje,

pavzirano, zadržanje, zadržano ali nadaljevanje, če želimo uporabiti ukaz stop.

2.3.1.3 Zadrži (ang.: Hold)

Ukaz zadrži postopkovnemu elementu omogoča začetek izvajanja algoritma stanja

Zadržanje. Postopkovni element mora biti v stanju obratovanje, pavziranje, pavzirano,

ali nadaljevanje, če želimo uporabiti ukaz zadrži.

2.3.1.4 Nadaljuj (ang.: Restart)

Ukaz nadaljuj postopkovnemu elementu omogoča začetek izvajanja algoritma stanja

Nadaljevanje za varno vrnitev v stanje obratovanje. Postopkovni element mora biti v

stanju zadržano, če želimo uporabiti ukaz nadaljuj.

2.3.1.5 Prekini (ang.: Abort)

Ukaz prekini postopkovnemu elementu omogoča začetek izvajanja algoritma stanja

Prekinjanje. Postopkovni element je lahko v vseh stanjih razen v stanju začetno,

zaključeno, prekinjanje ali prekinjeno, če želimo uporabiti ukaz prekini.

11

2.3.1.6 Reset (ang.: Reset)

Ukaz reset postopkovnemu elementu omogoča prehod v stanje Začetno. Postopkovni

element mora biti v stanju zaključeno, prekinjeno ali ustavljeno,če želimo uporabiti

ukaz reset.

2.3.1.7 Pavziraj (ang.: Pause)

Ukaz pavziraj postopkovnemu elementu omogoča prehod v stanje Pavziranje v

naslednji predprogramirani točki znotraj algoritma staja Obratovanje. Postopkovni

element mora biti v stanju obratovanje, če želimo uporabiti ukaz pavziraj.

2.3.1.8 Obnovi (ang.: Resume)

Ukaz obnovi postopkovnemu elementu omogoča obnovitev izvrševanja – vrnitev v

stanje obratovanje. Postopkovni element mora biti v stanju Pavziranje, če želimo

uporabiti ukaz obnovi.

2.3.2 Stanja po standardu S88

Po standardu je defeniranih dvanajst stanj, ki so opisana v nadaljevanju (povzeto po [1], [2],

[3], [4]).

2.3.2.1 Začetno (ang.: Idle)

Postopkovni element v stanju začetno čaka na ukaz start, le ta pa povzroči prehod v

stanje obratovanje.

2.3.2.2 Obratovanje (ang.: Running)

Stanje normalnega delovanja.

12

2.3.2.3 Zaključeno (ang.: Complete)

Postopkovni element preide v stanje zaključeno po normalnem zaključku stanja

obratovanje in čaka na ukaz reset, ki bo povzročil prehod v stanje začetno.

2.3.2.4 Pavziranje (ang.: Pausing)

Stanje, v katerega bo v naslednji predprogramirani točki znotraj algoritma

obratovanje prešel postopkovni element po danem ukazu pavziraj.

2.3.2.5 Pavzirano (ang.: Paused)

Stanje, v katerega preide postopkovni element samodejno po zaključku izvajanja

algoritma stanja pavziranje.

2.3.2.6 Zadržanje (ang.: Holding)

Stanje, v katerega preide postopkovni element po danem ukazu zadrži. Algoritem

stanja postavi postopkovne elemente in entitete opreme v varna reverzibilna stanja.

2.3.2.7 Zadržano (ang.: Held)


algoritma stanja zadržanje. Stanje je reverzibilno, v njem pa postopkovni element

čaka na nov ukaz.

2.3.2.8 Nadaljevanje (ang.: Restarting)

Stanje, v katerega preide postopkovni element iz stanja zadržano ob danem ukazu

nadaljuj. Algoritem stanja zagotovi pravilno vrnitev postopkovnega elementa v

stanje obratovanje. Po zaključku algoritma postopkovni element samodejno preide v

stanje obratovanje.

13

2.3.2.9 Ustavljanje (ang.: Stopping)

Stanje, v katerega preide postopkovni element po ukazu stop. Algoritem stanja

zagotavlja nadzorovano zaustavitev.

2.3.2.10 Ustavljeno (ang.: Stopped)


algoritma stanja ustavljanje. V tem stanju postopkovni element čaka na ukaz reset, ki

povzroči prehod v stanje začetno.

2.3.2.11 Prekinjanje (ang.: Aborting)

Stanje, v katerega preide postopkovni element po ukazu prekini. Algoritem stanja

prekinjanje zagotavlja hitro, ne pa tudi nujno nadzorovano zaustavitev, ko regulirane

sekvence ustavljanja ni mogoče izvesti.

2.3.2.12 Prekinjeno (ang.: Aborted)


algoritma stanja prekinjanje. V tem stanju postopkovni element čaka na ukaz reset,

ki povzroči prehod v stanje začetno.

2.3.3 Uvedba standarda S88 v proces

Za uvedbo standarda S88 v proces, je potrebno vključiti zahteve procesne avtomatike v

terminologijo modelov standarda. Potrebno je definirati fizični ter postopkovni model.

2.3.3.1 Uvedba standarda S88

Modela definiramo s pomočjo diagrama, kjer je prikazana inštalacija cevovodov,

merilnih inštrumentov, aktuatorjev ter uporabniških zahtev samega procesa.

Implementacija standarda poteka na naslednji način [2]:

14

• definiramo meje med posameznimi moduli,

• osredotočimo se na same module ter preverimo, če ti ki smo jih definirali,

vsebujejo ustrezno opremo za izvedbo predvidene funkcije na modulu,

• preverimo, v kakšni povezavi je modul z ostalimi in ali pripada enoti ali celo

večim enotam,

• definiramo katere informacije se morajo podajati med posameznimi moduli,

• organiziramo module v hierarhijo, ki definira odvisnost med posameznimi

moduli.

2.3.3.2 Primer uvedbe standarda v proces (fizični model)

Uvedba standarda je prikazana na primeru, prikazanem na sliki 5, ki zagotavlja

zalogo hladne vode.

Slika 5: Zalogovnik hladne vode, preslikano iz [2]

15

2.3.3.2.1 Določitev meje med posameznimi enotami

V našem primeru celotna oprema pripada eni enoti. Meja je označena z modrim

okvirjem. Enota zagotavlja hladno vodo, katero lahko uporabljamo v drugih enotah

tovarne.

2.3.3.2.2 Določitev modulov vodenja

Priporočeno je, da module vodenja definiramo pred modulom opreme. V našem

primeru so moduli vodenja vsi posamezni ventili, mešalo, črpalka za mešanje ter

analogni indikatorji. Na sliki so moduli vodenja označeni z zeleno elipso.

2.3.3.2.3 Določitev modula opreme

Module opreme razdelimo na sledeče nivoje (Slika 6):

• modul polnjenja: vsebuje dva ventila, ventil za doziranje vode ter ventil za čiščenje

cevovodov ter zalogovnika. Ventila morata biti med seboj blokirana,

• modul regulacije tlaka: vsebuje ventil za dotok zraka, ventil za odduhe, merilnik

tlaka ter filter zraka,

• modul izpusta: vsebuje ventile za kroženje medija, črpalko za kroženje medija ter

izpustni ventil,

• modul regulacije temperature: vsebuje regulacijski ventil za odtok hladne vode iz

plašča zalogovnika, indikator temperature ter merilni pretvornik temperature.

16

Slika 6: Določitev modula opreme, preslikano iz [2]

17

3 Realizacija funkcij

Za realizacijo funkcij potrebujemo krmilno enoto, ki izvaja logični program po standardu S88

ter povezavo med krmilno enoto ter uporabnikom (ang.: Human machine interface – HMI).

Pri izvedbi funkcije za delo z fazami po standadu S88 je uporabljena sledeča programska

oprema:

• Step 7,

• iFix 3.5. [17]

Programski paket Step 7 (opisan v poglavju 3.1) je orodje za programiranje ter konfiguriranje

centralne procesne enote CPU (ang.: central processing unit; CPU) enot SIEMENS družine

S300/400. Povezava med enoto CPU ter uporabnikom je realizirana s programskim paketom

iFix3.5, proizvajalca Ge Fanuck (opisano v poglavju 3.2).

3.1 Step7

Programski paket Step7 vsebuje sledeče osnovne komponente [6]:

• Simatic manager – oblikovanje projekta kot celote,

• Hardware configuration – konfiguracija strojne opreme,

• Program editor – programiranje funkcij,

• Symbol editor – opis globalnih spremenljivk,

• Net Pro – nastavitve komunikacij.

3.1.1 SIMATIC Manager

SIMATIC Maneger (slika 7) je osnova programskega paketa STEP 7. Programsko orodje nam

iz večih aplikacij zbere podatke, ki so potrebni za oblikovanje projekta na krmilni enoti. Od

tu dostopamo do posameznih komponent, ki so namenjene programiranju, parametriranju in

povezovanju, kot so »Hardware configuration«, »Program editor«, ...

18

Slika 7: Simatic maneger

Na sliki 8 je prikazana orodna vrstica SIMATIC Manegerja z razlago zavihkov.

Slika 8: Orodna vrstica v Simatic Manegerju

3.1.2 Konfiguracija strojne opreme

V orodju »Hardware Configuration« določimo strojno opremo krmilnika. Orodje aktiviramo s

klikom na gumb »hardware«, prikazanim na sliki 9. Najprej je potrebno izbrati vodilo za V/I

module nato se dodajo ustrezni vhodno/izhodi ter komunikacijski moduli. Na tem mestu se

ime projekta

družina krmilnikov

enota CPU

komunikacijski vmesnik (Etherneth)

19

nastavijo tudi parametri posameznih modulov, kot so etherneth naslov krmilnika (če imamo

etherneth komunikacijo), nastavitve krmilne enote itd.

Slika 9: Dostop do orodja za konfiguracijo strojne opreme

Na sliki 10 so prikazane nastavitve strojne opreme za realizacijo funkcij po standardu S88. Na

desni strani poiščemo tip krmilne enote ter pripadajočo komunikacijsko kartico. Na levi strani

se nahaja naša konfiguracija, ki jo gradimo. Od tod tudi dostopamo do raznih parametrov

posameznih modulov.

Slika 10: Nastavitve konfiguracije

Moduli za izdelavo konfiguracija

Sestavljena konfiguracija

20

3.1.2.1 Uporabljena strojna oprema

Pri razvoju funkcij (faze po standardu S88) je uporabljena sledeča strojna oprema:

• napajalnik SIEMENS PS 307 10A,

• centralno procesna enota SIEMENS CPU 315-2 DP,

• profilna letev – vodilo za V/I module,

• komunikacijski Etherneth modul SIEMENS CP343-1

S pomočjo centralne procesne enote CPU 315-2 DP se realizirajo različna programska

opravila, ki zajemajo enostavne operacije, kot so zajemanje podatkov iz merilnih senzorjev do

realizacije kompleksih regulacijskih sistemov. Na vodilo za V/I module lahko priklopimo

različne module za zajemanje podatkov iz merilnih senzorjev, module za oddajanje podatkov

(digidalni/analogni moduli), komunikacijske module itd.

Osnovne karakteristike uporabljene enote CPU 315-2 DP so:

• 128 kB RAM pomnilnika,

• razširljiv zunanji pomnilnik za MMC pomnilniške kartice,

• čas obdelave ukaza je 0,1 µs,

• Profibus-DP in MPI vmesnik,

• do 32768 digitalnih kanalov za vhode ali izhode,

• do 2048 analognih kanalov za vhode ali izhode.

Na sliki 11 je prikazana čelna stran procesorja CPU 315-2 DP. Na CPU enoti se nahaja

preklopno stikalo za določitev režima delovanja. Na voljo imamo tri režime:

• M-RES: reset pomnilniške kartice (ang.: memory reset),

• STOP: ustavitev izvajanja programske kode,

• RUN: normalno delovanje CPU enote (izvajanje programske kode).

LED diode nam prikazujejo status in napake CPU enote (obratovanje, stop, skupna napaka,

napaka na bateriji, napajanje, forsiranje vhodov ali izhodov preko testne funkcije). Na enoti se

nahajata dva komunikacijska vmesnika: MPI - večtočkovni vmesnik (ang.: multi point

21

interface) za priklop prosto programabilne naprave ter profibus vmesnik za povezovanje enote

CPU z zunanjimi napravami, kot so frekvenčniki, dajalniki položaja, tehtnice, itd.

Pomnilniška kartica MMC (ang.: micro memory card) se vstavi v režo, ki se nahaja na čelni

strani procesorja.

Slika 11: CPU 315-2 DP

V enoti CPU se izvaja uporabniški program. Le-ta se prenese v CPU iz računalnika, kjer je

aplikacija prevedena v krmilniku razumljiv jezik. Program se naloži v pomnilnik RAM, vsi

podatkovni bloki pa se lahko prenesejo tudi na MMC pomnilniško kartico. Če pride do izpada

napajanja, prenese krmilnik vse podatke, ki so se mu pri tem izbrisali, iz pomnilniške kartice

MMC v RAM. (povzeto po [11])

3.1.3 Programsko orodje v SIMATIC MANEGERJU

Slika 12 prikazuje programsko orodje v okolju STEP7, ki je razdeljeno na tri dele:

• viri (ang.: Sources): vsebuje izvorne datoteke,

• bloki (ang.: Blocks): vsebuje organizacijske bloke, funkcijske bloke, funkcije (opisano

v nadaljevanju),

• tabela z simboli (ang.: Symbols): tabela za opis vhodno izhodnih spremenljivk, imena

funkcij, imena blokov, itd.

22

Slika 12: Programsko orodje v okolju Step7

Uporabniški program je razdeljen na bloke, ki so samostojni deli programa. Ločimo sedem

tipov blokov, ki se med seboj razlikujejo po svoji prioriteti, funkciji ter nalogi. Tipi blokov:

• organizacijski bloki (ang.: Organization Blocks - OB),

• funkcijski bloki (ang.: Function Blocks - FB),

• funkcije (ang.: Functions - FC),

• podatkovni bloki (ang.: Data Blocks - DB),

• sistemski funkcijski bloki (Sinstem Functions Blocks – SFC),

• sistemske funkcije (Sistem Functions – SFC),

• sistemski podatkovni bloki (Sistem Data Blocks - SDB).

3.1.3.1 Organizacijski bloki (OB)

Organizacijski bloki se izvajajo na enoti CPU ciklično (določitev v strojni konfiguraciji) in

imajo določeno prioriteto po stopnjah. V našem primeru uporabljamo OB1 (organizacijski

blok 1) iz katerega se kličejo podfunkcije sistema. OB1 je edini organizacijski blok, ki se

izvaja ciklično. Zato je programska koda, ki se mora izvajati ciklično, zapisana v OB1. Ostali

bloki se izvajajo prekinitveno (napake na vodilu, napake na vhodno/izhodnih modulih,

izvajanje na 100 ms, itd.).

23

3.1.3.2 Funkcijski bloki (FB)

Funkcijski bloki vsebujejo tehnološke funkcije. Imajo rezerviran del pomnilnika za

shranjevanje lokalnih spremenljivk, do katerih lahko dostopamo neposredno. Vsakemu

funkcijskemu bloku pripada svoj podatkovni blok (lokalne spremenljivke so shranjene v

podatkovnem bloku). Primerni so za programiranje obširnih funkcij, ki so pogosto

uporabljene.

3.1.3.3 Funkcije (FC)

Funkcije se od funkcijskih blokov razlikujejo po tem, da nimajo pomnjenja lokalnih

spremenljivk ter s tem nimajo pripadajočega podatkovnega bloka. Funkcije so primerne za

programiranje pogosto uporabljenih funkcij, ki ne potrebujejo shranjevanja podatkov lokalnih

spremenljivk.

3.1.3.4 Podatkovni bloki (DB)

Podatkovni bloki so namenjeni shranjevanju podatkov. Podatki, shranjeni v podatkovni blok,

so na voljo vsem delom programa. Omogočajo tudi strukturno shranjevanje podatkov. Na

voljo imamo različne formate hranjenja podatkov. Navedimo najbolj pogosto uporabljene:

• BOOL: logična spremenljivka ki ima lahko vrednost 0 ali 1. Dolžina spremenljivke je

1 bit,

• BYTE: šestnajstiško število, dolžine osmih bitov,

• WORD: šestnajstiško število, dolžine šestnajstih bitov,

• DWORD: šestnajstiško število, dolžine dvaintrideset bitov,

• INT: predznačeno celo število, dolžine 16 bitov,

• DINT: predznačeno celo število, dolžine 32 bitov,

• REAL: število s plavajočo vejico (decimalno število), dolžine 21 bitov

• STRING: alfanumerični znak, poljubne dolžine.

24

3.1.3.5 Sistemski funkcijski bloki (SFB)

Sistemski funkcijski bloki so že integrirani v operacijskem sisemu enote CPU in so tako na

voljo za uporabo. Podobno kot pri funkcijskih blokih, imajo tudi SFB bloki pripadajoči

podatkovni blok.

3.1.3.6 Sistemske funkcije (SFC)

Razlika v sistemskih funkcijah ter sistemskih funkcijskih blokih je v tem, da sistemske

funkcije nimajo pripadajočih podatkovnih blokov. Funkcije so že integrirane v operacijski

sistem, zato jih uporabnik lahko le uporablja, ne mora pa jih spreminjati.

3.1.3.7 Sistemski podatkovni bloki (SDB)

Sistemski podatkovni bloki vsebujejo podatke za nastavitev sistema. Bloke enota CPU

generira sama (podatki o stojni opremi, nastavitve komunikacij, itd) [7].

3.1.4 Programiranje v STEP7

V programskem jeziku STEP 7 programiramo z več različnimi metodami. Metode so opisane

v standardu IEC 1131-3 in so značilne za programiranje pomnilniških programirljivih krmilij.

Programski jezik omogoča:

• funkcijski blokovni diagram (ang.: function block diagram - FBD),

• lestvični diagram (ang.: ladder diagram - LAD),

• strukturiran tekst (ang.: statement list languge - STL),

• grafični sekvenčni diagram (ang.: graphics diagram - GRAPH),

• višjenivojski programski jezik (ang.: structured control language).

25

3.1.4.1 Funkcijski blokovni diagram

Ukaze v FBD programskem jeziku vnašamo z grafično metodo. Na sliki 13 je prikazan

preprost primer programiranja v FBD diagramu. Spremenljivka M2.2 ima vrednost ena, če je

katerakoli iz med spremenljivk M1.1 ali M1.2 ali M1.3 enaka ena.

Slika 13: FBD diagram

Uporabljamo bloke, znane iz Boolove algebre. Programski jezik je uporaben za kompleksne

funkcije, ni pa primeren za programiranje zahtevnejših računalniških operacij. Enostavno je

tudi opazovanje dejanskega delovanja programa na krmilniku, saj lahko v programu

neposredno opazujemo stanja spremenljivk [12].

3.1.4.2 Lestvični diagram

Na sliki 14 je prikazan lestvični diagram in preprosta funkcija iz poglavja 3.1.4.1. Lestvični

diagam prav tako predstavlja grafično programiranje, kjer pa simboli izhajajo iz kontaktne

logike [14].

Slika 14: Lestvični diagram

26

3.1.4.3 Strukturiran tekst

Na sliki 15 je prikazan strukturiran tekst (ang.: Statement list programming language) in

preprosta funkcija iz poglavja 3.1.4.1. V STL vnašamo ukaze v tekstovni obliki. STL je

sestavljen iz zaporedja ukazov za izvajanje in je podoben strojnemu jeziku.

Vsak ukaz ustreza koraku procesorja skozi program. Prednost je v hitrem izvajanju programa,

ker sta optimizirana čas obdelave podatkov ter lokacija pomnilnika. V samem urejevalniku

nam je delo še dodatno olajšano, saj lahko uporabljamo simbolično opisovanje, možne pa so

tudi funkcije za iskanje ter sprotno preverjanje pravilnosti vnosa. Urejevalnik omogoča

shranjevanje večkrat uporabljenih programskih delov v standardno programsko knjižnico, s

čimer se omogoči njihova kasnejša ponovna uporaba. Vsak ukaz je sestavljen iz operacije in

operanda. Operand se dalje deli na označbo operanda in parameter. Dodatno je možno pred

ukazom vpisati oznako, ki se uporabi pri skokih. V urejevalniku je možno tudi vpisovanje

komentarjev za lažje razumevanje programa [9].

Slika 15: Strukturiran tekst

3.1.4.4 Grafični sekvenčni diagram

Na sliki 16 je prikazan grafični sekvenčni diagram. Metoda programiranja je primerna za

koračno izvajanje postopkov. Pred vsakim stanjem se nahajajo pogoji za prehod med stanji. V

našem primer je pogoj za prehod med stanjem 1 ter stanjem 2 logično stanje ena spremenlivke

M1.1 [15].

27

Slika 16: Grafični sekvenčni diagram

3.1.4.5 Višjenivojski programski jezik

Višjenivojski programski jezik bazira na programskem jeziku Pascal in je primeren za

programiranje kompleksnih algoritmov, procesiranje velike količine podatkov ter izvajanje

zahtevnejših matematičnih izrazov. Na sliki 17 je prikazan preprost primer iz poglavja 3.1.4.1

[16].

Slika 17: Višjenivojski programski jezik

3.2 iFix 3.5

Za nadzor krmilne enote potrebujemo programski paket, imenovan sistem za nadzor

proizvodnjih procesov (ang.: Supervisory control and data acquistion - SCADA). Osnovne

funkcije SCADA sistem so poleg krmiljenja proizvodnje tudi arhiviranje podatkov ter

28

prikazovanje alarmnih sporočil. Na voljo imamo množico programskih orodij za razvoj

SCADA sistemov, v diplomski nalogi pa smo izbrali programski paket iFix 3.5, proizvajalca

Ge Fanuck [17].

iFIX je programsko orodje z vsemi funkcijami za nadzor in vodenje procesov (SCADA).

Uporabnikom omogoča natančno spremljanje in nadzor vseh operacij v proizvodnjem

procesu. Prednosti programskega orodja iFIX se odražajo v njegovi odprtosti, povezljivosti,

robustnosti in enostavni uporabi. Razširjena možnost sledenja dogodkov in elektronski podpis

potrjujeta uporabnost programskega orodja iFix tudi v regulirani (farmacevtski in

prehrambeni) industriji. Programsko orodje iFix se uporablja v vseh industrijskih panogah,

kar dokazuje tudi njegova razširjena uporaba po celem svetu [17].

3.2.1 Delovno okolje iFix 3.5

Najbolj pomembna orodja programskega paketa iFix 3.5 sta Intellution iFix workspace

(delovno okolje) ter podatkovna baza, imenovana Intellution iFix database.

3.2.1.1 Intellution iFix Workspace

Osnovno orodje programskega paketa iFix 3.5 za razvoj SCADA sistema je okolje Intellution

iFix Workspace, prikazan na sliki 18. Na voljo imamo grafično orodje za izdelavo slik

nadzonega sistema, v ozadju pa deluje program, katerega osnova je programsko orodje VBA

(Visual Basic for Applications). Osnovna funkcija VBA programskega jezika v SCADA

sistemih je oblikovanje dodatnih funkcij, izvajanje akcij v skladu z zahtevami FS. Tako

objekti dobijo funkcionalne in dinamične lastnosti (prikazovanje meritev, akcije ob kliku na

gumb, itd.), pri čemer so nam v pomoč uporabniški vmesiki.

29

Slika 18: Intelution iFix workspace

Za izdelavo slik uporabljamo orodno vrstico Toolbar, na kateri se nahajajo orodja za risanje

raznovrstnih objektov (štirikotnik, elipsa, črta, itd.), lahko pa uvozimo slike tipa bitmap tudi iz

drugih grafičnih orodij . V orodni vrstici se nahajajo tudi objekti za prikazovanje vrednosti iz

podakovne baze (opisano v poglavju 3.3.1.2), prikazovanje časa ter datuma, prikazovanje

grafov, itd.

Objekti, ki jih kreiramo, imajo določene lastnosti, kot so: ime objekta, barve, pisave, pozicija

kjer se nahaja, velikost, dinamično spreminjanje lastnosti glede na spremenljivke v

podatkovni bazi, itd.

Ob dvojnem kliku na objekt se nam prikaže uporabniški vmesnik Basic animation dialog, s

pomočjo katerega objektu določimo dinamične in funkcionalne lastnosti, kar je prikazano na

sliki 19. Na uporabniškem vmesniku lahko nastavimo spreminjanje barve ob različnih

vrednostih spremenljivke, spreminjanje pozicije (vertikalno in/ali horizontalno), objektu lahko

določimo, da je za določeno vrednost spremenljivke viden, za določeno vrednost pa ne (ang.:

Visible). Objektu lahko določimo tudi razne akcije ob kliku na objekt, kot so

orodna vrstica Toolbar

30

odpirane/zapiranje določene slike na SCADA sistemu, zapisovanje vrednosti v spremenljivke,

klic določene programske kode, sprogramirane v okolju VBA, itd.

Slika 19: Dinamične lastnosti objektov

V polju »command« določimo aktivnosti, ki se zgodijo ob kliku z miško na objekt. Osnovne

aktivnosti so:

• zapis vrednosti v spremenljivko (ang.: write value to tag) ... ukaz ob kliku na gumb

zapiše vrednost, ki jo določimo v spremenljivko,

• vpis vrednosti ena v spremenljivko tipa DR (ang.: close digital tag) ... ukaz ob kliku na

gumb zapiše v DR register vrednost ena,

• vpis vrednosti nič v spremenljivko tipa DR (ang.: open digital tag) ... ukaz ob kliku na

gumb zapiše v DR regiser vrednost nič,

• odpiranje slike (ang.: open picture) ... ukaz ob kliku na gumb odpre določeno sliko,

• zapiranje slike (ang.: close picture) ... ukaz ob kliku na gumb zapre določeno sliko.

ime objekta

določanje dinamičnih lastosti

ukazi ob kliku na objekt

31

3.2.1.2 Intellution iFix Database

V orodju iFix database, prikazanem na sliki 20, so shranjene vse spremenljivke, ki jih

potrebujemo za realizacijo SCADA sistema. Spremenljivkam med drugimi lastnostmi

določimo ime (ang.: Tag name), tip spremenljivke (ang.: Type), opis spremenljivke (ang.:

Description), naslov na krmilni enoti (ang.: I/O Addr). Osnovni tipi podatkov v podatkovni

bazi so:

• DI ... logična spremenljivka, ki ima vrednost 0 ali 1 in omogoča le branje podatka iz

podatkovne baze,

• DR ... logična spremenljivka, ki ima vrednost 0 ali 1 in omogoča poleg branja tudi

spreminjanje vrednosti v bazi iz SCADA sistema,

• AI ... logična spremenljivka, ki ima zvezno vrednost in omogoča le branje vrednosti iz

podatkovne baze,

• AR .. logična spremenljivka, ki ima zvezno vrednost in omogoča branje ter pisanje

podatka iz podatkovne baze.

32

Slika 20: Podatkovna baza

3.2.1.3 Povezava med enoto CPU ter sistemom SCADA

Podatki, ki se nahajajo na enoti CPU, se prenesejo v podatkovno bazo s pomočjo V/I

gonilnika SI7 Power tool. To je programski paket, namenjen prenašanju podatkov med

krmilniki družine Siemens ter programskim paketom iFix 3.5.

Na sliki 21 je prikazan programski paket SI7 Power Tool. Osnovni parametri, ki jih

nastavljamo na gonilniku, so podatkovni bloki, ki jih prenašamo ter dolžina prenešenih

podatkov. Podatke lahko prenašamo iz več enot CPU hkrati. Gonilniku je potrebno tudi

nastaviti tip komunikacije med enoto CPU ter gonilnikom. V našem primeru je tip

kominikacije industrijski Etherneth.

ime spremenljivke

tip spremenljivke

opis spremenljivke

33

Slika 21: Programski paket SI7 Power Tool

3.3 Programiranje (razvoj) faz na CPU enoti

Za razvoj faz po konceptu standarda S88 smo uporabili lestvični diagram (opisan v pogljavju

3.1.4.2) ter strukturiran tekst (opisan v poglavju 3.1.4.3).

3.3.1 Uporabljeni ukazi v lestvičnem diagramu

Uporabljeni ukazi v programski kodi:

• zaokroži (ang.: Round) ... ukaz je prikazan na sliki 22. Na vhod IN pripeljemo

spremenljivko, ki jo ukaz zaokroži na celoštevilsko vrednost (izhod OUT),

Slika 22: Ukaz zaokroži

podatkovni blok

dolžina podatkov

ime krmilne enote

34

• primerjava celoštevilske vrednosti (ang.: compare integer)... ukaz je prikazan na sliki

23.Primerja dve spremenljivki med seboj na vhodu IN1 ter IN2. Če je spremenljivka

na vhodu IN1 večja od spremenljivke IN2 je pogoj izpolnjen,

Slika 23: Primerjava celoštevilske vrednosti

• prepiši (ang.: Move) ... ukaz je prikazan na sliki 24. Ukaz prepiše vrednost iz

spremenljivke na vhodu (IN) v spremenljivko na izhodu (OUT),

Slika 24: Ukaz prepiši

• Vpis vrednosti ena v spremenljivko tipa BOOL (ang.: Set) ... ukaz je prikazan na sliki

25. Ukaz postavi spremenljivko na logično ena,

Slika 25: Vpis vrednosti ena v spremenljivko tipa BOOL

• izhodni kontakt (ang.: Output coil) ... ukaz je prikazan na sliki 26. Ukaz postavi

spremenljivko na logično ena. V primeru da pogoji niso več izpolnjeni, spremenljivko

postavi na logično nič,

Slika 26: Izhodni kontakt

• primerjava spremenljivk z plavajočo vejico (ang.: Compare Real) ... ukaz je prikazan

na sliki 27. Primerja dve spremenljivki med seboj na vhodu IN1 ter IN2. Če je

spremenljivka na vhodu IN1 večja od spremenljivke IN2 je pogoj izpolnjen,

35

Slika 27: Primerjava spremenljivk z plavajočo vejico

• delovni kontakt (ang.: Normaly open contact). ... ukaz je prikazan na sliki 28. Če ima

logična spremenljivka vrednost ena, je pogoj izpolnjen,

Slika 28: Delovni kontakt

• mirovni kontakt (ang.: Normaly closed contact). ... ukaz je prikazan na sliki 29. Če

ima logična spremenljivka vrednost nič je pogoj izpolnjen,

Slika 29: Mirovni kontakt

• resetiraj (ang.: Reset) ... ukaz je prikazan na sliki 30. Ukaz postavi spremenljivko na

logično nič.

Slika 30: Resetiraj

36

3.3.2 Uporabljeni ukazi v strukturiranem tekstu

Uporabljeni ukazi v programski kodi:

• L - Naloži (ang.: Load) ... ukaz shrani vrednost iz določenega registra v akumulator

krmilnika

Primer 1

Napišimo program, ki naloži vrednost 300 v akumulator CPU enote.

L 300

• T - Prenos (ang.: Transfer) ... ukaz shrani vrednost iz akumulatorja krmilnika v

poljubno destinacijo

Primer 2

Napišimo program, ki prenese vrednost iz akumulatorja enote CPU v lokalno spremenljivko

LW0.

T LW 0

• Klic funkcije (ang.: Call) ... ukaz z ukazom Call pokličemo določeno funkcijo s

pripadajočimi parametri.

3.3.3 Vmesnik za delo s fazami (ang.: Phase Logic Interface)

Za prehod med posameznimi stanji v fazah, opisano v poglavju 2.3.2, je potrebno izdelati

uporabniški vmesnik, imenoven vmesnik za delo s fazami (ang.:Phase logic interface – PLI).

PLI vodi fazo med posameznimi stanji (končano, obratovenje, zadržano, itd.). PLI smo

sprogramirali s pomočjo lestvičnega diagrama (LAD) (opisano v poglavju 3.1.4.2) ter

strukturiranega teksta (STL) (opisano v poglavju 3.1.4.3).

37

PLI je univerzalna funkcija, saj so prehodi med stanji v posameznih fazah enaki. Vsaka

tehnološka faza (mešanje, doziranje, vzdrževanje temperature, itd.) ima poleg uporabniškega

vmesnika pripadajočo funkcijo, v kateri je realizirano delovanje določene faze (vzdrževanje

temperaure, nadtlaka, mešanje, itd.).

Slika 31 shematsko prikazuje klic funkcij ter pripadajočega podatkovnega bloka za delo s

fazami. Funkcija FC1000 predstavlja izvorno kodo uporabniškega umesnika PLI, kjer so

sprogramirani prehodi med posameznimi stanji v fazah. Podatki, ki so potrebni za posamezno

fazo, se nahajajo v podatkovnem bloku DB1000. OB1 se izvaja ciklično (opisano v poglavju

3.1.3.1), od tod pa kličemo funkcijo FC1000 ter funkcije posameznih faz.

OB1

FC1000(PLI)

DB1000

FC xxx (faze)

Slika 31: Klic posameznih faz Zaradi hitrejšega izvajanja programske kode smo naredili optimizacijo programa tako, da na

začetku programske kode spremenljivke faze prenesemo v lokalne spremenljivke in šele nato

operiramo z njimi. Na koncu izvajanja funkcije pa spremenljivke zopet prenesemo nazaj v

podatkovni blok. (prikazano na sliki 32).

38

FC1000(PLI)

DB1000

PREKINJENO

USTAVLJENO

ZAČETNO

PREKINJANJE

ZADRŽANJEReset

Prekini

PrekiniPrekini

Prekini

Stop

Prekini

StopUSTAVLJANJEOBRATOVENJE

Reset

Reset

KONČANO

ZADRŽANO NADALJEVANJE

Stop

prenos v lokalne spremenljivke

Izvajanje programske kode

prenos v podatkovni blokDB1000

Slika 32: Funkcija FC1000

3.3.3.1 Kreiranje funkcij ter spremenljivk

Vmesnik smo kreirali z uporabo funkcije FC ter podatkovnega bloka DB, kjer so shranjene

spremenljivke faz. V tabeli 1 je prikazana struktura spremenljivk, uporabljenih za eno fazo ter

opis posamezne spremenljivke. Kreirali smo funkcijo FC1000, ki je univerzalna funkcija za

vodenje faz. Novo funkcijo dodamo v Simatic maneger meniju: insert; S7-block; Function

(prikazano na sliki 33). Podobno kreiramo tudi podatkovni blok.

Slika 33: Kreiranje nove funkcije

39

V tabeli 1 so prikazane vse spremenljivke faze, podane v podatkovnem bloku DB1000 (slika

34). V prvem stolpcu se nahaja ime spremenljivke, v drugem tip spremenljivke, v tretjem

solpcu pa opis spremenljivke.

ime spremenljivke

tip spremenljivke

opis spremenljivke

AD BOOL prekinitev AG BOOL prekinjanje AC BOOL prekinitev končana C BOOL končano HD BOOL faza zadržana HG BOOL zadržanje faze HC BOOL zadržanje faze končano I BOOL začetno stanje faze RG BOOL obratovanje faze RC BOOL končano obratovanje faze SG BOOL ustavljanje faze SD BOOL faza ustavljena SC BOOL ustavljanje faze končano KONT BOOL kontunuirna faza BLOK BOOL blokada faze Status INT status faze COMM INT ukaz Failure INT napaka faze Sindex INT številka koraka v fazi BStepIndex INT številka koraka v fazi (predhodnja vrednost) PAR1 REAL 1. parameter faze PAR2 REAL 2. parameter faze PAR3 REAL 3. parameter faze PAR4 REAL 4. parameter faze PAR5 REAL 5. parameter faze PAR6 REAL 6. parameter faze PAR7 REAL 7. parameter faze PAR8 REAL 8. parameter faze PAR9 REAL 9. parameter faze REP1 REAL 1. poročilo faze REP2 REAL 2. poročilo faze REP3 REAL 3. poročilo faze REP4 REAL 4. poročilo faze REP5 REAL 5. poročilo faze REP6 REAL 6. poročilo faze REP7 REAL 7. poročilo faze REP8 REAL 8. poročilo faze REP9 REAL 9. poročilo faze

Tabela 1: Spremenljivke faze

40

Slika 34: Podatkovni blok DB1000

3.3.3.2 Opis posameznih spremenljivk

Prekinitev (ang.: Aborted – AD)

Spremenljivka prekinitev ima vrednost ena, ko faza preide v stanje prekinjeno.

Prekinjanje (ang.: Aborting – AG)

Spremenljivka prekinjanje ima vrednost ena v času, ko poteka prekinjanje faze. V tem času se

izvaja program prekinjanja faze.

ime spremenljivke

tip spremenljivke

Začetna vrednost spremenljivke

komentar

41

Prekinjanje končano (ang.: Aborting complete – AC)

Ko je prekinjanje faze končano, spremenljivka prekinjanje končano dobi vrednost ena.

Končano (ang.: Complete – C)

Spremenljivka končano dobi vrednost ena, ko je delovanje faze končano.

Faza zadržana (ang.: Held – HD)

Spremenljivka faza zadržana ima vrednost ena, ko faza preide v stanje zadržano.

Zadržanje faze (ang.: Holding – HD)

Spremenljivka zadržanje faze ima vrednost ena v času, ko poteka zadržanje faze. V tem času

se izvaja program zadržanja faze.

Zadržanje faze končano (ang.: holding complete – HC)

Ko je zadržanje faze končano, spremenljivka zadržanje končano dobi vrednost ena.

Začetno stanje (ang.: Idle – I)

Spremenljivka začetno stanje ima vrednost ena, ko je faza v začetnem stanju.

Obratovanje (ang.: Runing – RG)

Spremenljivka obratovanje ima vrednost ena, ko je faza v stanju obratovenje.

Končano (ang.: Runing Complete – RC)

Spremenljivka končano ima vrednost ena, ko je faza v stanju končano.

42

Ustavljanje faze (ang.: Stopping – SG)

Spremenljivka ustavljanje faze ima vrednost ena, ko je faza v stanju ustavljanja.

Ustavljanje faze končano (ang.: Stopping Complete – SC)

Spremenljivka ustavljanje faze končano ima vrednost ena, ko je faza v stanju ustavljeno.

Kontinuitna faza

Določene faze se med posameznimi koraki v recepurnem sistemu ne smejo končati (mešanje,

vzdrževenje temperature, itd.). Če ima spremenljivka Kontinuirna faza vrednost ena, pomeni

da gre lahko recepturni sistem v naslednji korak, klub temu da faza ni v stanju začetno ali

končano.

Status faze (ang.: Status)

Status faze je spremenljivka tipa INT, katere vrednost je odvisna od stanja, v katerem se faza

nahaja.

vrednost spremenljivke

stanje

10 prekinjeno 20 zadržano 30 ustavljeno 50 obratnovanje 90 restartano

100 začetno

Tabela 2: Vrednost spremenljivke Status

Ukaz (ang.: Command)

S pomočjo spremenljivke ukaz, ki je tipa INT, faza prehaja med posameznimi stanji. V tabeli

3 je prikazan prehod med posameznimi stanji ob različnih vrednostih ukazne spremenljivke.

43

Pri tem je potrebno tudi zagotoviti, da so možni le prehodi med stanji, določenimi po

standardu S88.

vrednost spremenljivke

PLI ukaz

10 prekini 20 zadrži 30 ustavi 40 resetiraj 90 restart

100 start

130 brisanje registra napake faze

Tabela 3: Ukazi kodirani s spremenljivko Ukaz

Napaka faze (ang.: Phase Failure)

V primeru, da se na sistemu pojavi napaka (napaka mešala, previsoka temperatura, itd.) v

spremenljivko vpišemo določeno vrednost večjo od nič in faza mora iti v stanje zadržano (v

ukazno spremenljivko višemo vrednost 20).

Številka koraka v fazi (ang.: Step Index)

Določene faze se morajo izvajati po korakih. Vsako stanje faze ima rezerviran določen nabor

vrednosti spremenljivke zaradi boljše preglednosti, katere uporabljamo za izvajanje večih

korakov v posameznem stanju.

vrednost spremenljivke Stanje faze

0 začetno 1000 do 1999 prekinjanje 2000 do 2999 zadržanje 3000 do 3999 ustavljanje

10000 do 12999 obratovanje

Tabela 4: Vrednost spremenljivke Številka koraka

44

Številka koraka v fazi – predhodnje stanje (ang.: Bufferd Step Index)

V primeru, da gre faza v stanje zadržano, moramo ob nadaljevanju faze zagotoviti, da faza

nadaljuje v tistem koraku, kjer se je nahajala pred zadržanjem. V spremenljivko shranimo

številko koraka. Ob nadaljevaju faze shranjeno stanje koraka obnovimo v dejansko stanje.

Parametri faze

V spremenljivkah parametri faze določimo parametre, ki jih je potrebno v posamezni fazi

spreminjati (želena temperatura v reaktorju, želen čas vzdrževanja temperature, želeni vrtljaji

na mešalu, itd.).

Poročilni parametri faze

V spremenljivkah poročilni parametri faze se ob končanju faze shranijo vrednosti, katere

predhodno določimo (dejanska količina doziranja medija, dejanska temperatura v reaktorju ob

koncu vzdrževanja temperature, dejanski vrtljaji na mešalu itd.)

45

3.3.4 Programska koda vmesnika za delo z fazami

FC1000(PLI)

DB1000

6. prenos v podatkovni blokDB1000

2. inicializacija

1. prenos v lokalne spremenljivke

3. obdelava stanj po standardu S88

4. preverjanje pravilnosti prehodov

med stanji

5. prehodi med stanji, če je prehod

dovoljen

Slika 35: Diagram programske kode Na sliki 35 se nahaja diagram poteka programske kode v funkciji FC1000 (PLI). Program je

razdeljen v šest sklopov:

• prenos podatkov iz podatkovnega bloka v lokalne spremenljivke,

• vzpostavitev začetnega stanja (inicializacija),

• obdelava stanj po standardu S88,

• preverjanje pravilnosti prehodov med stanji,

• prehodi med stanji ob določenih ukazih,

• prenos podatkov iz lokalnih spremenljivk v podatkovni blok.

46

3.3.4.1 Opis posameznih sklopov programa:

Prenos podatkov iz podatkovnega bloka v lokalne spremenljivke

Programska koda:

1 L P##FAZA_P //struktura faze v podatkovnem bloku

2 T LD 6

3 L W#16#1002

4 T LW 0

5 L 85 //dolžina structure v bytih

6 T LW 2

7 L #datablok //data block kjer se nahaja dotična struktura faze

8 T LW 4

9 CALL SFC 20

10 SRCBLK :=#source

11 DSTBLK :=P#L 12.0 BYTE 85

Razlaga programa:

Za prenos spremenljivk uporabimo sistemsko funkcijo (opisano v poglavju 3.1.3.6) SFC 20,

namenjeno prenosu podatkov. Funkcija ima dva parametra; izvorno območje (ang.: source

area) ter ciljno območje (ang.: destination area). V programski vrstici 9 kličemo funkcijo s

pripadajočima parametroma. Izvorno območje se pri nas spreminja, ker je funkcija FC1000

univerzalna za vse faze, zato v vrsticah od 1 do 8 kreiramo pravo vrednost spremenljivke

source (izvorno področje). V prvi vrstici preberemo vrednost kazalca, ki kaže na strukturo v

podatkovnem bloku. Spremenljivka FAZA_P je tudi vhodni parameter funkcije, saj se

spreminja odvisno od faze, katero PLI izvaja. V vrsticah od 2 do 8 določimo tip prenosa

podatkov (byte), dolžino prenešenih podatkov ter izvorni podatkovni blok (spremenljivka

datablok). Spremenljivke, ki so določene za delovanje faze (opisane v poglavju 3.3.3.3),

prenesemo v lokalne spremenljivke z identično strukturo kot jih imajo tiste v podatkovnem

bloku.

47

Inicializacija:

Ko kreiramo podatkovni blok, imajo vse spremenljivke začetno vrednost enako nič. Zato je ob

prvi uporabi funkcije potrebno zagotoviti začetno stanje. Začetno stanje (opisano v poglavju

2.3.2.1) vzpostavimo z vpisom vrednosti 100 v spremenljivko status (tabela 3) ter postavitev

spremenljivke I (začetno stanje) na vrednost ena. Po tabeli 4 (poglavje 3.3.3.2) v

spremenljivko številka koraka (ang.: stepindex) vpišemo vrednost 0. Programska koda je

prikazana na sliki 36.

Slika 36: Inicializacija

Obdelava stanj:

V programski kodi obdelave stanj v odvisnosti od delovanja faze postavljamo vrednost

spremenljivk. Spremenljivke prekinjanje končano, zadržanje faze končano, obratovanje

končano, ustavljanje faze končano se spreminjajo v programu faz, ko so določene operacije

končane. V programu obdelava stanj zagotovimo da dobi faza ustrezen status.

Na sliki 37 je prikazana programska koda za stanje zadržano. Ko se faza konča, programska

koda zadržanje faze (zapiranje ventilov, ustavitev mešala, ...) vpiše vrednost ena v

spremenljivko zadržanje končano. PLI mora nato zagotoviti ustrezen status faze, v našem

primeru preide faza v stanje zadržano.

48

Slika 37: Obdelava stanja zadržano

Preverjanje pravilnosti prehoda med stanji:

Po standardu S88 niso možni prehodi med vsemi stanji. Na sliki 5 (poglavje 2.3) so prikazani

prehodi med posameznimi stanji. Zato ob določenem ukazu iz ukaznega registra najprej

preverimo, če je prehod iz enega v drugo stanje dovoljen. V primeru da je prehod med stanji

mogoč, postavimo vrednost spremenljivke »stanje dovoljeno« na ena.

Na sliki 38 je prikazano preverjanje pravilnosti prehoda v primeru ukaza zadrži. Po standardu

S88 gre lahko faza v stanje zadržano le v primeru če obratuje. Po ukazu zadrži (vrednost

ukaznega registra je 20) moramo najprej preveriti stanje faze. Če je prehod med stanji

dovoljen (vrednost spremenljivke obratovanje je ena), dobi spremenljivka »stanje dovoljeno«

vrednost ena.

Slika 38: Prehodi med stanji

49

Prehodi med stanji ob določenih ukazih:

V progamski kodi obdelujemo prehode med posameznimi stanji. Če je prehod med stanji

dovoljen (spremenljivka stanje dovoljeno ima vrednost ena), PLI ustrezno spremeni vrednost

spremenljivk.

Na sliki 39 je prikazan prehod iz stanja obratovanje v stanje zadrži. Če je prehod dovoljen

(obdelano v progamu preverjanja pravilnosti prehoda med stanji), fazo postavimo v stanje

zadrževanje; vpis vrednosti ena v spremenljivko zadrževanje faze, shranitev vrednosti številke

koraka v prejšnjo vrednost ter vpis vrednosti 2000 v spremenljivko številka koraka (tabela 4).

Slika 39: Prehod v stanje zadrževanje

Prenos podatkov iz lokalnih spremenljivk v podatkovni blok

Po obdelavi programske kode v funkciji FC1000 (PLI), je potrebno narediti prenos podatkov

iz lokalnih spremenljivk v podatkovni blok. Za prenos spremenljivk uporabimo sistemsko

funkcijo (opisano v poglavju 3.1.3.6) SFC 20, namenjeno prenosu podatkov. Za razliko od

prenosa iz podatkovnega bloka v lokalne spremenljivke, sta med seboj le zamenjana izvorni

ter ciljni parameter funkcije.

CALL "SFC 20"

SRCBLK :=P#L 12.0 BYTE 85

50

DSTBLK :=#source

3.3.5 Programska koda faz

Slika 40: diagram programske kode - faze

Vmesnik za delo z fazami opisan v poglavju 3.3.4 skrbi za pravilen prehod med stanji po

standardu S88, v programski kodi faz pa se nahajajo ukazi, ki so predpisani določeni fazi

(vklop mešala, odpiranje ventilov, itd.). Na sliki 40 je prikazan diagram poteka programske

kode faz.

Vsaki fazi pripada funkcija, v kateri se izvaja program po katerem mora faza delovati.

3.4 Uporabniški vmesnik na sistemu SCADA

Za razvoj uporabniškega vmesnika na sistemu SCADA je uporabljen programski paket iFix

3.5, opisan v poglavju 3.2. Uporabniški vmesnik je namenjen upravljanju faze po standardu

S88 (prehodi med stanji).

51

Na sliki 42 je prikazan uporabniški vmesnik. Na desni strani se nahajajo gumbi za upravljanje

s fazo (start, zadrži, nadaljij, ustavi, reset), ne levi pa je prikazano stanje faze (obratovanje,

končano, zadržano, ustavljeno).

Slika 41: uporabniški vmesnik na SCADA sistemu

Ob kliku na določen gumb se v ukazni register vpiše določena vrednost (tabela 2). Za

zapisovanje vrednosti v ukazni register uporabimo ukaz »WriteValue "xxx", "comm"«, pri

čemer je xxx vrednost ki jo vpišemo v ukazni register (tabela 2).

Prikazovanje stanja, v katerem se faza nahaja, je dinamično izvedeno z barvanjem ozadja.

Stanje v katerem se faza nahaja je zapisano v spremenljivki status faze. Na podlagi vrednosti

spremenljivke s pomočjo uporabniškega vmesnika Visibility Expert, prikazanega na sliki 36,

določimo vidnost obarvanih objektov. V polju »Data Source« vpišemo ime spremenljivke ter

njeno vrednost, v polje »Condition for Visibility« pa pogoj, kdaj je spremenljivka vidna. Na

sliki 41 je prikazen primer obarvanja ozadja »obratovanje« z zeleno barvo. V primeru da ima

status faze vrednost 50, je zeleni pravokotnik na sistemu SCADA viden (ozadje se obarva

zeleno).

52

Slika 42: Visibility Exspert

3.4.1 Primer uporabniškega vmesnika

Mešanje z mešalom, ki mu lahko spreminjamo vrtljaje

Na sliki 43 je prikazan uporabniški vmesnik za fazo mešanja z mešalom, ki mu lahko

spreminjamo število vrtljajev. Parametri faze so:

- PARAMETER1 .... Željeni vrtljaji mešala (obr/min)

- PARAMETER2 .....Čas za doseganje željenih obratov iz dejanskih (min)

- PARAMETER3......Način doseganja obratov

1.) takojšnja nastavitev obratov (PARAMETER1)

2.) spreminjanje (povečevanje ali zmanjševanje obratov po izračunani premici

do končne vrednosti)

- PARAMETER4 .....čas delovanja faze (ura)

- PARAMETER5 .....čas delovanja faze (min)

Poročilni parametri faze:

- POROČILO1 – dejanski čas delovanja faze (ura)

- POROČILO2 – dejanski čas delovanja faze (min)

53

Slika 43: Uporabniški vmesnik – mešanje z mešalom

55

4 Zaključek

V diplomski nalogi smo podrobno predstavili standard S88, uvedbo standarda v proces ter

razvili univerzalno funkcijo za delo s fazami imenovano vmesnik za delo s fazami (PLI).

Faze, ki so načrtovane po standardu S88 imajo enaka stanje ter enake prehode med stanji, zato

je funkcija univerzalna.

Za izvedbo funkcije na krmilnem nivoju je uporabljen krmilnik družine Siemens CPU315.

Izdelali smo tudi grafični vmesnik za delo z fazami, ki služi vodenju faz s pomočjo

nadzornega (SCADA) sistema.

57

5 LITERATURA

[1] ISA (ANSI/ISA-S88.01.1995), Standard Batch Control; Part 1: Models and

Terminology, Instrument Society of America, 1995

[2] Cristie Deitz, Todd Ham, Steve Murray, Writing a functional specification for an S88

batch project, Chemical engineering, August 2003, http://www.s88ce, dostopnost

preverjena februarja 2008

[3] Gregor Kandre, Računalniško podprto načrtovanje programske opreme za postopkovno

vodenje s programirljivimi logičnimi krmilniki, doktorska disertacija, Fakulteta za

elektrotehniko Ljubljana, maj 2004

[4] Darrin W. Fleming, Velumani A. Pillai, S88 Implementation guide, McGraw-Hill

Professional Publishing (October 1, 1998)

[5] @Batch, http://sl.kolektorsinabit.si/resitve/proizvodno-informacijske-resitve/batch/,

dosotopnost preverjena februar 2008

[6] http://www.automation.siemens.com/simatic/industriesoftware/html_76/produkte/

software-produkte.htm, dostopnost preverjena marec 2008

[7] Step 7, verzija 7.4, help

[8] http://www.metronik.si/index.php?stran=oprema_ge_fanuc_software#ifix, dostopnost

preverjena junij 2008

[9] Berger Hans, Automating with STEP 7 in STL and SCL: programmable controllers

SIMATIC S7-300/400, 2. izdaja, MCD, 2001

[10] Avtomatizacija v industriji in gospodarstvu : Zbornik pete konference AIG'99, 22. in

23.april 2007, Društvo avtomatikov Slovenije, Maribor, Slovenija, 1999,

[11] Working with STEP 7, Siemens AG, NÜRNBERG GERMANY, C79000-P7076-C48-

01 Siemens

[12] Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming, Edition 03/2006

A5E00706955-01

[13] Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming, Edition 03/2006

A5E00706955-01

[14] Ladder Logic (LAD) for S7-300 and S7-400 Programming, Edition 03/2006

A5E00706949-01

58

[15] SIMATIC S7-GRAPH for S7-300/400 Programming Sequential Control Systems

Getting Started, Edition 02/2004

[16] SIMATIC S7-SCL V5.3 for S7-300/400, Edition 01/2005 A5E00324650-01 [17] http://www.metronik.si/index.php?stran=oprema_ge_fanuc_software#ifix, dostopnost

preverjena julija 2008

[18] http://www.isa.org/, dostopnost preverjena julija 2008

[19] http://mall.automation.siemens.com/SI/guest/index.asp?

aktPrim=0&nodeiD=10012935&lang=en, dostopnost preverjena februarnja 2008

[20] http://www.opcfoundation.org/Default.aspx/01_about/01_whatis.asp, dostopnost

preverjena julija 2008

59

Izjava

Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal samostojno pod vodstvom mentorja doc. dr.

Boštjana Murovca, univ. dipl. inž. el. Izkazano pomoč drugih sodelavcev sem v celoti navedel

v zahvali.

Jožef Vidergar

UPRAVLJANJE PROIZVODNIH FAZ PO STANDARDU...

Documents

Transcript of UPRAVLJANJE PROIZVODNIH FAZ PO STANDARDU...