Komplex, nagyméretű projektek I&C-tervezési szempontjai – 9.
Felhasználói szoftverrendszer készítése adott projekthez
A következőkben a felhasználói szoftver elkészítését követjük végig az I&C-funkciók szöveges leírásától – P&I-diagramokat is felhasználva – a programokig, majd azok teszteléséig.Ez a munka az I&C projektszerződés megkötése után kezdődik, amikor már megtörtént a folyamatirányító rendszer kiválasztása.A teljes alkalmazói programrendszer lényegében úgy jön létre, hogy a komplex technológia összes részfunkcióira és a fölérendelt funkciókra elvégezzük az alább felsorolt tevékenységeket.
Példa a felhasználói szoftver egy elemének készítésére
A tevékenységek egyes lépéseit röviden csak egy folyamatállomásra a kondenzvízrendszer részfunkción szemléltetjük. A lépések az alábbiak:
-
Hardver áttekintő konfigurációterv készítése csatornakiosztással, a részfunkcióhoz tartozó be- és kimenőjelek konfigurálása, keretre, csatornára,
-
A felhasználandó gyári modulok és a megírandó alkalmazásspecifikus user-modulok rögzítése,
-
Áttekintő logikai terv elkészítése a részfunkcióra,
-
A logikai tervek aktualizálása az adott folyamatirányító rendszer szoftverblokkjaival,
-
A szükséges taszkok definiálása az adott folyamatállomás CPU-jában és az adott funkcióhoz tartozó logikai tervek elhelyezése a taszkokban,
-
A logikai terveket használva a megfelelő program beírása a tervezőrendszerben a projektszoftverbe,
-
A kezelői képek elkészítése a képernyőtervek alapján.
-
A fenti feladatok elvégzése után következhet a laboratóriumi funkciótesztelés megtervezése és végrehajtása, valamint
-
A laboratóriumi tesztelés mélységének rögzítése, a szükséges folyamatelemek szimulációjának elkészítése, továbbá a
-
Laboratóriumi teszt CPU-konfigurációjának paraméterezése, szoftverletöltés a CPU-ba, és végül a
-
Tesztelés.
Vízlágyító rendszer áttekintése
Az 1. ábrán látható egy teljes, membránszűrős, ioncserélős vízlágyító-technológia sémája, amelynek egy részfolyamata a kondenzvízkezelés. A felhasználói programrendszer lényegében úgy jön létre, hogy a hardverkonfiguráció felvétele és a részrendszerekkel való bővítés után mindegyik részfolyamatra elvégezzük a hozzátartozó felhasználói programtervezést, majd a funkciócsoport-vezérlések összehangolását végző program tervezését. Itt az összehangoló programmal nem foglalkozunk. A kondenzvízkezelő csoportvezérlés elkészítésén szemléltetjük a konfigurációbővítést, majd a részrendszer alkalmazói programjának az elkészítését.
1. ábra Egy membránszűrős, ioncserélős vízlágyító teljes technológiai sémája
A nyersvíz-tartályba nyersvíz (folyóvíz) és megtisztított, hulladék kondenzvíz kerül. A nyersvizet membránszűrőkkel, majd kevertágyas ioncserélőkkel tisztítják. A sémán a kevertágyak regenerálására használt segédrendszerek és a hulladékvízrendszer is látható. A kondenzvízkezelő a vízlágyító rendszer egy részfolyamata.
A kondenzvízkezelő részfolyamat gépészeti feladata
A technológiai folyamat szerint a beérkező szennyezett, meleg kondenzvíz a kondenzvíztartályban gyűlik össze. A szükséges hűtést hőcserélő alkalmazásával és hűtővízszivattyúk segítségével a nyersvízből elvett hideg részáram végzi. A megengedett mértékűen olajszennyezett kondenzvíz az olajat lekötő adszorbereken keresztül jut a nyersvíztartályba, a túlságosan szennyezett pedig a zsompba kerül.
Mérések, vezérlések, szabályozások
-
a kondenzvíztartály szintjét távadós méréssel mérni kell; vezénylői mutatással, görbefunkcióval magas és alacsony előjelző alarmot kell adni,
-
mindkét kondenzvízszivattyút kikapcsolja a kondenzvíztartály „szint igen alacsony” kapcsolóját (szárazfutás védelem),
-
a hűtővízszivattyúk kikapcsoló retesze a „mindkét szűrő előtti szelep zárva” jel,
-
a hűtővíz- és kondenzvízszivattyú utáni szakaszba helyi mutatós nyomásmérőket kell tenni,
-
a kondenzvízhűtő előtti és utáni kondenzvíz-hőmérsékletet helyi mutatós műszerrel kell mérni,
-
a hűtővíz-hőmérsékletet a hűtő után szintén helyi mutatós műszerrel kell mérni,
-
a kondenzvízszűrő előtti nyomásmérés távadóval, vezénylői mutatással (ezt a nyomást tartja a szűrő után lévő nyomásszabályozó szelep),
-
a kondenzvízhűtő utáni két szelep az olajtartalomtól függően az adszorber felé ereszti tovább a vizet (olajtartalom kisebb, mint max), vagy a zsompra ereszti alarmjelzéssel (olajtartalom nagyobb, mint max).
A kondenzvízrendszer vezérléseinek gépészeti megfogalmazása
-
Kondenzvízrendszer üzembe vétele/leállítása,
-
Lefutóvezérlés,
-
Üzemi programindulás engedélyezése:
– Legalább egy adszorber üzemel,
– Vagy a 1GNK14AA101 eleresztőszelep nyitva.
-
Üzemi program:
– 1. lépés: 1GAC63AA101 kondenz hűtővízszelep zár,
– 2. lépés: Kiválasztott kondenz hűtővízszivattyú indul,
– 3. lépés: 1GAC63AA101 kondenz hűtővízszelep nyit,
– 4. lépés: 1LDK30AA101 kondenzvízhűtő kondenzszelep zár,
– 5. lépés: 1LDK40AA101 szelep az adszorber felé vagy az 1GNK14AA101 eleresztőszelep nyit,
-
Az olajtartalomtól függően:
– 6. lépés: Kiválasztott kondenzvízszivattyú indul,
– 7. lépés: 1LDK30AA101 kondenzvízhűtő kondenzszelep nyit,
– 8. lépés: Kondenzvíz nyomásszabályzó AUT-ba.
-
Leállási program:
– 1. lépés: A kondenzvízszivattyúk leállnak,
– 2. lépés: 1LDK30AA101 kondenzszelep kondenzhűtőbe zár,
– 3. lépés: Olajeleresztő kezelés,
– 4. lépés: Hűtővízszivattyúk leállnak,
– 5. lépés: 1GAC63AA101 kondenz hűtővízszelep zár, kondenzvíz nyomásszabályzó KÉZI-be.
-
Automatikus átkapcsolás szükséges a kondenzvízszivattyúkra és a kondenzhűtővíz szivattyúira,
-
Az olajtartalomtól függően vezérléssel kell megoldani az 1LDK40AA101-jelű, adszorber felé működő, illetve az 1GNK14AA101-jelű, eleresztő szelep nyitását, zárását,
-
A kondenzvíz 1LDK40CP001 nyomását az 1LDK50AA001 pneumatikus szeleppel szabályozni kell.
P&I-diagram
Már korábban megadtuk a kondenzvízrendszer P&I-diagramját (2. ábra).
2. ábra A kondenzvízrendszer P&I-sémája
A szükséges blokkok rögzítése
Az I&C-tervező megállapítja, hogy az adott rendszerben a felhasználói blokkokkal bővített blokk-készletében található:
-
kétágú lefutó vezérlés (üzemi, leállás, mint user-blokk),
-
átkapcsoló automatika,
-
motorvezérlés,
-
szelepvezérlés.
Az I&C-tervező által adott KKS-ek
-
Vezérlések:
– Lefutóvezérlés, kondenzvízrendszer üzembevétele/leállítása: 1LDK20EC001,
– Kondenzvíz szivattyú átkapcsoló automatika: 1LDK20EE001,
– Hűtővízszivattyú átkapcsoló automatika: 1GAC60EE001,
– Részvezérlés olajtartalomtól függő szelepvezérléshez: 1LDK40EE001,
-
Szabályozások:
– Kondenzvíz nyomásszabályozása: 1LDK40DP001.
A hardverkonfigurációs terv bővítése a kondenzvízrendszer jeleivel (3. ábra)
3. ábra Áttekintő konfigurációs rajzrészlet a szükséges hardverkiegészítésekkel
A bináris bemeneti (BI) és kimeneti (BO) kártyákra kerülnek a motorok (1LDK21AP001, 1GAC61AP001 az A keretbe), ill. tartalékaik (1LDK21AP001, 1GAC61AP001 a B keretbe) huzalozott jelei. Ezzel a megoldással az irányítástechnikában is megmarad a redundancia. Az 1LDK40CP001 nyomásmérés, ill. a szeleppozíció visszajelzése az AI analóg bemeneti kártyára, a szeleppozíció vezérlése (1LDK50AA001) az AO analóg kimeneti kártyára kerül.
Az áttekintő logikai tervek elkészítése
Az áttekintő logikai terveket a fent definiált blokkok és a feladatmegfogalmazás használatával készítjük el (4. ábra).
4. ábra A kondenzvízrendszer áttekintő logikai terve
Logikai tervek egyedi vezérlési és automatikaszintekre
Soron következő lépésként az automatikaszintekre és az egyedi vezérlés szintjére elkészítjük a hajtásokra vonatkozó logikai terveket, amelyek a 22., 23. és 24. ábrákon láthatók.
-
Példa csoportvezérlésre: 1LDK20EC001/L01, M01,
-
és egyedi vezérlési szintre: 1GAC63AA101/1.
Vannak cégek, ahol a KKS-t nem használják mereven a logikai terv készítésénél. Egy funkciótervre több KKS-ű vezérlés is rákerülhet, a konnektorok (szoftver tervlapok csatlakoztató jelei) kevésbé egységesek. Itt egy Siemens Teleperm XP nél alkalmazott logikai tervstruktúrát használunk, ahol az idegen KKS-tervektől jövő jelek a baloldali sorokban láthatók, a jobboldali sorokban definiáljuk az ehhez a logikai tervhez tartozó jeleket, és beírjuk a céltervek KKS-eit, ahova az illető jel megy. A KKS-en belüli tervlapra ún. konnektorral hivatkozunk.
Az 5. ábrán látható logikai terv a kondenzvízellátás lefutóvezérlésének fejblokkja az indulási ág indításával (INDUL/M01), konnektorcsatlakozással a következő tervlapra (1LDK20EC001/ M1).
5. ábra A kondenzvízellátás lefutóvezérlésének fejblokkja
A 6. ábrán látható a lefutóvezérlés indulási ágának első lapja az INDUL-csatolással az M01 lapra. Az indítási vezérlés 1. lépését (STEP 01) valósítja meg, definiálva az XS01 jelkódú parancsjelet. Kiad az 1GAC62AA101 szelepre egy záróparancsot. Az M02 lapra – a 2. lépés lapjára – akkor lép át, amikor visszaérkezett a kiadott parancs végrehajtásáról a visszajelzés (1GAC63AA101_XG02=1), azaz a szelep lezárt.
Az ilyen formátumú logikai tervből igen egyszerű blokkos programot készíteni, emellett jól látható a vezérlés működése.
6.ábra A lefutóvezérlés indulási ágának első lapja
A 7. ábra az 1GAC63AA101 szelep logikai terve, amin látható, hogy az 1LDK20EC001_XS01 (azaz a lefutóvezérlés 1. lépés aktív) parancs lezárja a szelepet.
7. ábra. Logikai terv az 1GAC63AA101 szelepre
Logikai terv-taszk összerendelési programjainak taszkba írása
Már korábban (a hardver tervezéskor) rögzítettük, hogy melyik folyamatállomáshoz tartozik a funkció. Ez itt a PS1-nevű folyamatállomás. A folyamatállomáson az összes feladathoz definiáljuk a taszkokat, és rögzítjük, hogy melyikbe kerül a jelen funkció. Döntésünk szerint a Nyersviztaszkba kerül ez a vezérlés.
A taszkon belüli rögzítjük, hogy a jelen funkció logikai tervei milyen sorrendben és hova kerülnek. Először fut az 1LDK20EC001 lefutóvezérlés fej (PL), majd maga a lefutóvezérlés 1LDK20EC001 (SFC), amely parancsokat ad a részvezérléseknek és az egyedi vezérléseknek. Ezt követően a részvezérlések (1LDK20EE001 majd 1GAC60EE001) a lefutóvezérlés ebben a ciklusban előállt parancsait fogadják. Végül a hajtások programlistája (PL-je) következik (1LDK2040GAF50) a motorok és szelepek egyedi vezérlésével, és ezzel minden elem az aktuális ciklusban számított bemenőjelekkel dolgozik.
A programfán (8. ábra) jól láthatók a KKS-sel azonosított szoftverfunkciók „Nyersvíz”-taszkban történt elhelyezése és sorrendje.
8. ábra A kondenzvízrendszer programfája
A továbbiakban néhány szemléltetést mutatunk a blokkos-, ill. SFC-programok beépítésére. Az 1LDK20EC001 kondenzvíz lefutóvezérlésének üzemi és leállási ága látható a 9. ábrán.
9. ábra A kondenzvízkezelés lefutóvezérlésének INIT-je, a leállási ág és az üzemi ág lépései
A 10. ábra mutatja a TR00_01 Transitionba beírt blokkos programot.
10. ábra A TR1 Transition blokkos szoftvere
Az üzemi ág indulásának TR00_01 Transitionja az 1LDK20EC001_XA61 jel „1” állapotával kapja meg az üzemi ág indítását, amelynek a RESULT rendszerváltozó „1”-be írásával a program a lefutóvezérlés 1. lépését – az XS01-et – aktiválja. Az 1. lépésbe beírt blokkos program lezárja az 1GAC63AA101-jelű hűtővízszivattyúk utáni szelepet.
A 11. ábrán az 1GAC63AA101-jelű szelep blokkos programja látható. Ez a szelepműködtetéshez tartozó felhasználói programrész, amin látható a szelepet működtető összes parancs, többek között az 1LDK21EC001_XS01 lépés aktív jellel érkező záróparancsa.
11. ábra Az 1GAC63AA101 szelep blokkos programja
Összefoglalás
A cikksorozatban ismertetett tervezési eljárás olyan komplex ipari folyamatok esetében alkalmazható, ahol a funkciók egy hierarchikus felépítésű folyamatirányító rendszer folyamatállomásainak taszkjaiban helyezhetők el, és kialakítható egy olyan blokk-készlet (gyári és userblokkok), amelynek összekapcsolásával megvalósíthatók a realizálandó irányítástechnikai funkciók, valamint a képernyős folyamatkezelési eljárások. Az energiaipar, a vegyipar, a víztechnológia folyamatai többségükben ilyenek, blokk-készletük lehet alkalmazásspecifikus.
A robottechnika, a mozgásvezérlés, az anyagszállító-rendszerek, a szakaszos technológiák irányítástechnikája sokkal gyorsabb reakciót, a fentiektől eltérő struktúrát és elemkészletet igényelhet, de sok elem használható ott is az ismertetett tervezési eljárásokból és dokumentációkból.
Nagy előnye az ilyen rendszereknek a standard hardver elemkészletből felépülő konfiguráció és az áttekinthető felhasználói szoftver. Az ilyen formájú hardver és a gyári alapú, ill. felhasználói szoftverrendszer megfelelően üzemeltethető, karbantartható és bővíthető. A fenti folyamatirányító rendszer korlátait a rendszer reagálási ideje, a rendelkezésre álló blokk-készlet, az egy processzorban futtatható usertaszkok száma, a processzorok sebessége és a kommunikációs hálózat tulajdonságai jelentik.
Az anyag feltételez az üzemmérnöki (bachelor) szintnek megfelelő, alapvető szabályozástechnikai, vezérléstechnikai és bizonyos mélységű gyakorlati ismeretet és tájékozottságot. Tapasztalatok szerint a fenti anyagok hasznosak lehetnek a kezdő és a gyakorlottabb üzemeltető, tervező és üzembe helyező mérnökök számára.
Vége
Szerző: Dr. Nagy Dezső
