Разработка системы регулирования уровня в резервуаре. Проект для SCADA‑системы GeniDAQ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Кафедра компьютерных систем и программных технологий

ОТЧЕТ

по курсовой работе на тему

"Разработка системы регулирования уровня в резервуаре. Проект для SCADA‑системы GeniDAQ"

по проектированию компьютерных систем управления

                                                           Студент гр.5081/1

                                                           Зачтено ________________________

                                                           Преподаватель проф.

Санкт-Петербург

2011

1. Техническое задание

1.1.  Формулировка задания

Проект для поддержания заданного уровня жидкости в резервуаре. Резервуар имеет три трубы. По одной из них жидкость подается в резервуар (кран на этой трубе управляется автоматически), а по другой – вытекает из резервуара (кран на этой трубе управляется пользователем). Третья труба является дренажной – она должна открываться только при двух других закрытых трубах и уменьшении уставки.

q  Уровень 1 – проект с фиксированными настройками, краны двухпозиционные (полностью открыты или полностью закрыты).

q  Уровень 2 – краны на трубах могут занимать любое положение от полностью открытого до полностью закрытого. Задание требуемого уровня в резервуаре и управление краном на выводящей трубе должны производиться в режиме выполнения.

q  Уровень 3 – дополнительно предусматриваются зона нечувствительности и ПИД-закон управления.

Для уровней 2 и 3 предусмотреть в режиме выполнения по кнопке два подрежима – задания параметров и режим управления.

Для задания исходных данных использовать диалоговое окно со встроенной справкой.

Проект выполнялся для варианта задания, описанного в уровне 3.

1.2. Требования к обработке ошибок задания исходных данных

В проекте необходимо реализовать проверку на соответствие исходных данных допустимому диапазону. При возникновении ситуации задания  ошибочных данных необходимо уведомить пользователя о сути ошибки и действиях, которые будут предприняты для устранения данной ситуации. Исправление введенных данных должно осуществляться без завершения работы разработанного проекта.

1.3. Версия SCADA‑системы

Проект разрабатывался в SCADA-системе Advantech GeniDAQ версии 4.25.

2. Основные теоретические положения

Данный проект реализует дискретную систему регулирования уровня жидкости в резервуаре. Резервуар имеет три трубы: входную, выходную и дренаж. Таким образом, уровень жидкости в резервуаре на n-ом шаге может быть рассчитан по формуле:

где V(n) – уровень жидкости на текущем шаге, V(n-1) – уровень жидкости на предыдущем шаге, V_in(n) – количество жидкости, поступающее в резервуар по входной трубе на текущем шаге, V_out(n) – количество жидкости, выходящее из резервуара через выходную трубу на текущем шаге, V_dr(n) – количество жидкости, вытекающее из резервуара через дренаж на текущем шаге.

Количество жидкости, проходящее через трубу на n-ом шаге, может быть рассчитано по формуле V_тр(n)=C_тр*K_тр(n)*T₀, где С_тр – максимальная пропускная способность данной трубы, K_тр – коэффициент открытости данной трубы на текущем шаге (принимает значения от 0 до 1), T₀ – период опроса (появляется вследствие дискретности системы).

В работе системы можно выделить четыре основных случая:

1. Если текущий уровень жидкости меньше нижней границы зоны нечувствительности – полностью открывается впускная труба, после чего уровень жидкости подводится к зоне нечувствительности.

2. Если текущий уровень жидкости больше верхней границы зоны нечувствительности и клапан на выходной трубе открыт – входная труба закрывается и уровень жидкости подводится к зоне нечувствительности.

3. Если текущий уровень жидкости больше верхней границы зоны нечувствительности и клапан на выходной трубе закрыт – входная труба закрывается и открывается дренаж, подводя уровень жидкости к зоне нечувствительности.

4. Если текущий уровень жидкости находится внутри зоны нечувствительности – с помощью входной трубы выравниваем приток и отток воды, после чего при помощи ПИД-регулятора подводим уровень жидкости к заданному уставкой уровню.

Уравнение ПИД-регулятора в общем случае записывается в следующем виде:

где e(t)=x_уст-x(t), K_П, K_И, K_Д – коэффициенты регулятора.

В данном случае использовался частный случай ПИД-регулятора – ПИ-регулятор, причем, учитывая специфику системы, представленный в дискретной форме:

где n – номер шага, ∆e(n)=e(n)-e(n-1), K_ИД=K_И*T₀.

Следует отметить, что данная формула является формулой ПИ-закона в приращениях. Такую форму закона управления легче реализовывать в цифровых системах, т.к. она требует значительно меньше памяти для хранения необходимых переменных.

3. Проектирование проекта

3.1. Используемый инструментарий

В рамках данного проекта использовались следующие функциональные блоки: