Автоматизированная система мониторинга расхода топлива (стр. 3 из 8)

Программное приложение HMI-интерфейса настраивает параметры работы интерфейса оператора «M90». Он используется для:

- Настройки функций посредством клавишной панели «M90».

- Создания и вывода на ЖК-дисплей «M90» сообщений. После подготовки своей программы, вы можете загрузить ее в ПЛК.

Программные функции ПЛК

- Емкость: 2048 слов («M90-19-B1A»: 1024 слова)

- Язык: «Ladder»

- Битов памяти (катушки): 256

- Целые числа памяти (регистры): 256, 16 бит Биты памяти представлены в программе «M90» символом «MB»; целые числа памяти – «MI». Системные биты и системные целые числа привязаны к фиксированным значениям или функциям, и зарезервированы для использования их системой. Некоторые из них доступны для использования и в вашей программе. Системные биты представлены в программе «M90» символом «SB»; системные целые числа – «SI».

Программа HMI-интерфейса.

Можно создать до 80 дисплеев HMI-интерфейса. Переменные величины HMI-интерфейса могут изменяться в пределах, предусмотренных текстовым полем дисплея HMI-интерфейса. Эти переменные используются для вывода на экран значений следующих параметров системы: биты, целые числа, таймеры, время, даты, входы/выходы и текст из списка отображаемых текстов переменных. Типы сообщений, создаваемые программами HMI-интерфейса, могут быть сообщениями об ошибках, командами или запросами к оператору для ввода информации с клавишной панели «M90».

2. Разработка программно-аппаратного комплекса

2.1 Проект распределённой измерительной системы

Концепция предлагаемого технического решения состоит в максимальном использовании типовых электронных узлов со стандартными входными и выходными характеристиками.

Это позволит избежать перечисленных выше недостатков и открыть возможности для дальнейшего расширения функциональных возможностей и повышения надёжности системы.

Для определения уровня топлива используется емкостной датчик (например, Е 25ХИ) в комплекте со вторичным преобразователем ИСУ100И. Указанное оборудование имеет разрешение Ростехнадзора на применение и может использоваться на пожароопасных объектах (каковым является топливный бак).

Преобразователь ИСУ100И имеет релейные выходы для контроля крайних значений уровня (на схеме показана светодиодная индикация «Ёмкость полна» и «Ёмкость пуста»). Это позволяет капитану судна получать информацию о критических значениях уровня топлива даже при выходе из строя контроллера и/или компьютера.

Для измерения частоты вращения предлагается использовать наиболее простые и надёжные индуктивные датчики.

Обработка информации, получаемой с датчиков, осуществляется промышленным контроллером типа M90-19-1A, который встроенные аналого-цифровой преобразователь (для обработки сигнала уровня топлива) и часы реального времени (для определения частоты вращения).

Передачу информации с контроллера в офис Компании на первом этапе предлагается выполнять по существующему механизму.

Кроме этого, предлагается задействовать возможность сопряжения контроллера типа M90-19-1A с GSM-модемом. Это позволит получать информацию и осуществлять удалённое управление системой посредством СМС-сообщений в то время, пока судно находится в зоне покрытия сотовых сетей (например, при стоянке в портах, прохождении мимо крупных населённых пунктов и т.п.).

На рисунке 2.1 приведена общая схема организации распределённой измерительной системы.

В машинном отделении монтируется датчику уровня и вторичный преобразователь уровня. Датчик уровня размещается в цистерне, причём его чувствительный элемент монтируется в перфорированной трубе. Вторичный преобразователь крепится на специальной металлической площадке, приваренной к стене машинного отделения.

Выход вторичного преобразователя подключается к аналоговому входу микроконтроллера. Для соединения вторичного преобразователя и контроллера используется трехжильный провод. Две жилы – для питания, третья – для передачи токового сигнала.

Датчики оборотов двигателей представляют собой нормально разомкнутые магнитные размыкатели, основанные на эффекте Холла. Датчики крепятся в непосредственной близости от валов двигателей. На валы двигателей, строго напротив датчиков, с помощью клея крепятся магниты.

Выходы датчиков подключаются к дискретным входам контроллера. На каждый датчик подаётся постоянное напряжение питания. Поэтому в обычном состоянии на вход контроллера подступает постоянное напряжения питания 24 В, что соответствует логической единице.

В момент прохождения магнита мимо датчика происходит размыкание питающей цепи, что вызывает падение напряжения на дискретном входе контроллера. Это воспринимается контроллером как смена сигнала из логической единицы на логический ноль, что соответствует одному обороту вала.

Для сигнализации о переполнении топливной цистерны, и также о низком уровне топлива, используются релейные выходы вторичного преобразователя. Через них подключаются световые и звуковые сигнализаторы уровня.

В блоке управления вторичного преобразователя программируются две метки: верхняя и нижняя. При достижении уровня топлива, соответствующего верхней метке, происходит срабатывание первого реле. Аналогично работа организована с нижней меткой.

Выходной сигнал вторичного преобразователя уровня стандартизирован и нормирован. Для токовых сигналов (которые используются во взрывобезопасных приложениях) существует два диапазона нормирования: 0..20 мА или 4..20 мА. Большинство типов промышленного контрольно-измерительного оборудования поддерживает указанные диапазоны сигналов.

Диапазон 0..20 позволяет более точно провести передачу сигнала, поскольку диапазон изменения больше. Нужный диапазон задаётся непосредственно на вторичном преобразователе.

Контроллер производит оцифровку значения тока на аналоговом входе и вычисление уровня топлива.

Данные передаются в компьютер через последовательный порт, где с ними производится дальнейшая обработка. Алгоритмы обработки и структура программного обеспечения будут рассмотрены ниже.

Постоянная связь системы с диспетчерским пультом поддерживается с помощью терминала спутниковой системы Inmarsat. Терминал подключается в ПЭВМ также через последовательный порт. Управление сеансами связи производится программным модулем, работающим на ПЭВМ капитана судна.

Этот программный модуль осуществляет в автоматическом режиме оптравку значения уровня топлива и частот вращения валов двигателей на диспетчерский пульт.

Кроме этого, спутниковый терминал позволяет получать GPS-информацию: координаты судна, скорость, направление движения.

Рисунок 2.1 - Общая схема организации распределённой измерительной системы

Используемый в системе промышленный контроллер поддерживает передачу SMS-сообщений через GSM-модем.

Посредством SMS-сообщений контроллер также может в автоматическом режиме передавать указанные выше данные, не используя спутниковую связь. Использование альтернативного канала позволяет экономить денежные средства, поскольку трафик, проходящий через спутниковую систему значительно дороже, чем трафик через наземные GSM-станции.

Однако, GSM-канал ограничен в использовании, поскольку часть времени судно находится вне покрытия сотовых сетей. Вместе с этим, логика работы программного обеспечения позволяет наладить его эффективную работу, поскольку основной маршрут судна пролегает по реке, вблизи городов. Это позволяет отправлять сообщения при попадании судна в зону действия сотовых сетей и только в случаях, когда судно длительное время находится вне зоны действия сотовых сетей, задействуется спутниковый канал.

GSM-канал позволяет также осуществлять управление системой посредством команд, посылаемых с сотового телефона диспетчера в виде SMS-сообщений. Эта возможность имеет существенные преимущества, поскольку позволяет руководителю транспортной компании в любой момент запрашивать текущую информацию о судне с сотового телефона.

2.2 Структура программного обеспечения распределённой ИИС

Программное обеспечение физически состоит из трёх компонентов: управляющая программа для контроллера, клиентское приложение на ПЭВМ капитана судна и серверное приложение на ПЭВМ диспетчера.

Структура взаимодействия компонентов ПО показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структура программного обеспечения автономной распределённой ИИС

2.3 Линейная аппроксимация градуировочной характеристики

Градуировочная характеристика определяет зависимость между уровнем топлива в цистерне и его объёмом. Данная зависимость задаётся табличным способом. При этом характеристика для груженого состояния судна отличается от характеристики в балластном состоянии. Соответственно, имеется две градуировочные таблицы. Каждая из таблиц содержит по 300 отсчётов уровня. Данные таблицы приведены в приложениях А и Б.

Клиентское приложение массу топлива рассчитывает по таблице, полученной путём усреднения данных из двух указанных таблиц. Полученная таблица имеет существенный объём и не может быть занесена непосредственно в память контроллера целиком. Поэтому была проведена линеаризация градуировочной характеристики линейными регрессионными уравнениями. Поскольку операционная система контроллера не работает с вещественными числами, все данные из таблиц были умножены на 100. полученная характеристика приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Усреднённая градуировочная характеристика