Desenvolupament d'un sistema de control i supervisió del "process control system" de Festo

Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras E.T.I., esp. en Electrònica Industrial Projecte Final de Carrera Primavera 2005 Documentació Memòria PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 1 Índex 1. OBJECTIUS I JUSTIFICACIO DEL PROJECTE .................................... 3 2. INFORMACIÓ DE LA PLANTA...................................................... 6 2.1. Estructura bàsica del PCS.................................................... 7 2.2. Estacions ....................................................................... 9 2.2.1. Estació de control de nivell (ECN) ....................................... 9 2.2.1.1. Components bàsics ...................................................... 9 2.2.1.2. Funcionament independent ............................................ 9 2.2.2. Estació de control de cabal (ECC).......................................10 2.2.2.1. Components bàsics .....................................................10 2.2.2.2. Funcionament independent ...........................................10 2.2.3. Estació de control de pressió (ECP).....................................11 2.2.3.1. Components bàsics .....................................................11 2.2.3.2. Funcionament independent ...........................................11 2.2.4. Estació de control de temperatura (ECT) ..............................13 2.2.4.1. Components bàsics .....................................................13 2.2.4.2. Funcionament independent ...........................................13 2.2.5. Estació de by-pass (EB)...................................................14 2.2.5.1. Components bàsics .....................................................14 2.2.5.2. Funcionament...........................................................14 2.3. Dades tècniques de les estacions..........................................15 2.4. Panell de control de les estacions ........................................16 2.5. Sistema de control PID ......................................................17 2.5.1. Descripció general ........................................................18 2.5.2. Configuració del PID ......................................................20 3. COMUNICACIÓ PLANTA - ORDINADOR SUPERVISOR ...........................25 3.1. Comunicació Profibus FMS ..................................................26 3.2. Establir connexió entre el PC i els perifèrics ...........................28 3.3. Configuració del PID per treballar en mode supervisor ................29 3.3.1. Estació de control de nivell (ECN) ......................................29 PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 2 4. ENTORN INTOUCH ................................................................31 4.1. InTouch - WindowMaker.....................................................33 4.1.1. Elements bàsics ...........................................................34 4.1.1.1. Application Explorer ...................................................35 4.1.1.2. Barres d’eines ..........................................................37 4.1.1.3. Taula d’opcions d’un objecte.........................................46 4.1.1.4. Creació de variables ...................................................48 4.1.1.5. Variables estació de nivell............................................52 4.2. InTouch - WindowViewer....................................................55 4.3. Aplicacions....................................................................57 4.3.1. Mostrar valors numèrics amb una variable de text....................57 4.3.2. Variar els paràmetres P, I i D del regulador ...........................60 4.3.3. Simulació de l’emplenat d’un dipòsit...................................64 4.3.4. Visualitzador analògic ....................................................66 4.3.5. Gràfica a temps real (Real-Time Trend)................................68 4.3.6. Histograma.................................................................71 4.3.7. Barra de control de l’histograma........................................74 4.3.8. Guardar dades de l’histograma..........................................76 4.3.9. Cursor en l’histograma ...................................................80 PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 3 1. OBJECTIUS I JUSTIFICACIO DEL PROJECTE PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 4 L’objectiu del projecte és dur a terme el desenvolupament d’un entorn gràfic per tal de facilitar el control i la supervisió de la planta de “Process Control System” de Festo, realitzant un manual d’instruccions del programa comercial InTouch que permeti, de forma senzilla, registrar i analitzar les dades obtingudes de la planta, fer sintonia de controlador, etc. Aquest manual facilita la tasca de simulació, treball i supervisió amb un sistema real, a través d’un ordinador extern al sistema, amb el qual es poden adquirir les dades, treballar-les, i caracteritzar la planta per a una simulació més específica o adaptada a les nostres consignes. L’ordinador supervisor actua com a administrador del conjunt donant les ordres i rebent les dades sol·licitades. La planta de simulació es limita a actuar segons els paràmetres donats, ja que té la capacitat d’estar totalment controlada externament, a través de la connexió entre tots els elements de la planta i l’ordinador. Aquest sistema és una simplificació de l’automatització i supervisió de processos realitzats en el món laboral actual, on la màquina de processos en qüestió es limita a complir les ordres establertes per un sistema supervisor, no sempre al costat mateix i, per tant, actuant segons els valors de diverses variables de control visualitzades a través d’aquest ordinador remot. Degut a la similitud entre les diverses estacions de control, tan sols ens centrarem en la connexió amb l’estació de control de nivell, ja que té un comportament àgil i això facilita de forma important l’estudi del seu funcionament a través de l’ordinador supervisor. El comportament amb les altres estacions és similar, adaptades a la seva velocitat de funcionament i paràmetres diferenciats. Per exemple, l’estació de control de temperatura, té una velocitat d’actuació molt menor, i la de cabal, molt superior respecte a la de nivell. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 5 Aquest projecte conté tres apartats a destacar: • Informació general de la planta, on s’inclou una explicació breu de cadascuna de les estacions. • Informació del sistema de comunicació existent i de com dur a terme la comunicació entre la planta i l’ordinador supervisor. • Explicació de l’entorn InTouch, que és l’usat per l’ordinador supervisor per a comunicar-se amb la planta i poder comunicar i establir valors a les variables de control de la planta, amb algunes aplicacions usades a la hora de crear el desenvolupament gràfic supervisor. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 6 2. INFORMACIÓ DE LA PLANTA PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 13 2.2.4. Estació de control de temperatura (ECT) La funció principal del sistema de control de temperatura és regular la variació de temperatura en l’aigua allotjada al dipòsit de la planta. Degut a que la conversió d’energia per tal d’escalfar l’aigua, el procés és lent i el sistema de control té una constant gran de temps (retard). 2.2.4.1. Components bàsics Els components bàsics de l’ECC per al seu control i supervisió són: • B401. Dipòsit d’emmagatzematge. • E401. Intercanviador de calor. • P401. Bomba motoritzada. • TIC401. Sensor de temperatura, corresponent a un a resistència PT100. • V405. Vàlvula d’accionament manual per al drenatge de la planta. 2.2.4.2. Funcionament independent L’aigua existent en el dipòsit B401 és escalfada a través de l’intercanviador de calor E401, i l’aigua és recirculada a través de la bomba P401. El sensor TIC401, corresponent a una resistència PT100, mesura la temperatura de l’aigua mostrant el valor actual. Fig.10: Esquema de l’ECT Fig.9: Estació de control de temperatura PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 14 2.2.5. Estació de by-pass (EB) L’estació de by-pass controla el cabal d’aigua entre les estacions de la planta. Per segons quins processos, és necessària una quantitat concreta de líquid en l’estació. També es poden dur a terme processos on hi intervenen més d’una estació. Degut a això, l’estació pot treballar solament amb una estació o formant part d’un sistema complex on n’hi intervenen vàries. A través del sistema SCADA o el PLC, podem realitzar el traspàs d’aigua entre les estacions. 2.2.5.1. Components bàsics Els components bàsics de l’EB per al seu control són: • Bomba motoritzada. • 8 vàlvules d’accionament manual. • 8 vàlvules d’accionament automàtic. 2.2.5.2. Funcionament En cada estació hi ha 2 sensors capacitius de proximitat, situats en els dipòsits Bx01. Aquests sensors s’usen per tal de controlar el funcionament de l’estació de by-pass mentre la bomba motoritzada es troba en funcionament. La funció bàsica és evitar que la bomba treballi en buit i això provoqui l’entrada d’aire al sistema de canonades de l’estació de by-pass. L’estació conté 8 vàlvules automàtiques (controlades a través per SCADA o a través del PLC), V5x1 i V5x2, cadascuna de les quals té una vàlvula d’accionament manual en paral·lel, V5x3 i V5x4. Quan la planta treballa en algun procés, totes les vàlvules manuals han d’estar tancades, per tal de poder controlar l’estació de by-pass de forma automàtica mitjançant l’SCADA o el PLC. Fig.11: Estació de by-pass PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 15 2.3. Dades tècniques de les estacions Estació Paràmetre Valor Màxima pressió d’operació 50kPa (0,5bar) Volum dipòsit 12L Cabal de la bomba 10L/min GENERAL Dimensió canonades DN15 Rang de treball en llaç tancat 0…350mm Rang de treball del sensor 150…500mm Senyal de sortida del sensor 4…20mA Senyal de control bomba (0…24V) 0…10V NIVELL Número de dipòsits 2 Rang de treball en llaç tancat 0…10L/min Rang de treball del sensor 0,5…15L/min Senyal de sortida del sensor 26…800Hz Senyal de control bomba (0…24V) 0…10V Senyal de control vàlvula proporc. 0…10V CABAL Número de dipòsits 1 Rang de treball en llaç tancat 0…30kPa (0…300mbar) Rang de treball del sensor 0…10kPa (0…100mbar) Senyal de sortida del sensor 0…10V Senyal de control bomba (0…24V) 0…10V Senyal de control vàlvula proporc. 0…10V PRESSIÓ Número de dipòsits 1 Rang de treball en llaç tancat 0…60ºC Rang de treball del sensor -50…+150ºC Senyal de sortida del sensor Resistència PT100 Senyal de control intercanviador de calor 230VAC (potència 1000W) ON/OFF (control relé 24VDC) TEMPERATURA Número de dipòsits 1 PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 16 2.4. Panell de control de les estacions Cada estació de control inclou un panell de control, el qual té tots els components per tal de poder funcionar correctament. La taula mostrada a continuació, mostra tots els components i la funció de cadascun d’ells: Element de control Assignació Funció Interruptor OFF/ON S1 Controla la tensió de l’estació: ON Æ Estació alimentada OFF Æ Estació sense tensió d’alimentació Interruptor PUMP S2 Controla la variable de control de la bomba: ON Æ funcionament continu a règim màxim OFF Æ variable controlada a través del sistema en llaç tancat o del PC supervisor Interruptor VALVE S3 Activa la vàlvula proporcional: ON Æ treballant en llaç tancat, la variable de control domina la vàlvula i no la bomba Interruptor EXTERN FUNCTION S4 No es troba connectat Indicador POWER H1 Informa de la tensió de l’estació: ON Æ Estació alimentada OFF Æ Estació sense tensió d’alimentació Indicador ALARM H2 Avisa de la presència d’alarma en l’estació Endoll senyal ‘X’ X1 Valor actual del sensor de l’estació. La senyal depèn del tipus de sensor Endoll senyal ‘Y’ X2 Senyal de control. Depèn de l’estat d’S2: Æ S2 “ON”: bomba a règim màxim. Æ S2 “OFF”: depèn del controlador Endoll senyal ‘ext. W’ X3 Valor extern del SetPoint (valor objectiu en llaç tancat). Fig.12: Panell de control del regulador PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 17 2.5. Sistema de control PID Cada estació de treball disposa d’un PID. Aquest pot disposar d’un panell d’operació i unes tecles de funció. A continuació, hi ha una taula amb la descripció de les tecles de funció del PID: - Al pressionar-lo, ens desplacem per les diverses opcions existents en el submenú que ens trobem. - Si el tenim pressionat, juntament amb ENTER, durant un període mínim de 5 segons, accedim al menú de configuració de l’estació. - Confirmem el nou valor modificat. - Si el tenim pressionat, juntament amb SELECT, durant un període mínim de 5 segons, accedim al menú de configuració de l’estació. - Selecció del dígit a variar quan ens trobem en possibilitat de canviar el valor numèric d’un paràmetre. - Redueix el valor de la variable manipulada (en mode manual). Pot ser tensió, corrent,… segons la senyal. - Modifica un valor numèric. - Incrementa el valor de la variable manipulada (en mode manual). Taula 1: Descripció de les tecles de funció del PID PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 18 2.5.1. Descripció general El controlador industrial digital de què disposen les estacions és un regulador PID la funció del qual és controlar el procés de funcionament d’una acció. La següent figura mostra una visió general del regulador: El regulador pot tenir varis tipus de senyals d’entrada: • Senyals analògiques estàndards de corrent (0…20mA, 4…20mA). • Senyals analògiques estàndards de tensió (0…10V). • Senyals analògiques de freqüència. • Senyals provinents de termoacopladors. • Senyals provinents de termòmetres resistius (com una PT100). Com a senyals de sortida del regulador es poden obtenir: • Senyals analògiques estàndards de corrent (0…20mA, 4…20mA). • Senyals analògiques estàndards de tensió (0…10V). • Senyals provinents de relés. Fig.13: Esquema general del regulador PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 19 El regulador pot controlar el sistema amb diversos mètodes, i d’entre els quals pot trobar-se un funcionament local (a través del propi regulador) o remot (a través d’un sistema supervisor extern al regulador), segons la configuració realitzada en el regulador (veure l’apartat Configuració del PID per treballar en mode supervisor per a veure com es configura la forma de control local o remot): • Control amb un setpoint fix. • Setpoint fixat amb un sistema de control de realimentació. • Seguiment del procés a través de paràmetres designats externament. • Control de relació “ratio” (de proporció entre dues variables). • Control en cascada. El regulador està caracteritzat per una interfície de control de fàcil lectura a través d’una pantalla LCD, d’on es pot escollir entre un petit ventall de llenguatges disponibles per a facilitar la seva interpretació. Les accions següents poden realitzar-se amb l’ajuda del menú en varis nivells de control del regulador (veure l’apartat Configuració del PID per treballar en mode supervisor per a veure les variables més detallades): • Configuració del control a realitzar (definint l’estructura del regulador). • Definir els paràmetres del controlador (definint els paràmetres del regulador). • Indicar la operació a realitzar amb les variables durant el procés (amb intervencions manuals). Per evitar que els paràmetres configurats i les dades treballades es puguin danyar degut a un error en l’alimentació de la planta, les dades són emmagatzemades en l’EEPROM del regulador. Els algoritmes d’auto-optimització que inclou el regulador (per a un autoajustament i adaptació) ja estan implementats al regulador i asseguren l’adaptació automàtica dels paràmetres del regulador per a processos en llaç tancat. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 20 2.5.2. Configuració del PID Cada estació té una configuració estàndard, que inclou un comportament bàsic per funcionar amb control remot. Per tal de poder entendre els passos seguits per a la configuració de l’estació de nivell, a continuació s’exposen els menús i les variables de què disposa el regulador: NOTA: Amb negreta es marquen les variables que es programaran en l’estació de control de nivell. • Structure: Defineix l’estructura del controlador.  Standard: regulació estàndard per a un llaç de control. La segona entrada del regulador no s’usa.  Extern SP: seguiment del control amb un setpoint extern. La segona entrada del regulador és usada per a l’entrada de setpoint externa.  Ratio: Control del quocient. La segona entrada del regulador és utilitzada per la variable de procés PV2.  Feed forward: Valor del setpoint fixat amb un control en llaç tancat. La segona entrada del regulador és utilitzada pel control de la realimentació.  Cascade: Control en cascada. La segona entrada del regulador és utilitzada pel control en cascada. • Input 1: Defineix diversos paràmetres de la primera senyal d’entrada al regulador.  Signal type: Selecciona el tipus de senyal d’entrada al regulador.  Frequency: Entrada de senyal de freqüència.  0-10V: Entrada de senyal estàndard de 0…10V.  0-20mA: Entrada de senyal estàndard de 0…20mA.  4-20mA: Entrada de senyal estàndard de 4…20mA.  Pt100: Entrada per a la connexió d’una resistència Pt100.  TC type J, K, T, R, S: Entrades per a la connexió de termoacopladors.  Root extraction: Aquesta funció només és oferta quan s’usa les senyals estàndards (0-10V, 0-20mA i 4-20mA).  √, yes: Funció d’extracció de l’arrel activada.  √, no: Funció d’extracció de l’arrel desactivada. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 21  Scaling: Totes les entrades com alarmes i límits del setpoint estan determinades pels valors d’escala (scaling).  PVh (high scaling value): El valor d’escala major és assignat a les senyals de 20mA o 10V, o la màxima freqüència de la senyal analògica de freqüència. Rang d’ajust: -1999 ≤ PVh ≤ 9999.  PVl (low scaling value): El valor d’escala menor és assignat a 0mA, 4mA o 0V, o a la freqüència de 0Hz. Rang d’ajust: -1999 ≤ PVl ≤ PVh  Setpoint limit: Determina els valors límit de la senyal de setpoint.  SPh (high setpoint limit): Valor màxim de la senyal de setpoint. Rang d’ajust: SPl ≤ SPh ≤ PVh  SPl (low setpoint limit): Valor mínim de la senyal de setpoint. Rang d’ajust: PVl ≤ SPl ≤ SPh  Alarm mode: Determina els límits d’alarma del regulador.  Al, rel (relative alarm): El programa d’alarmes es basa amb els valors límit dels rangs d’escala (PVh i PVl).  Al, abs (absolute alarm): El programa d’alarmes es basa amb els valors límit del setpoint (SPh i SPl).  Alarm limit:  PV+ (high alarm limit): Valor màxim del límit d’alarma. Rang d’ajust: PV- ≤ PV+ ≤ PVh  PV- (low alarm limit): Valor mínim del límit d’alarma. Rang d’ajust: PVl ≤ PV- ≤ PV+  Hy (alarm hysteresis): Valor d’histèresi de l’alarma. Rang d’ajust: 0.1 ≤ Hy ≤ 20.0  Filter: Una senyal d’interferència sobreposada a una senyal de mesura pot ser atenuada amb un filtre. El regulador incorpora un filtre passa baixos de primer ordre.  Fg1 (cut-off frequency (-3dB)): Limitació de la freqüència al filtre. Rang d’ajust: 0.1 ≤ Hy ≤ 20.0 (en Hz) 0.1Hz: constant de temps d’1.6 segons. 20Hz: constant de temps de 0.01 segons. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 22 • Input 2: Defineix diversos paràmetres de la segona senyal d’entrada al regulador. • Controller: S’estableixen els paràmetres del regulador.  Controller Parameter: Es determinen els valors dels paràmetres que controlen el regulador.  Kp1 (proportional action coefficient gain): Rang d’ajust: 0.001 ≤ Kp1 ≤ 999.9  Tr (reset time): Rang d’ajust: 0.4 ≤ Tr ≤ 9999 (en segons) Amb el valor Tr=9999, la part integradora del regulador queda deshabilitada (regulador P o PD).  Td (derivative action time): Rang d’ajust: 0.0 ≤ Td ≤ 9999 (en segons) Amb el valor Td=0, la part derivadora del regulador queda deshabilitada (regulador P o PI).  Pdb (dead zone around the setpoint): Dins de la zona morta, el regulador PID no reacciona als canvis del valor del procés. Rang d’ajust: 0.001 ≤ Pdb ≤ 10 (en %, en referència al rang d’escala PVH i PVl).  CO0 (operating point of controller): Són els punts de funcionament del regulador. Rang d’ajust: COl ≤ CO0 ≤ COh0 (en %, en referència a la variable regulada). • Output: Defineixen el tipus de senyal de sortida.  Output signal type: S’escull el tipus de senyal de sortida.  Continue: Senyal de sortida contínua.  Position: Senyal de sortida amb 3 punts en l’esglaó amb una realimentació externa per al control de la posició.  2-point PWM: Senyal de sortida amb 2 punts PWM.  3-point PWM: Senyal de sortida amb 3 punts PWM.  3-pt step: Senyal de sortida amb tres punts d’esglaó.  Signal type: Tipus de senyal de sortida.  0-10V: Sortida de senyal estàndard de 0…10V.  0-20mA: Sortida de senyal estàndard de 0…20mA.  4-20mA: Sortida de senyal estàndard de 4…20mA. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 29 3.3. Configuració del PID per treballar en mode supervisor El sistema supervisor, accedeix a les variables continues de la planta a partir del PID industrial. Aquest PID ha d’estar configurat d’una forma determinada, poden ser algun d’aquests paràmetres configurables a partir del sistema supervisor. 3.3.1. Estació de control de nivell (ECN) Segons des d’on ens mirem les variables, el seu nom rep petites variacions. La següent taula és un resum per interpretar cada variable amb el què representa, i el rang d’ajust que pot tenir: Descripció Regulador InTouch Rang d’ajust Acció proporcional (gain) Kp1 Kp 0.001 ≤ Kp1 ≤ 999.9 Acció integradora * (reset time) Tr Tv 0.4 ≤ Tr ≤ 9999 (seg) Acció derivativa ** (derivative action time) Td Tn 0.0 ≤ Td ≤ 9999 (seg) Tot seguit es mostra l’arbre de configuració estàndard de l’estació per al seu funcionament estàndard i de forma remota: PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 30 Fig.16: A rbre de configuració de l’estació de control de nivell PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 31 4. ENTORN INTOUCH PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 32 El programari de treball, anomenat InTouch, es divideix en dos subprogrames: • InTouch WindowMaker. És el programari necessari per tal de crear l’entorn gràfic que després s’usarà per fer la supervisió en temps real. A través d’ell, podem: - Crear i configurar finestres i el seu disseny. - Llegir i poder modificar el valor de les variables internes del programa i de la planta a través de l’InTouch WindowViewer. - Crear múltiples accions dinàmiques o actives per a ser visualitzades i treballades amb l’InTouch WindowViewer en comunicació directe amb la planta (botons d’acció, visualitzadors analògics, gràfiques a temps real, histogrames,...). - Crear arxius *.csv amb informació sobre els valors obtinguts des de la planta i poder treballar amb ells des de d’altres programes que acceptin aquest format. • InTouch WindowViewer. És la compilació de l’aplicació realitzada amb l’InTouch WindowMaker i permet la supervisió en temps real de la planta. Des d’aquest entorn es pot: - Moure’s per les finestres realitzades. - Llegir el valor actual de les variables desitjades (de forma digital o analògica a través de visualitzadors, gràfics, histogrames,...) i poder variar el valor a les variables, ja siguin analògiques o digitals. - Determinar l’interval d’adquisició de dades d’un histograma i el nombre de dades a adquirir, i d’aquí, crear un arxiu *.csv (en format de files i columnes) on es mostrin els valors adquirits. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 33 4.1. InTouch - WindowMaker És el programa de desenvolupament de l’entorn gràfic i de tractament de les variables que pertanyen al PCS. És l’aplicació mitjançant la qual creem les finestres que usarem per a facilitar la comunicació usuari - planta. Podem accedir al programa a través de l’icona general d’InTouch o la del programa directament. Si s’entra a través de la d’InTouch, apareixerà una finestra on es podrà escollir quin projecte utilitzar i amb quin programa obrir-lo. La finestra és la següent: Fig.17: Caràtula de l’InTouch WindowMaker PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 34 Un cop hem escollit el projecte PFC, cliquem sobre l’icona del WindowMaker. Un cop realitzat això, ja ens trobem dins l’entorn del WindowMaker, i a punt per a treballar amb ell. 4.1.1. Elements bàsics El programa es divideix en vàries finestres i barres d’eines, que tot seguit comentarem per a saber un ús general d’elles. A pplication Explorer Barres d’eines PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 35 4.1.1.1. Application Explorer a. Windows Permet obrir les finestres de disseny existents o crear-ne de noves. Les possibilitats que tenim son: • Expandint el menú Windows (+), es llisten totes les finestres existents en l’aplicació. • Amb doble click sobre del nom de la finestra, aquesta es visualitza en la finestra principal. • Click dret sobre del títol d’una finestra, mostra un seguit d’opcions:  New: crea una finestra nova.  Open: obre la finestra seleccionada.  Close: deixa de mostrar-se la finestra seleccionada.  Save: guarda la finestra en el seu estat actual.  Save as: permet guardar-la amb un altre nom.  Delete: borra la finestra.  Window Scripts: obre les característiques de InTouch QuickScripts.  Properties: mostra les propietats de la finestra. • Amagant el menú Windows (-), s’oculten les finestres existents en l’aplicació. b. Scripts Permet executar comandes i operacions lògiques a través de les variables del sistema i de la planta. Per exemple, es poden realitzar operacions a l’hora de pressionar una tecla, quan una finestra és oberta, canviar el valor d’una variable,… • Expandint el menú Scripts (+), es mostren tots els InTouch QuickScripts. • Doble click sobre cada un d’ells, mostra el codi de programació del tipus d’Scripts que es poden crear:  Application: relacionats amb l’aplicació. Es diferencien 3 condicions:  On Startup: accions que es duran a terme quan el programa s’iniciï.  While Running: accions que es duran a terme mentre el programa en trobi en funcionament.  On Shutdown: accions que es duran a terme quan el programa finalitzi. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 36  Key: accions relacionades amb les tecles de les pantalles o amb combinacions de tecles del teclat. Es diferencien 3 condicions:  On Key Down: accions que es duran a terme quan es pressioni una tecla.  While Down: accions que es duran a terme mentre una tecla es trobi pressionada.  On Key Up: accions que es duran a terme quan es deixi de presionar una tecla.  Condition: té relació amb variables tagname discretes o expressions que poden tenir valors de cert o fals. Es diferencien 4 condicions:  On False: accions realitzades quan la variable passi a fer falsa.  While False: accions realitzades mentre la variable tingui valor fals.  On True: accions realitzades quan la variable passi a ser certa.  While True: accions realitzades mentre la variable tingui valor cert.  Data Change: està relacionat amb variables tagname. Aquests scripts són executats tan sols una vegada, quan el valor del tagname canvia, dins de la zona de mínim i màxim valor de la variable (tagname) un cop creada a través del Tagname Dictionary.  QuickFunctions: són scripts que poden ser escrits o cridats des d’un altre script o expressió. Aquests són emmagatzemats en l’aplicació on han estat creats, i quan són cridats a través d’un altre script o expressió, aquests són executats automàticament. Lògicament, abans de ser cridats han d’estar creats, ja que sinó, la pantalla de programació del codi no acceptarà el nou codi perquè no el reconeixerà.  ActiveX Event: són els controls relacionats amb ells mateixos. Alguns exemples són el click, el doble click, el moviment del ratolí i el pressionar una tecla són accions típiques usades en l’ActiveX. • Amagant el menú Scripts (-) s’oculten els tipus de QuickScripts. c. Tagname Dictionary Permet visualitzar les variables configurades de tota la planta i internes del programa. És la part del WindowMaker on es poden crear les variables. • Doble click al menú Tagname Dictionary, es mostren les variables del programa i de la planta que han estat configurats. • Click dret, mostra la opció Open equivalent al punt anterior. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 37 4.1.1.2. Barres d’eines a. Drawing 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Inclou eines per s’usen per a crear objectes simples (rectangles, el·lipses, línies o objectes de text) i complexes, a més de crear gràfics a temps real, històrics, incloure imatges externes (bitmaps) i botons 3D amb títols. Nº Descripció 1 Mode selector, usat per a seleccionar objectes en la finestra. 2 Usat per a dibuixar rectangles. 3 Usat per a dibuixar rectangles arrodonits. 4 S’usa per a dibuixar el·lipses o cercles. 5 Dibuixa línies en qualsevol angle. 6 Dibuixa línies verticals o horitzontals. 7 Dibuixa polilínies. 8 Usat per a dibuixar polígons. 9 Crea objectes de text. 10 Utilitzat per a afegir una imatge externa (bitmap). Accepta els arxius de tipus .bmp, .jpg, .pcx, .tga. 11 Crea un objecte gràfic a temps real. 12 Crea un objecte gràfic històric. 13 Crea un botó en 3D amb títol. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 38 b. Arrange 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Inclou les eines que executen la majoria d’ordres per dissenyar les pantalles mitjançant els objectes dibuixats. Nº Descripció 1 Align Left: Alinea al lateral esquerre tots els objectes seleccionats agafant, com a marge, l’objecte seleccionat situat més a l’esquerre. 2 Align Center: Alinea en la línia central vertical tots els objectes seleccionats amb la línia central corresponent al grup d’objectes seleccionats. 3 Align Right: Alinea al lateral dret tots els objectes seleccionats agafant, com a marge, l’objecte seleccionat situat més a la dreta. 4 Align Top: Alinea al marge superior tots els objectes seleccionats, partint de l’objecte seleccionat situat per sobre dels demés. 5 Aling Middle: Alinea en la línia central horitzontal tots els objectes seleccionats, obtenint la línia central del grup d’objectes seleccionats. 6 Align Bottom: Alinea al marge inferior tots els objectes seleccionats, partint de l’objecte seleccionat situat per sota dels demés. 7 Align Centerpoints: Alinea al punt central dels objectes seleccionats amb el punt central del grup d’objectes seleccionats. 8 Send to Back: Situa els objectes seleccionats per sota dels objectes no seleccionats. En cas de sobreposició, els objectes seleccionats quedarien ocults pels que no s’han seleccionat. 9 Bring to Front: situa tots els objectes seleccionats per sobre dels altres objectes. En cas de sobreposar-se, els seleccionats es veurien completament. 10 Space Horitzontal. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 45 Si escollim el menú Trends, es mostren tots els objectes relacionats amb els gràfics, els panells de control dels gràfics i els cursors. En l’apartat Aplicacions d’aquest projecte hi ha la majoria d’aquests objectes explicats, ja que s’han usat tant per realitzar un gràfic en temps real, com per realitzar un histograma, usant un panell de control i uns cursors per a optimitzar les seves opcions. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 46 4.1.1.3. Taula d’opcions d’un objecte Un cop tenim un objecte (text, quadre, línia,...) situat a la finestra de disseny, fent un doble click s’obre el següent quadre: Aquest quadre serveix per relacionar un objecte amb una variable del procés. S’observen 9 subconjunts, cadascun dels quals té una característica determinada: • Touch Links: Accions que es realitzen al polsar sobre l’objecte. • Line Color: Escollir el color de la línia de l’objecte segons el valor d’una variable, ja sigui discreta o analògica. • Fill Color: Escollir el color d’omplenat d’un objecte segons el valor d’una variable, ja sigui discreta o analògica. • Text Color: Escollir el color del text seleccionat segons el valor d’una variable, ja sigui discreta o analògica. • Object Size: Variar l’amplada o alçada de l’objecte segons el valor d’una variable. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 47 • Location. S’usa per variar la situació de l’objecte dins de la finestra, segons el valor de la variable.  Vertical: es mou verticalment, definint uns paràmetres d’inici i final de recorregut.  Horizontal: es mou horitzontalment, definint uns paràmetres d’inici i final de recorregut. • Percent Fill: Segons el valor d’una variable, i determinant un valor màxim i mínim, ‘omple’ en sentit vertical o horitzontal un objecte. • Miscellaneous: Pots determinar, d’entre d’altres coses, que un objecte estigui visible o estigui habilitat segons el valor d’una variable. • Value Display: Usat per a visualitzar el valor de variables, majoritàriament objectes de text. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 48 4.1.1.4. Creació de variables Les variables que estan configurades en InTouch es troben a Tagname Dictionary. Per accedir a elles, hem de fer doble click a Tagname Dictionary, situat en el menú lateral (Application Explorer). Ens apareix una finestra com la següent, i escollim la opció desitjada: • New, si volem crear-ne una de nova (que serà el nostre cas). • Select, si volem observar totes les variables configurades en format llista i seleccionar-ne una de desitjada. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 49 Si escollim la opció New, ens apareix la mateixa finestra, però amb les cel·les buides. Els camps mínims a omplir són: • Tagname: És el nom de la variable que volem crear. • Type: És el tipus de variable que volem crear. Lògicament, el tipus de variable ha d’estar d’acord amb l’ús que se’n vol fer d‘ella.  Tipus Memory: són les que existeixen dins de l’aplicació InTouch. Són utilitzades com a constants del sistema i per a crear simulacions.  Memory Discrete: Variable discreta interna amb valors 0 (False, Off) o 1 (True, On).  Memory Integer: Valor enter de 32 bits entre -2.147.483.648 i 2.147.483.647.  Memory Real: variable interna amb coma flotant (o decimal). La part decimal pot tenir valors compresos entre -3.4E38 i 3.4E38. Tots els càlculs són efectuats amb una resolució de 64 bits, però el resultat és guardat amb 32 bits.  Memory Message: variable de text que pot emmagatzemar fins a 131 caràcters.  Tipus I/O: són les variables que s’han d’escriure o llegir des d’un altre aplicació de Windows. S’inclouen les entrades i sortides dels reguladors programables, computadores de procés i dades provinents de xarxes. Quan el valor de la variable varia, aquest nou valor és enviat, de forma immediata, a l’aplicació remota. De forma predeterminada, aquest tipus de variables poden ser llegides i modificades, però hi ha la opció que tan sols puguin ser de lectura (en la mateixa finestra de creació de les variables).  I/O Discrete: Variable d’entrada/sortida discreta amb valors 0 (False, Off) o 1 (True, On).  I/O Integer: Variable d’entrada/sortida que pot prendre valors enters de 32 bits entre -2.147.483.648 i 2.147.483.647.  I/O Real: Variable d’entrada/sortida decimal. La part decimal pot tenir valors compresos entre -3.4E38 i 3.4E38. Tots els càlculs són efectuats amb una resolució de 64 bits, però el resultat és guardat amb 32 bits.  I/O Message: variable d’entrada/sortida de format text que pot emmagatzemar un màxim de 131 caràcters. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 50  Variables diverses: hi ha uns tipus especials de variables que es poden assignar per a realitzar funcions complexes com crear visualitzacions dinàmiques de les alarmes, gràfics de tendència (històrics), etc.  Group Var: és utilitzada per assignar grups d’alarmes per crear visualitzadors dinàmics d’alarmes, registres del disc i registres d’impressió.  Hist Trend: el programa necessita variables del tipus Hist Trend per tal de poder crear gràfics de tendències (histogrames). Tots els arxius associats amb aquests gràfics poden ser aplicats a aquest tipus de variable.  Tag ID: és utilitzat amb els objectes dels histogrames, en el cas de voler recuperar informació sobre les variables que estan sent visualitzades en un histograma. En la majoria de casos, és usat per a saber el seu valor en un moment específic dins del propi histograma. • Comment: qualsevol comentari respecte a la variable que volem crear. És un camp opcional. • La part inferior forma part dels detalls de la variable:  Initial value: valor inicial de la variable.  Min Value: valor mínim que pot prendre la variable creada.  Man Value: valor màxim que pot prendre la variable creada. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 51 Un cop determinats tots els paràmetres necessaris, cliquem a OK i ja tenim la variable creada. Ara ja podem anar al WindowMaker i poder treballar amb ella. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 52 4.1.1.5. Variables estació de nivell L’estació de control del nivell treballa amb les següents variables per poder realitzar el control i la supervisió correcte a través del programari InTouch: • Variables de control (corresponen al regulador PID de l’estació de nivell):  W_Level. Valor de setpoint, equivalent al nivell que ha d’assolir en mode automàtic (set value PID). Tan sols pren el valor que té en aquell mateix instant. És la variable que s’utilitza en la gràfica de temps real, ja que tan sols mostra el valor en aquell precís moment.  X_Level. Valor actual del procés (PV del PID). Tan sols pren el valor que té en aquell mateix instant. És la variable que s’utilitza en la gràfica de temps real, ja que tan sols mostra el valor en aquell precís moment.  Y_Level. Valor de la variable manipulada, equivalent al senyal en mode manual (CO del PID). Tan sols pren el valor que té en aquell mateix instant. És la variable que s’utilitza en la gràfica de temps real, ja que tan sols mostra el valor en aquell precís moment.  H_A_Level. Indica si el controlador està en mode manual (0) o automàtic (equival a un control amb realimentació, 1). X_Leve l Y_Level W_Level Z e Fig.18: Esquema de les variables en l’estació de nivell PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 53 • Variables dels sensors binàris (controlats per l’autòmat):  Level_Hi: estat del sensor de nivell alt del dipòsit B101 de l’ECN.  Level_Lo: estat del sensor de nivell baix del dipòsit B101 de l’ECN. • Variables d’actuació binàries (que corresponen a variables de l’autòmat):  Level_In: equival a l’estat obert (1) o tancat (0) de la vàlvula automàtica d’entrada de líquid a l’estació de nivell, situada a l’estació de by-pass.  Level_Out: equival a l’estat obert (1) o tancat (0) de la vàlvula automàtica de sortida de líquid de l’estació de nivell, situada a l’estació de by-pass. • Variables de control de la regulació PID:  Kp_Level: valor de l’acció proporcional del regulador (Kp1 al regulador). El rang de valors es troba entre 0.001 i 999.9.  Tv_Level: valor de l’acció integradora del regulador (Tr al regulador). El rang de valors són 0.4…9999 segons. Si pren el valor de 9999 segons, l’acció integradora queda anul·lada.  Tn_Level: valor de l’acció derivativa del regulador. Els valors que pot prendre es troba entre 0.0 segons i 9999 segons. Si pren el valor de 0 segons, l’acció derivativa queda anul·lada.  P_K_Level: depenent del seu valor, habilita (2) o deshabilita (1) que els valors de Kp_Level, Tn_Level i Tv_Level puguin ser modificats. Una curiositat a tenir en compte és que quan es trobi en estat habil (2), l’estat del regulador passarà a ser manual, ja que en estat automàtic no és possible canviar els paràmetres de control del regulació. Aquest canvi en el valor de la variable el realitza el regulador automàticament. • Variables del programa supervisor:  W_Level_Trend: és un historial dels valors que ha pres la variable W_Level al llarg d’un període de temps. És la variable que s’utilitza en l’histograma per, a posteriori, crear una taula de dades en el temps.  X_Level_Trend: és un historial dels valors que ha pres la variable X_Level al llarg d’un període de temps. És la variable que s’utilitza en l’histograma per, a posteriori, crear una taula de dades en el temps. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 54 • Variables del programa supervisor creades per l’usuari: aquestes variables s’han creat per a poder treballar amb les finestres, saber quines estan obertes, i aplicar colors en figures segons l’estat de la finestra.  NIVELL: finestra general del control de l’estació de nivell.  NIVELL_HISTOGRAMA: finestra on hi ha el control de l’histograma.  NIVELL_MSG1: variable que controla l’estat de la finestra on s’anuncia que la variable sepoint es posarà a 0.  NIVELL_MSG2: variable que controla l’estat de la finestra on s’anuncia que la variable manipulada es posarà a 0.  NIVELL_MSG3: variable que controla l’estat de la finestra on s’anuncia que el regulador es posarà en estat manual.  NIVELL_PID: finestra on es modifiquen els valors P, I i D del regulador.  NIVELL_REAL: finestra on hi ha el control de la gràfica de temps real. La imatge inferior es basa en aquestes variables, i a través del color de la figura es pot observar que la finestra equivalent a l’histograma es troba oberta (tot i que és possible que es trobi en segon pla) i les altres dues resten tancades. Fig.19: Exemple per saber les finestres que són actives i desactives PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 61 A part, també s’ha creat l’habilitat de poder estar habilitats o deshabilitats, oferint o anulant la possibilitat de variar el seu valor. Això s’aconsegueix amb la opció Miscellaneous > Disable. A continuació es mostra la seva pantalla de configuració. Per tal de mostrar un color diferent segons l’habilitat anterior, s’ha activat la opció Text Color > Discrete. Amb aquesta opció podem variar el color del text, fent que a la vegada que la opció d’accedir a la variable estigui deshabilitada, el text assumeixi un color grisós (associat a un paràmetre desactivat). La pròxima imatge mostra la pantalla de configuració del color del text respecte al valor de la variable. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 62 La imatge que es mostra a continuació és a través del WindowViewer, i mostra que, al fet d’estar deshabilitat l’accés a variar els valors P, I i D del PID, les variables prenen el color grisós, i a la vegada, estan deshabilitades. Per altra banda, s’introdueix un concepte nou: assignar valors a variables a partir d’objectes de text. Això és el què es realitza amb els texts seleccionats a la imatge. La funció d’aquests objectes és assignar un valor determinat a una variable determinada. La seva configuració és diferent a la resta d’objectes de text. És per això que a continuació es mostra la finestra de propietats de l’objecte, i la finestra de programació, on se li assigna el valor desitjat. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 63 Un cop aquí, tenim la finestra configurada per a variar els valors P, I i D del regulador PID. Traslladant-nos al WIndowWiever, podrem posar a prova si cada objecte de text realitza la funció desitjada. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 64 4.3.3. Simulació de l’emplenat d’un dipòsit OBJECTIU: Realitzar un objecte que simuli el nivell de líquid existent en el dipòsit, amb les característiques següents: • Variable a utilitzar: X_Level. • El dipòsit s’ha d’omplir verticalment. • El fons del dipòsit ha de ser blanc, i el color del replè de tonalitat blavosa. REALITZACIÓ: En l’entorn WindowMaker, creem un Rectangle (amb la barra de dibuix), que simularà el perfil del dipòsit. Doble click sobre l’objecte, per a visualitzar la seva taula d’opcions. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 65 Escollir Percent Fill Vertical i introduir la variable del sensor (en l’estació de nivell, X_Level). També determinem les propietats de la variable: • Value at Max Fil (valor màxim de la variable). • Value at Min Fil (valor mínim de la variable). • Max % Fil (percentatge màxim amb el valor màxim de la variable). • Min % Fil (percentatge mínim amb el valor màxim de la variable). • Direction (direcció en què “s’omple” el rectangle). • Background color (color de fons del rectangle). Acceptem i ja tenim el simulador de nivell a punt per a ser usat. En l’entorn del WindowViewer, i segons el valor de la variable, es visualitzarà el nivell d’aigua corresponent. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 66 4.3.4. Visualitzador analògic OBJECTIU: Realitzar un objecte que simuli, visualment semblant a un multímetre analògic, el valor d’una variable: • Variable a utilitzar: X_Level. • El nom del visualitzador ha de ser Meter. • Hi ha d’haver 6 divisions majors i 2 de menors en la representació gràfica. • El fons de l’objecte ha de ser blanc, i el color del text negre. REALITZACIÓ: Cliquem a la barra d’eines Wizards i seleccionem el conjunt Meters. Doble click sobre el visualitzador analògic desitjat, i ens trobem en la finestra de treball. Movem el cursor fins a on volem insertar l’objecte i cliquem amb el botó esquerre. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 67 Un cop tenim el visualitzador en la finestra, fem doble click sobre l’objecte per a visualitzar la taula d’opcions de l’objecte. Propietats de la taula d’opcions: • Expression: nom de la variable a visualitzar. • Meter/Gauge Face: 9 Label: nom/títol del visualitzador analògic. 9 Fill/text color: color del fons/text. • Meter Range: valor mínim i màxim de la variable. • Tick Marks: 9 Major Divisions: número de divisions principals d’entre l’interval. 9 Minor Divisions: número de divisions en cada divisió principal. • Tick Labels: 9 Display a label for every: mostrar el valor de la divisió cada X divisions principals. 9 Text Color: color del text. Cliquem OK i ja tenim el visualitzador configurat. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 68 Quan treballem amb entorn WindowViewer, l’agulla del visualitzador representarà el valor actual de la variable a mostrar. 4.3.5. Gràfica a temps real (Real-Time Trend) OBJECTIU: Dur a terme una gràfica de temps real, de les característiques següents: • Variables a utilitzar: W_Level, X_Level i Y_Level. • Cada variable ha de ser de color verd, vermell i blau, respectivament. • S’ha de mostrar un ventall de 30 segons, i una actualització dels valors cada segon. • El rang dels valors han de dependre de les variables utilitzades. REALITZACIÓ: En la barra d’eines de dibuix, en l’entorn del WindowMaker, cliquem sobre l’icona corresponent a crear objectes gràfics en temps real. Un cop tenim la gràfica situada en pantalla, realitzem un doble click, d’on ens apareix una finestra de configuració. Configurem el gràfic a visualitzar: • Time: determina la longitud horitzontal del temps que es vol visualitzar. • Sample: és la freqüència amb què el sistema actualitza la gràfica. Hem de tenir en compte la freqüència màxima del sistema que volem representar. • Color: 9 Chart Color: acoloreix el fons de la gràfica. 9 Border Color: dóna color al marge de la imatge. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 69 • Time Divisions: 9 Number of Major Div.: és el nombre de majors divisions de temps que es vol dividir la gràfica, i el color corresponent a aquests eixos divisoris. 9 Minor Div/Major Div.: és el nombre de divisions de nivell menor desitjat per a cada divisió major. A la seva dreta es pot escollir el color dels eixos. • Value Divisions: es configura de forma semblant al ‘Time Divisions’, però es relaciona amb l’eix vertical que representa el valor de les variables. • Pen/Expression/Color/Width: en aquest apartat es representen les variables o funcions que es volen visualitzar: 9 Pen: Número de la variable. 9 Expression: expressió o variable que es vol visualitzar. 9 Color: color de la representació gràfica de la variable. 9 Width: gruix de la línia que representa la variable en el gràfic. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 70 Acceptem, i col·loquem el gràfic en la zona de la finestra que nosaltres desitgem. NOTA: La gràfica mostra un exemple de gràfica a temps real, on la línia verda representa la senyal de setpoint, la vermella el valor actual del procés i la blava la senyal de control del sistema. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 77 Ens traslladem al WindowViewer. Allà, podem combinar l’histograma, la barra de propietats i la barra per tal de guardar les dades que ens interessen. Per tal d’entendre com es poden combinar els tres elements, durem a terme un exemple, on quedarà clarament explicat el procés per a crear una taula de dades a través de l’histograma i de la seva barra de propietats. Suposarem l’estat mostrat a la propera il·lustració: Volem crear una taula de dades, amb l’interval centrat. Primerament, moure’m els cursors de l’histograma per tal que delimitin la regió desitjada, i posteriorment, cliquem a Zoom In, la funció del qual serà ampliar la zona seleccionada. Aquest és l’estat final de l’histograma, amb la part que ens interesa ampliada. A partir d’aquí, cliquem a sobre de la direcció de la barra per a generar una taula de dades, i escrivim la direcció on volem que ens generi la taula. NOTA: 9 La taula es pot crear en qualsevol lloc de l’ordinador el qual existeixi (el programa no crea carpetes si no existeixen). 9 Tampoc podrà crear l’arxiu si aquest es troba obert en un programa com l’Excel. 9 El format de l’arxiu ha de ser *.csv. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 78 PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 79 Un cop escollida la direcció, cliquem a Save to File i automàticament es genera la taula de dades en la direcció introduïda anteriorment. A continuació, es mostra un exemple, on s’hi visualitza la gràfica obtinguda en l’histograma, i una part de la taula de valors creada pel programa. En aquesta taula s’hi mostren les dades següents: • 1a i 2a columna: data i hora de les dades. • A partir de la 3a columna: els valors de les variables escollides en l’histograma. Exemple gràfic d’un procés amb canvi de set-point representat en la finestra de l’histograma. A sota, una mostra de la taula de dades creada. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 80 4.3.9. Cursor en l’histograma OBJECTIU: Insertar un cursor, que indiqui el valor de la variable mostrada en l’histograma. Per tal de poder realitzar aquesta funció és necessari: • Configurar l’histograma correctament. • Configurar el cursor amb les seves variables: HistTrend i HistTrendPenScale. • Crear dos cursors, cadascun dels quals per mostrar una de les dues variables mostrades en l’histograma. • Comprovar el correcte funcionament visualitzant els diferents valors en l’histograma, en entorn WindowViewer. REALITZACIÓ: Treballant amb el programa WindowMaker, en la llibreria Wizard, escollim la categoria Trends i la opció del cursor (Trend Pen Legend). Un cop tinguem l’objecte col·locat en la finestra i posició desitjada del WindowMaker, fem doble click sobre l’objecte. Ens apareixerà la seva finestra de configuració. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 81 S’han de definir dos conjunts de variables, que estan relacionades amb l’histograma i el seu panell de control. Clicant sobre el botó Suggest, el programa genera un nom que considera adient. En el nostre cas les hem anomenat de la següent forma: • Hist Trend: HistTrend • Pen Scale: HistTrendPenScale Hi ha d’altres paràmetres configurables en aquesta finestra: • Pen Number: en l’histograma, cada variable mostrada pertany a una ‘plumilla’ diferent. Si volem visualitzar els valors de la variable definida en la posició 1 (Pen #1), s’ha d’indicar amb el seu nombre enter corresponent. • Value Format: és el format numèric amb el qual es vol mostrar el valor de la variable. • For Invalid Values Display: en el cas que en el punt que es vulgui saber el seu valor, aquesta variable tingui un valor invàlid, es pot representar aquest estat amb un missatge enlloc del valor erroni de la variable. Un cop tenim el cursor configurat, i ens traslladem al WindowViewer, podem observar que, movent les barres inferiors de l’histograma, els cursors mostren el valor de cadascuna de les variables a les quals pertanyen. PFC - Desenvolupament d’un sistema de control i supervisió pel Process Control System de Festo Josep Sainz de Azuelo i Oliveras ETI, esp. electrònica industrial U UN NI IV VE ER RS SI IT TA AT T P PO OL LI IT TÈ ÈC CN NI IC CA A D DE E C CA AT TA AL LU UN NY YA A 82