PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA

im. Jana Amosa Komeńskiego

INSTYTUT POLITECHNICZNY

ELEKTROTECHNIKA Z INFORMATYKĄ TECHNICZNĄ

- INFORMATYKA TECHNICZNA

Temat:

STEROWANIE AUTOMATYCZNE NA STACJI UZDATNIANIA WODY

PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA

Autor pracy:

Leszek Gutkowski

Prowadzący:

dr inż. Sławomir Stępień

Leszno 2005

SPIS TREŚCI

1 WSTĘP ............................................................................................................................................................5

2 CEL I ZAKRES ..............................................................................................................................................6

3 STACJA UZDATNIANIA WODY - SUW ...................................................................................................7

3.1 Przeznaczenie i charakterystyka stacji ..........................................................................................7

3.2 Opis SUW Szczyrk .................................................................................................................................10

4 PRZEZNACZENIE SZAFY STEROWNICZEJ ORAZ OPIS JEJ KOMPONENTÓW ......................13

4.1 Sterowniki .............................................................................................................................................16

4.2 Styczniki ................................................................................................................................................18

4.3 Przekaźniki ............................................................................................................................................19

4.4 Wyświetlacze cyfrowe .......................................................................................................................19

4.4.1 Wyświetlacz WYSW 2002 ........................................................................................................19

4.4.2 Wyświetlacz WYSW - IDEC.................................................................................................... 20

4.5 Przetwornice częstotliwości............................................................................................................20

4.6 Panel operatorski ................................................................................................................................22

5 PRZEZNACZENIE OSPRZĘTU ORAZ JEGO DANE TECHNICZNE ...............................................25

5.1 Pompy przerzutowe I stopnia .............................................................................................................25

5.2 Pompa przerzutowa II stopnia ...........................................................................................................25

5.3 Pompa przerzutowa ze stopnia I na II ...............................................................................................25

5.4 Pompy sieciowe ......................................................................................................................................25

5.5 Przetworniki temperatury ................................................................................................................26

5.6 Mętnościomierze ..................................................................................................................................26

5.7 Urządzenie pomiarowe Chlortol ......................................................................................................26

5.8 Sondy hydrostatyczne .......................................................................................................................27

5.9 Przekaźnik poziomu cieczy z sondami zwieszakowymi..................................................................28

5.10 Pływaki ..................................................................................................................................................29

5.11 Przepustnice elektropneumatyczne ................................................................................................30

5.12 Przepływomierze ..................................................................................................................................30

5.13 Pompki dozujące ...................................................................................................................................31

6 WIZUALIZACJA WIZCON ......................................................................................................................34

7 ALGORYTMY STEROWANIA SUW SZCZYRK..................................................................................36

7.1 Tryb podstawowy SUW Szczyrk .......................................................................................................36

7.2 Tryb rezerwowy SUW Szczyrk .........................................................................................................38

7.3 Tryb szeregowy filtracji ...................................................................................................................38

7.4 Tryb równoległy filtracji .................................................................................................................39

7.5 Tryb płukania filtrów ........................................................................................................................39

8 APLIKACJA SYMULACYJNA SUW .......................................................................................................41

8.1 PRO-2000................................................................................................................................................ 41

8.1.1 Struktura sprzętowa dla aplikacji oprogramowania PRO-2000.................................... 43

8.1.2 Struktura oprogramowania PR0-2000................................................................................. 44

8.1.3 Platforma systemowa............................................................................................................. 45

8.1.4 Komunikacja.............................................................................................................................. 45

8.1.5 Zabezpieczenia........................................................................................................................... 45

8.1.6 Konstruowanie aplikacji......................................................................................................... 46

8.1.7 Sieć globalna - PRO-2000 INTERNET.................................................................................... 47

8.1.8 Zalety aplikacji PRO-2000...................................................................................................... 48

8.2 Wymagania i instalacja oprogramowania PRO-2000................................................................... 49

8.3 Sposób wykonania symulacji............................................................................................................. 50

8.4 Uruchomienie symulacji..................................................................................................................... 74

8.5 Obsługa symulacji............................................................................................................................... 75

9 ZABEZPIECZENIE SUW W PRZYPADKU ZALANIA........................................................................ 79

10 PODSUMOWANIE ......................................................................................................................................81

11 LITERATURA... ...........................................................................................................................................82

12 DODATEK .....................................................................................................................................................83

1 WSTĘP

Ciągłe dążenie do uzyskania jak najwyższej jakości, powtarzalności produkowanego produktu,a także zminimalizowanie kosztów jego produkcji (jakim jest np. energia elektryczna) zmusza nas do stosowania automatyki. Jednym z jej zadań jest wyeliminowanie lub ograniczenie udziału człowieka w czynnościach związanych ze sterowaniem różnorodnymi procesami, głównie technologicznymi i przemysłowymi. Powierzenie pracy urządzeniom sterowniczym znajduje zastosowanie w wielu miejsach. Sterowanie automatyczne daje możliwość bezobsługowego i stosunkowo szybkiego, a zarazem dokładnego działania nad przebiegiem procesu. Systemy automatycznego sterowania stosowane są w układach różnej natury (np. elektrycznych, mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych)

Jednym z miejsc, gdzie egzystuje automatyka jest produkcja wody, fachowo nazywana uzdatnianiem wody. Przy wytwarzaniu wody zdatnej do picia istnieje wiele elementów, które mają wpływ na przebieg całego procesu. Dlatego też w zależności min. od jakości wody surowej realizowany jest cały układ automatyki. Im więcej punktów oddziałowuje na przebieg końcowego efektu procesu, tym liczniejszy jest szereg urządzeń pomiarowych i sterujących stosowanych w układzie. Automatyka na tego typu obiektach jest niezbędna, ponieważ wszelkie zmiany fizykochemiczne mające wpływ na proces uzdatniania wody muszą być opomiarowane i w efekcie tego urządzenia sterujące muszą trafnie dobierać parametry sterowania po to, aby wyprodukowana woda spełniała wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

Niniejsze opracowanie przedstawia model sterowania automatycznego stacji uzdatniania wody na przykładzie obiektu wybudowanego w miejscowości Szczyrk. W pracy przedstawiono zagadnienia związane z działaniem algorytmu sterowania automatycznego na stacji uzdatniania wody. Autor skupił się na zapoznaniu czytelnika z urządzeniami pomiarowymi i sterującymi stosowanych na stacjach uzdatniania wody, pomijając cały szereg elementów, takich jak fizykochemia wody i procesy chemiczne w niej zachodzące, będące fundamentem technologii uzdatniania wody. Autor wykonał symulacje, dzięki której można uchwycić sens działania tego typu obiektów. Autor celowo symulacje wykonał w programie wizualizacyjnym, gdyż w ten sposób mógł poszeżyć swój zasób wiedzy w tym temacie oraz przybliżyć go czytelnikowi. Przedstawiony w pracy algorytm sterowania jest jednym z najbardziej złożonych algorytmów, z jakimi autor miał styczność w swojej pracy zawodowej.

2 CEL I ZAKRES PRACY

Celem pracy było przedstawienie automatycznego sterowania układem na stacji uzdatniania wody. Opracowana praca ma na celu wprowadzenie w zagadnienia dotyczące uzdatniania wody, stosowane urządzenia pomiarowe i sterujące na obiektach typu suw.

Opracowanie zawiera dwanaście rodziałów.

Rozdział trzeci przedstawia temat stacji uzdatniania wody. W rozdziale tym autor chce zapoznać czytelnika z tematem produkcji wody pitnej.

W rozdziale czwartym zawarty jest opis szafy sterowniczej, jej komponenty, funkcja i zasada działania poszczególnych elementów.

W rozdziale piątym opisana została reszta urządzeń niezbędnych do zbudowania sterowania automatycznego na stacji uzdatniania wody.

W następnym rozdziale przedstawiono aplikacje wizualizacyjną obiektu. Autor wyjaśnia do czego ma ona służyć. A także czy ma inne zastosowania aniżeli tylko podgląd stanu urządzeń, i różnego rodzaju wartości opisujące dane zjawiska.

Rozdział siódmy prezentuje wszystkie tryby sterowania na przykładowej stacji uzdatniania wody.

W rozdziale ósmym autor opisuje aplikacje wizualizacyjną, program w którym została wykonana, sposób wykonania i jej obsługe.

W kolejnym rozdziale przedstawione zostało zabezpieczenie suw w przypadku zalania - jego zastosowanie i zasada działania.

Na końcu zamieszczono spis literatury wykorzystanej w pracy oraz dodatek.

Zadaniem, jakie wykonano w pracy było zaprojektowanie aplikacji wizualizacyjnej przedstawiającej prace układu automatycznego sterowania suw oraz zabezpieczenia w przypadku zalania obiektu. Przedstawiono zabezpieczenie zastosowane w istniejących układach i jego modernizacje poprawiającą funkcjonalność.

3 STACJA UZDATNIANIA WODY - SUW

3.1 Przeznaczenie i charakterystyka suw

Głównym celem SUW jest wyprodukowanie wody o parametrach zgodnych z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi zawartym w Dzienniku Ustaw nr 203 Poz. 1718 [dodatek 1].

Schemat działania stacji uzdatniania wody

Wodę surową pozyskuję się ze składów wód podziemnych lub powierzchniowych. Skład wód podziemnych zależy od rodzaju i budowy skał, z którymi się kontaktują, stopnia ich zwietrzenia i uziarnienia, prędkości ruchu wody podziemnej oraz stopnia kontaktu z wodami powierzchniowymi i opadowymi. Wody podziemne charakteryzują się raczej stałym składem fizyko-chemicznym. W odróżnieniu od wód podziemnych,w kształtowaniu składu chemicznego wód powierzchniowych znacznie większą rolę odgrywają zanieczyszczenia związane z wpływem człowieka na środowisko. Stąd o ostatecznym składzie decydują produkty procesów naturalnych przebiegających w środowisku wodnym oraz zanieczyszczenia obcego pochodzenia. Ponieważ wody powierzchniowe w sposób bezpośredni narażone są na wpływ skutków działalności gospodarczej człowieka, charakteryzują się one zmiennością składu fizyko-chemicznego i większą różnorodnością substancji w nich występujących niż wody podziemne [1]. Najczęściej woda surowa pobierana jest ze studni głębinowych za pomocą pomp głębinowych tłoczących medium do osadnika lub bezpośrednio na filtry. W osadniku część zanieczyszczeń osiada na dnie tego zbiornika. Przykładem pobierania wód powierzchniowych jest SUW Szczyrk, której krótki opis znajduje się w rozdziale 3.2. W oparciu o wydajność studni można przyjąć jaką moc przerobową będzie miała budowana suw. Drugim czynnikiem jest zapotrzebowanie na wodę pitną w obrębie nowej suw. Trzecim i najważniejszym punktem jest skład surowej wody. Ponieważ nie każdą wode można uzdatnić - ze względu na jej mocne zanieczyszczenie. Jeśli woda zmienia swój skład fizyko-chemiczny to układ uzdatniania powinien dostosowywać czynniki zmieniające wydajność uzdatniania wody, takie jak np. zmniejszenie wydajności-produkcji wody w czasie lub dozowanie odpowiedniej chemii. Właśnie min. parametrem jakim jest wydajność przepływu wody ma zadanie sterować automatyka. Podczas filtracji woda surowa wtłoczona do filtra przepływa z góry na dół, a podczas płukania odwrotnie. W trakcie uzdatniania wody zanieczyszczenia osiadają na złożu, nie koniecznie na wierzchnich jego warstwach. Podczas płukania złoże unoszone jest do góry i dzięki dużemu przepływowi wody zanieczyczenia wypłukiwane są ze złoża.

Rysunek 3.1 Filtr: po lewej w trakcie filtracji, po prawej w trakcie płukania

Złoże filtracyjne najczęściej składa się z kilku warstw złoża [8]. Najniżej położona warstwa ma największą ziarnistość, a najwyżej położona warstwa ma najmniejszą wielkość ziarna. Przepływ wody podczas płukania nie może być zbyt intensywny, aby nie wymieszać warstw złoża.

Fotografia 3.1 Drenaż wewnątrz filtra

Przy dnie każdego filtra występuje tzw. drenaż, który to składa się np. z wielkogabarytowych dysz (połączonych kolektorami-rurami), przez które podczas płukania napływa woda do filtra, a w momencie filtracji dysza zatrzymuje złoże w filtrze i nie pozwala „wypłynąć” małym ziarnom
złoża z filtra.

Fotografia 3.2 Dysza wielkogabarytowa

Na stacjach stosuje się także:

Fotografia 3.3 Zasuwa klinowa - zamykanie, otwieranie lub dławienie przepływu

Fotografia 3.4 Zawory zwrotne - min zapobiegają cofaniu się wody,

„pilnują” kierunku przepływu wody.

Fotografia 3.5 Przepustnice - do szybkiego zamykania,

otwierania i dławienia przepływu.

Fotografia 3.6 Zawory antyskażeniowe.

2. Opis SUW Szczyrk

Fotografia 3.7 Budynek SUW Szczyrk

Stacja Uzdatniania Wody w Szczyrku przy ul. Myśliwskiej 168 uzdatnia wodę powierzchniową ujmowaną z rzeki Żylicy .

Fotografia 3.8 Rzeka Żylica

Ujmowana woda surowa przerzucana jest na filtry układem trzech pomp.

Fotografia 3.9 Bok filtrów. Z lewej strony widoczne trzy pompy do przerzucania wody ze zbiornika wody surowej na filtry.

U dołu pompa do pracy dwustopniowej. Na rurach poziomych znajdują się dwa przepływomierze.

Na górnym poziomym rurociągu zamontowano sondę mętnościomierza, a zaraz poniżej na ścianie mętnościomierz.

Układ uzdatniania składa się z sześciu komór filtrów otwartych żelbetowych wypełnionych złożem.

Fotografia 3.10 Filtry otwarte. W każdym filtrze znajduje się pływające koryto, przez które napływa woda nie wzruszając złoża.

Pomiędzy filtrami widoczne rynny przelewowe, do których przelewają się popłuczyny w trakcie płukania.

Woda z filtrów do położnego powyżej stacji zbiornika retencyjnego trafia przy udziale trzech pomp o łącznej wydajności 52, 88, 140, 192 m³/h w zależności od konfiguracji ich współpracy.

Fotografia 3.11 Przód filtrów. Trzy pompy przerzucające wodę z filtrów do zbiornika retencyjnego wody uzdatnionej. Na prawej fotografii widoczna sprężarka użyta w układzie przepustnic elektro-pneumatycznych. Powyżej drugi mętnościomierz sprawdzający wodę po filtracji.

Stacja pracuje w pełni automatycznie, opierając sterowanie na wielu sygnałach: poziom wody w zbiorniku retencyjnym, mętność wody uzdatnionej, mętność wody napływającej, poziom wody na filtrach, opór złoża podczas filtracji, zawartość wolnego chloru w wodzie, poziom wody w zasobniku.

Dane z pracy stacji są wizualizowane i przesyłane do siedziby Dyrekcji AQUA S.A. w Bielsku Białej .

Aby lepiej zapoznać się z obiektem autor zaleca wgląd w załączone do pracy projekty - dodatek 2, 3, 4, 5.

4 PRZEZNACZENIE SZAFY STEROWNICZEJ ORAZ OPIS JEJ KOMPONENTÓW

Fotografia 4.1 Elewacja szafy sterowniczej - szereg przełączników, wyświetlaczy oraz panel operatorski

Szafa sterownicza przeznaczona jest do bezobsługowego sterowania obiektem, czyli różnego typu pompami, przepustnicami pneumatycznymi oraz wszystkimi innymi komponentami, które można wysterować w danym układzie technologii uzdatniania wody.

W rozdzielnicy wykonywana jest ze stali malowanej proszkowo. Umieszczane są niej wszystkie niezbędne elementy zasilania, zabezpieczeń, wraz z mikroprocesorowym sterownikiem, który to jest głównym elementem sterowania całego układu. Zainstalowany sterownik steruje pracą zainstalowanych urządzeń zgodnie z wpisanym algorytmem.

W szafie może być zamontowany główny wyłącznik zasilania stacji, wraz z niezbędnym osprzętem zapewniającym poprawną i bezpieczną pracę urządzeń i instalacji wchodzących w skład SUW. Układy sterownicze powinny zawierać wszystkie niezbędne elementy zasilania i zabezpieczeń układów pompowych. Układy sterująco - zabezpieczające, złożone z zabezpieczeń zwarciowych, termicznych, przekaźników i styczników, mają za zadanie zabezpieczać i sterować załączaniem silników pomp zamontowanych na terenie stacji, w celu poprawnego przebiegu procesu wydobycia wody.

Elementem nadzorującym prawidłową (w pełni automatyczną i bezobsługową) pracę SUW, stosowane są mikroprocesorowy sterownik PLC, których zadaniem jest kontrola odpowiednich parametrów i w zależności od uzyskiwanych sygnałów załączanie odpowiednich pomp wg zapisanego w wewnętrznej pamięci sterownika programu (algorytmu).

Przykładowa SUW Szczyrk została wyposażona w szereg urządzeń zewnętrznych umożliwiającą pracę stacji w sytuacjach awaryjnych sterownika lub przetworników ciśnienia. Są to elektroniczne czujniki obecności wody ELCLUWO wraz z sondami konduktometrycznymi, które to zabezpieczają pompy przed pracą na „sucho”.

Na drzwiach szafki technologicznej umieszczane są wyświetlacze numeryczne, dzięki którym obsługa ma łatwy i szybki dostęp do takich informacji jak np. poziom wody w zbiorniku retencji, opór przepływu przez złoża filtracyjne oraz poziom wody nad złożem.

Oprócz wyświetlaczy elewacja szafy zawiera przełączniki: wyboru trybu pracy (wybór pomiędzy sterowaniem podstawowym,a rezerwowym, jeśli takowy został zdefiniowany), przełączniki załączające odpowiednią pompę (wybór trybu pracy danej pompy pomiędzy sterowaniem automatycznym a ręcznym), przełączniki determinujące proces płukania filtrów (wybór pomiędzy płukaniem automatycznym a prowadzonym w trybie ręcznym) oraz diody luminescencyjne informujące o stanie danej pompy.

Przykładowe funkcje, jakie mogą realizować układy:

- sterowanie automatyczne/ręczne z wykorzystaniem sterownika programowalnego, przycisków oraz pływakowych czujników poziomu,

- kontrola 5 poziomów ścieków, w tym suchobieg oraz awaria-przelew,

- naprzemienna praca pomp,

- możliwość odstawienia każdej z pomp,

- opóźnienie rozruchu drugiej pompy przy jednoczesnym załączeniu obu pomp,

- możliwość odczytu czasu pracy pomp na sterowniku,

- kontrola napięcia zasilającego (zgodność faz, symetria, wartość napięcia),

- kontrola i diagnozowanie za pomocą diod LED umieszczonych na wewnętrznych drzwiach szafy stanu pracy i awarii pomp i zasilania,

- kontrola zadziałania zabezpieczeń przeciążeniowych (przekaźników termicznych i czuj- ników zabudowanych wewnątrz pomp),

- zabezpieczenie przeciążeniowe,

- sygnalizacja awarii,

- pomiar przepływu ścieków,

- pomiar ciśnienia,

- wizualizację (archiwizacja danych, bezpośrednia wizualizacja),

- ciągły pomiar ciśnienia (sonda hydrostatyczna, ultradźwiękowa),

- transmisja danych (drogą radiową: jedno lub dwukierunkową, telefonem, stacjonarnym, telefonem komórkowym)

Wyposażenie szafy:

- zabezpieczenia przeciwporażeniowe (wyłącznik różnicowo-prądowy),

- zabezpieczenia przeciw przepięciowe,

- licznik pracy każdej z pomp,

- układ akustyczno-optyczny sygnalizujący stan alarmowy, zainstalowany na obudowie rozdzielnicy z układem podtrzymującym zasilanie,

- gniazdo serwisowe 230V z zabezpieczeniem,

W układzie sterowania występują:

-zasilacz sterownika mikroprocesorowego,

-zabezpieczenie zasilania sterownika mikroprocesorowego,

-zabezpieczenie zwarciowe i różnicowo-prądowe fazy sterowniczej styczników,

-elektroniczny przekaźnik kontroli faz,

-przełączniki rodzaju pracy,

-ogranicznik przepięć fazy sterowniczej,

-sterownik programowalny.

Układ kontrolno-pomiarowy składa się m.in. z:

- mętnościomierzy,

- sond poziomu,

- pływaków,

- przetworników ciśnienia,

- miernika Cl, pH oraz Redox,

- przepływomierzy,

których działanie zostało opisane w dalszej części pracy.

4.1 Sterowniki

Fotografia 4.2 Sterownik firmy IDEC

Sterownik PLC to główna jednostka sterująca całej szafy, którego zadaniem jest interpretowanie dostarczanych mu sygnałów i na ich podstawie sterowanie zestawem pompowym kierując się zaimplementowanym algorytmem.

Sterownik logiczny może pracować jednocześnie w wielu układach sterowania. Sterowniki używane do pełnienia funkcji bardziej skomplikowanych muszą je realizować według programu specjalnie tworzonego lub wybieranego z szeregu dostępnych wersji cechujących dany sterownik. Sterowniki logiczne mogą pracować zarówno na sygnałach analogowych, jak i cyfrowych, przy czym te pierwsze są w sterowniku przekształcane na cyfrowe.

Wchodzące w skład systemów sterowania logiczne sterowniki programowalne, obecne w technice od 30 lat /USA - 1969 r./ nazywane w skrócie PLC /Programmable Logic Controller/ zrewolucjonizowały automatyczne sterowanie we wszystkich dziedzinach techniki, szczególnie w produkcji przemysłowej [5]. Dzięki zmianie programu pozwalają na łatwe przechodzenie z jednych technologii do drugich, są niezawodne w działaniu, proste i tanie w eksploatacji.

Sterownik, a właściwie jego jednostka centralna posiada moduły wejściowe i wyjściowe za pomocą, których zostaje połączony z elementami sterowanego obiektu. Elementy wyjściowe obiektu, którymi mogą być różnego rodzaju czujniki i wyłączniki krańcowe przekazują do modułu wejściowego sterownika binarne sygnały wejściowe przyjmujące wartości 0 - 1.

Wychodzące z modułu wyjściowego jednostki centralnej sygnały wyjściowe są poprzez elementy wejściowe obiektu wzmacniane lub przetwarzane. Elementami wejściowymi mogą być zawory, rozdzielacze i różnego rodaju siłowniki i silniki. Podstawowe zespoły sterownika to oznaczona symbolem CPU jednostka centralna połączona z elementami zawierającymi pamięć programów oraz składniki programowalne jak: zegar sterujący czy licznik, następnie połączony magistralą programowany interfejs umożliwiający przekazywanie danych ze sterownika do urządzeń peryferyjnych, oraz zestaw modułów wejściowych i wyjściowych z połączeniami zapewniającymi współpracę z układami sterowania i przekaz sygnałów analogowych.

Mówiąc inaczej, moduły wejściowe i wyjściowe są połączone z wejściowymi i wyjściowymi elementami będącymi urządzeniami kontrolno-napędowymi [6]. Jednostka centralna porównuje z programem i wprowadza do pamięci dane wejściowe. Program sterownika opracowuje się w komputerze osobistym w formie graficznej. Najpopularniejszym językiem programowanie sterowników PLC jest język drabinkowy, nazwę zawdzięcza wyglądowi struktury programu faktycznie drabinki.

Rysunek 4.1 Zrzut ekranu fragmentu programu wykonanego w programie WINLDR.

Do wejść doprowadzone są sygnały typu potwierdzenie pracy pompy, awaria zasilania itp. i na ich podstawie sterownik steruje pracą stacji.

Sterownik to bardzo nowoczesne urządzenie cechujące się niemal stuprocentową niezawodnością i pewnością działania.

4.2 Styczniki

Stycznik jest elementem elektro-mechanicznym, który służy do załączania dużych prądów w układach trójfazowych, stąd jego masywniejsza budowa ze względu na większe styki. Stycznik zbudowany jest z następujących elementów:

- izolacyjna podstawa stycznika

- rdzeń nieruchomy

- cewka stycznika

- zwora ruchoma elektromagnesu

- styk nieruchomy

- styk ruchomy

- styki zwierne i rozwierane, umieszczone w torach prądowych pomocniczych,

- sprężyny stykowe zapewniające docisk styków komory gaszeniowe łuku elektrycznego

Fotografia 4.3 Stycznik firmy MOELLER

Rysunek 4.2 Schemat stycznika

Ich wyzwalanie odbywa się na zasadzie doprowadzenia napięcia do cewki wyzwalającej. Podanie napięcia na cewkę ( styki A1 i A2) powoduje przyciągnięcie zwory (linia przerywana) i napięcie podane (3 fazowe) na styki 2/4/6 przenoszone jest na styki 1/3/5.

4.3 Przekaźniki

Przekaźnik to element elektro-mechaniczny, którego ogólna zasada działania jest bardzo podobna do omawianego przed chwilą stycznika. Tutaj warunkiem jego wyzwolenia jest również podanie napięcia na cewkę wyzwalającą - tym samym spowodujemy odpowiednie przełączenie styków na jego wyjściu.

Fotografia 4.4 Przekaźniki

4.4 Wyświetlacze cyfrowe

4.4.1 Wyświetlacz WYSW 2002

Wyświetlacze w wizualny sposób przedstawiają nam m.in. poziom wody w zbiorniku retencji, osadniku oraz opór złoża na filtrach.

Wyświetlacze te mogą pracować w trybie prądowym lub napięciowym tzn. wartością parametryczną może być prąd lub napięcie. W naszym przypadku część wyświetlaczy pracuje w trybie napięciowym tzn. na ich wejście podawane jest napięcie standardu 0 - 10 V, którego wartość odzwierciedlana jest na wyświetlaczu w sposób cyfrowy. Reszta pracuje w trybie prądowym, tzn. ich wartością parametryczną jest prąd standardu 4 -20 mA. Sygnały podawane na wejścia WYSW 2002 zaczerpnięte są z przetworników oraz mierników rozmieszczonych na terenie SUW Szczyrk.

4.4.2 Wyświetlacz WYSW - IDEC

Natomiast ten rodzaj wyświetlacza poza funkcjami zaimplementowanymi z wyświetlacza WYSW - 2002 oferuje nam możliwość obsługi czterech wejść oraz dwóch wyjść analogowych. Ze sterownikiem komunikuje się za pomocą transmisji szeregowej po protokole ONC. Obsługa urządzenia ogranicza się tylko do obsługi określonych rejestrów sterownika IDEC.

4.5 Pprzetwornice częstotliwości

Przetwornice częstotliwości służą do przekształcania energii elektrycznej prądu przemiennego o określonych parametrach (napięcie, częstotliwość) na energię prądu przemiennego o zadanych parametrach zgodnych z wymaganiami użytkownika.

Fotografia 4.6 Przetwornica częstotliwości firmy DANFOSS

Za ich pomocą można płynnie regulować prędkość obrotową klatkowych silników indukcyjnych (asynchronicznych) w pompach (stabilizacja ciśnienia w sieci wodociągowej niezależnie od rozbioru wody). Mogą jednak też regulować prędkość obrotową silników synchronicznych mających wirniki z magnesami lub uzwojone. W przeciwieństwie do silników asynchronicznych, silniki te obracają się z prędkością synchroniczną bez względu na obciążenie. Stała wartość strumienia magnetycznego w stojanie silnika jest utrzymywana dzięki stałej wartości stosunku napięcia wyjściowego do częstotliwości (U/f) realizowanej przez przetwornicę.

Przetwornica częstotliwości składa się z następujących elementów:

- prostownika jedno- lub trójfazowego, który przekształca trójfazowe napięcie przemienne sieci zasilającej na napięcie stałe; może on być wykonany z zastosowaniem diod - jako niesterowany lub tyrystorów - jako sterowany;

- stopnia pośredniego, który przekształca napięcie wyprostowane na napięcie wygładzone o regulowanej lub stałej wartości; wyróżnia się 3 rodzaje stopni pośrednich: stałoprądowy, stałonapięciowy i o regulowanym napięciu, tzw. impulsator (czoper). Stopień pośredni jest jak gdyby magazynem energii, która zasila inwerter mocy. Składa się z kondensatora i w niektórych wersjach także z dławika;

- inwertera mocy (falownika) do wytwarzania napięcia trójfazowego o regulowanej wartości i zmiennej częstotliwości. Układ ten jest zbudowany z tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), które mają cechy tranzystorów bipolarnych i polowych typu MOSFET. Dzięki nim można przełączać duże prądy z wielką częstotliwością przy stosunkowo małych stratach energii. Zastosowanie tranzystorów zamiast tyrystorów jest uzasadnione. Można je bowiem włączać i wyłączać w dowolnej chwili przebiegu napięcia, podczas gdy tyrystor można wyłączyć dopiero wówczas, gdy napięcie przechodzi przez zero. Dlatego częstotliwość pracy układu tranzystorowego jest większa i wynosi od 300 Hz do 15 kHz. Do inwertera mocy przyłączany jest silnik;

- układu sterowania i kontroli nazywanego też kartą sterującą, który nadzoruje pracę prostownika, obwodu pośredniego i stopnia mocy. Układ ten analizuje sygnały sterujące oraz umożliwia komunikację z użytkownikiem.

Przetwornice częstotliwości mają układ wytwarzający sygnał, który kształtuje przebiegi wyjściowe w trzech fazach. W zależności od zastosowanej metody otrzymywania napięcia wyjściowego przetwornice dzieli się na trzy grupy:

- ze źródłem prądowym CSI (Current Source Inverter),

- z modulacją amplitudy PAM (Pulse Amplitude Modulation),

- z modulacją szerokości impulsów PWM (Pulse Width Modulation), w tym przetwornice z kontrolą wektora napięcia VVC (Voltage Vector Control).

Przetwornica powinna realizować funkcje, które umożliwiają pracę sterowanego przez nią silnika w całym zakresie prędkości obrotowych, w tym także w najtrudniejszych warunkach przy małej prędkości obrotowej i zmiennym obciążeniu. Działanie takich układów polega na wprowadzaniu korekt podstawowych parametrów wyjściowych i nazywa się kompensacją. Umożliwia ona pracę silnika ze stałym momentem obrotowym, przy bardzo małych prędkościach obrotowych.

Wyróżnia się następujące kompensacje:

- kompensacja napięcia rozruchu (realizowana jest dzięki optymalnemu strumieniowi magnesującemu i maksymalnemu momentowi rozruchowemu przy pracy z małymi prędkościami, co osiąga się zwiększając wartości napięcia wyjściowego);

- kompensacja częstotliwości początkowej (możliwe jest uruchomienie silnika nie tylko zatrzymanego, ale także obracającego się już z pewną prędkością);

- kompensacja poślizgu (umożliwia stabilną pracę układu napędowego w całym zakresie prędkości obrotowej. Polega na kontrolowaniu poślizgu przez ciągły pomiar prądu na wyjściu trzech faz przetwornicy i zwiększaniu częstotliwości, proporcjonalnie do obciążenia).

Przetwornica częstotliwości ma umieszczony na przedniej płycie moduł sterowniczy z przyciskami i ewentualnie potencjometrem do ustawiania parametrów współpracy z wybranym silnikiem. Obok znajduje się wyświetlacz LCD do pokazywania tekstowych informacji w wybranej wersji językowej. Przetwornice częstotliwości mają różne obudowy w zależności od wielkości zastosowanych radiatorów i wentylatorów. Wersje małej mocy są wykonywane jako kompaktowe, a dużej mocy - w postaci połączonych przekształtników. W urządzeniach do montażu w szafach radiator znajduje się na zewnątrz szafy i tam jest chłodzony, pozostałe elementy umieszczone są w hermetycznej szafie. Obudowy najczęściej maja stopień ochrony IP 00, IP 20 lub IP 54 (są odporne na bryzgi wody).

Przetwornica częstotliwości utrzymuje zadaną charakterystykę momentu obciążenia silnika dzięki kontroli stosunku napięcia wyjściowego do częstotliwości prądu wyjściowego (U/f) oraz prądu obciążenia. Przy stałej wartości U/f strumień magnesujący silnika jest stały (można go przedstawić na wykresie obrazującym wirujące pole magnetyczne silnika), co powoduje utrzymanie stałego momentu obrotowego silnika. Dzięki rozwojowi techniki mikroprocesorowej obecnie najtańszym i najprostszym sposobem regulacji jest zastosowanie asynchronicznego silnika klatkowego i przetwornicy częstotliwości. Użycie przetwornicy eliminuje też nieekonomiczne załączanie i wyłączanie silnika powodujące szybkie zużycie samego silnika, a także urządzeń z nim współpracujących.

6. Panel operatorski

Zastosowanie panelu operatorskiego umożliwia podgląd rozmaitych parametrów związanych z pracą SUW, do których dostęp uzyskuje się poprzez naciśnięcie odpowiedniego klawisza funkcyjnego. Wyróżniamy dwa typy paneli: tekstowe i graficzne dotykowe. Panele tekstowe to proste znakowe terminale operatorskich dla małych systemów. Pulpity operatorskie dotykowe to rodzina nowoczenych urządzeń operatorskich zróżnicowanych pod względem wielkości wyświetlacza i dostępnych funkcji.

Fotografia 4.7 Panel operatorski tekstowy

Poniżej podano charakterystyczne cechy paneli graficznych dotykowych:

• Jasny, wyraźny ekran

• Szeroki kąt widzenia

• Duża szybkość (32-bit RISC CPU)

• Własne zasoby (rejestry, flagi)

• Obsługa programów przetwarzania danych (skrypty związane z ekranem, przyciskiem lub globalne)

• Obsługa fontów Windows (polskie znaki, cyrylica i inne)

• Możliwość tworzenia aplikacji w kilku wersjach językowych

• Własne wejścia i wyjścia (dodatkowy moduł rozszerzający)

• Przyjazne, nowoczesne oprogramowanie narzędziowe w systemie Windows (WindO/I-NV2)

• Dwa porty szeregowe (1. do konfigurowania, 2. do sterowników)

• Dodatkowy (opcjonalny) port do komunikacji między pulpitami

• Możliwość programowania pulpitu przez sieć komputerową (Ethernet TCP/IP)

• Systemowa biblioteka obiektów: klawiatura numeryczna i alfabetyczna, przyciski, przełączniki, lampki, wskaźniki analogowe (bargrafy, mierniki, trendy)

• Bogata biblioteka rysunków i symboli "Symbol Factory"

• Tworzona przez użytkownika biblioteka obiektów graficznych (format BMP)

• Programowo dostępny sygnał dźwiekowy

• Funkcje animacji grafiki

• Funkcje rejestracji trendów i zdarzeń

• Funkcje receptur

• Port drukarki równoległej

• Możliwość rejestracji danych na karcie CF (receptury, alarmy, zrzuty ekranowe, logging, projekt)

• Dostęp do pulpitu przez Internet/Intranet za pomocą przeglądarki WWW (monitorowanie, programowanie)

• Dostęp do karty CF przez Internet/Intranet

• Stopień ochrony środowiskowej: HG2F- IP65, HG3F i HG4F - IP66 (od frontu)

• Drivery do wielu sterowników PLC

Fotografia 4.8 Panele operatorskie graficzne dotykowe

Pulpity dotykowe przeznaczone są do współpracy ze sterownikami PLC różnych firm. Mogą też być stosowane do komunikacji z komputerem za pomocą protokołu DM-Link. Komunikacja najczęściej odbywa się przez port szeregowy RS232/485/422 (standard portu wybiera się programowo na etapie tworzenia projektu).

Rysunek 4.5 Połączenie panela z PLC

Programowanie pulpitu dokonuje się używając oddzielnego portu do programowania i obsługi. Program narzędziowy WindO/I-NV2 dla komputera PC pozwala na tworzenie aplikacji, załadowanie jej do pulpitu a także monitorowanie jego pracy. Program pozwala również na aktualizację systemu operacyjnego pulpitu. Komunikacja z pulpitem może się odbywać przez port szeregowy lub sieć Ethernet.

Rysunek 4.5 Połączenie panela z komputerem PC

Podłączenie pulpitu do sieci komputerowej pozwala na dostęp do niego przez sieć lokalną lub interenet przez standardową przeglądarkę internetową. Możliwe jest monitorowanie danych, podgląd zawartości karty CF oraz zdalne programowanie pulpitu.

5 PRZEZNACZENIE OSPRZĘTU ORAZ JEGO DANE TECHNICZNE

5.1 Pompy przerzutowe I stopnia (P1A oraz P1B)

Pompy przerzutowe stopnia I służą przesyłowi wody na pierwsze trzy filtry ciągu technologicznego [4]. Kolektor ssawny pomp ( wspólny dla pomp I i II stopnia) umieszczony jest pod powierzchnią płytek na terenie SUW i poprzez niego pobierana jest woda z osadnika. Zabezpieczenie przed „ucieczką” wody z kolektora realizowane jest poprzez zastosowanie zaworu zwrotnego.

Fotografia 5.1 Pompa pozioma

5.2 Pompa przerzutowa II stopnia (P1C)

Pompy przerzutowe stopnia II służą przesyłowi wody na ostatnie trzy filtry ciągu technologicznego. Od strony ssawnej pompy pracują na tym samym kolektorze co pompy przerzutowe stopnia I, a więc pobierają wodę z osadnika.

5.3 Pompa przerzutowa ze stopnia I na II (P2)

Zadaniem tej pompy jest załączanie się w przypadku, gdy stacja przejdzie w tryb pracy dwustopniowy, tzn. woda ulegnie filtracji najpierw na pierwszych trzech filtrach, a następnie poprzez omawianą pompę przerzutową zostanie podana na ostatnie trzy filtry, gdzie zostanie poddana procesowi ponownej filtracji w celu poprawienia jakości wody.

4. Pompy sieciowe

Pompy sieciowe służą przesyłowi wody uzdatnionej do zbiornika retencji.

5.5 Przetworniki temperatury

Przetworniki temperatury służą pomiarowi:

• temperatury wody surowej - instalowany poprzez przyłącze ½ `' na rurociągu wody surowej,

• temperatury zewnętrznej - instalowany na zewnątrz SUW.

Przetworniki zasilane są napięciem stałym 24 V DC a sygnał wyjściowy temperatury pracuje w standardzie prądowym 4 - 20 mA.

Fotografia 5.5 Przetwornik temperatury

5.6 Mętnościomierze

Mętnościomierze służą pomiarowi mętności wody surowej oraz uzdatnionej w celu wykorzystania tego parametru w sterowaniu, gdyż wartości tych parametrów decydują o trybie pracy stacji (jedno- lub dwustopniowym) oraz prędkości flitracji. Zasilane są napięciem sieciowym 230 V a wartość wyjściowa parametryzowana jest do standardu 4 - 20 mA. W pomiarze mętności wykorzystywane jest zjawisko rozpraszania światła. Kiedy wiązka światła trafia na przeszkodę (cząstkę), część energii jest rozpraszana we wszystkich kierunkach. Jest to związane z odbiciem oraz ugięciem światła na cząstce. Natężenie światła rozproszonego zależy od stężenia cząstek w badanym medium.

5.7 Urządzenie pomiarowe Chlortol

Urządzenie Chlortol służy pomiarowi zawartości Cl, pH oraz Redox wody uzdatnionej. Wartości te są następnie przekazywane w standardzie 4 - 20 mA do szafy sterowniczej, w celu ich odzwierciedlenia na elewacji szafy sterowniczej. Układy do pomiaru współczynnika pH/Redox są układami rozdzielnymi zbudowanymi z elektrody mającej kontakt z medium oraz przetwornika pomiarowego. Ponieważ sygnał z elektrody przetwarzany jest w module elektroniki połączenie elementów należy realizować specjalnym kablem. Dobierając elektrodę należy zwrócić uwagę na zakres pomiarowy pH oraz przewodność mierzonego medium.

Pomiar współczynnika pH sprowadza się do wyznaczenia różnicy potencjałów pomiędzy dwiema elektrodami. Elektroda odniesienia zapewnia bezpośredni kontakt pomiędzy próbką a elektrolitem. Elektroda pomiarowa jest oddzielona od próbki za pomocą membrany szklanej czułej na jony H+. Różnica potencjałów pomiędzy elektrodami zależy od liczby jonów H+ obecnych w próbce. Współczynnik pH może być również wyznaczany na podstawie różnicy pomiędzy przewodnością mierzoną przed i za silnie kwasowym wymiennikiem kationitowym.

5.8 Sondy hydrostatyczne

Sondy te przeznaczone są do pomiaru poziomu cieczy w studniach, basenach, ciekach wodnych, odwiertach itp. Sondy przeznaczone są ponadto do pomiaru poziomu ścieków oraz mediów gęstych i lepkich.

Sondy przetwarzają wejściowy sygnał ciśnieniowy (będący miarą poziomu medium) na standardowy sygnał 4÷20 mA przesyłany w systemie dwuprzewodowym.

Hydrostatyczne sondy głębokości pracują na zasadzie przetwarzania proporcjonalnych do ciśnienia (hydrostatycznego słupa cieczy) zmian rezystancji mostka piezorezystancyjnego, na standardowy sygnał prądowy. Elementem pomiarowym jest membrana krzemowa
z wbudowanymi w nią piezorezystorami. Sygnał elektryczny (niezunifikowany) wychodzący z mostka piezorezystancyjnego, jest proporcjonalny do wejściowego ciśnienia (poziomu) i w układzie elektronicznym przetwarzany jest na sygnał wyjściowy.

Sondy mają kształt hermetycznie zamkniętego cygara, które zawiera w sobie głowicę pomiarową z membranami: krzemową i separującą, oraz płytkę z układem elektronicznym.

Zastosowano następujące elektroniczne czujniki ciśnienia :

Rysunek 5.1 Sonda hydrostatyczna

Zastosowane sondy hydrostatyczne służą pomiarowi poziomu wody w zbiornikach reakcji oraz retencji, a także pomiarowi poziomu złoża nad filtrami I oraz II stopnia. Omawiany przetwornik to wersja o zakresie roboczym 0...10 m, której odpowiada na wyjściu sygnał napięciowy 0...10 V ( czyli dla wartości mierzonej równej 5 metrów przetwornik wystawi na wyjściu napięcie stałe o wartości 5 V). Sam przetwornik zasilany jest napięciem stałym o wartości 24 V.

1. Przekaźnik poziomu cieczy z sondami zwieszakowymi

Sondy zwieszakowe służą transmisji sygnałów o poziomie wody do ELCLUWO i są umieszczone w zbiornikach retencji, reakcji oraz w II i w V komorze filtrów.

Fotografia 5.6 Sonda zwieszakowa

Czujniki konduktancyjne służą do sygnalizacji przekroczenia poziomu cieczy. Zasada działania polega na przepływie prądu elektrycznego. Bezpieczne napięcie pomiarowe 12V jest generowane, przez sygnalizator ELCLUWO.

Sygnalizator zadziała, jeżeli między elektrodą pomiarową, elektrodą odniesienia i badaną cieczą popłynie prąd. Dla uniknięcia zjawiska elektrolizy stosuje się prąd zmienny.

Rysunek 5.2 Wygląd, wymiary przekaźnika ELCLUWO

Rysunek 5.3 Zasada pracy jednopunktowej - sygnalizacja przelania

Rysunek 5.4 Zasada pracy jednopunktowej - sygnalizacja suchobiegu

5.10 Pływaki

Pływaki służą sygnalizacji poziomów w zbiorniku poprzez zabudowany styk przełączny. W naszym wykonaniu służą sygnalizacji poziomów wody w zbiorniku retencji oraz poziomu wody nad złożem filtracyjnym w celu sterowania rezerwowego.

Fotografia 5.7 Pływak w filtrze zalanym wodą

5.11 Przepustnice elektropneumatyczne

Są to przepustnice połączone z napędami elektorpneumatycznymi, dzięki którym można w łatwy sposób sterować ich stanem (otwartym lub zamkniętym) [7]. Napędy dostarczają energii mechanicznej niezbędnej do przestawienia elementu nastawczego jakim są: awory, zasuwy, przepustnice, żaluzje, dozowniki.

Dane ogólne:

• nie wymaga konserwacji i smarowania

• przeznaczony do armatury o kącie otwarcia do 90^o

• łożyska wału zabezpieczone przed wydmuchnięciem

• nominalny moment obrotowy dopasowany do normy EN ISO 5211

• ciśnienie sterowania: min 2 bar, maks.10 bar

• dobrze widoczny elastyczny wskaźnik położenia

• zmiana funkcji dzięki obróceniu płyty przełączeniowej elektrozaworu:
  brak napięcia zasilania - zamknięte
  brak napięcia zasilania - otwarte

• aluminiowy cylinder utwardzony wewnątrz elaksalowany zewnętrznie

• wszystkie elementy złączne ze stali nierdzewnej

Fotografia 5.8 Przepustnica elektropneumatyczna

5.12 Przepływomierze

Przepływomierze elektromagnetyczne wykorzystują zjawisko indukowania się siły elektromotorycznej w przepływającym medium pod wpływem oddziałującego pola magnetycznego. Zależność natężenia przepływu od siły elektromotorycznej określa prawo Faraday'a.

Przepływomierze elektromagnetyczne służą do pomiaru przepływu cieczy prądo-przewodzących w instalacjach rurociągowych. Przepływomierze nie zawierają wewnętrznych elementów mechanicznych, co zapewnia niezakłócony przepływ mierzonego medium pełnym przekrojem rurociągu.
Pomiar przepływu jest niezależny od:

- ciśnienia cieczy,

- lepkości,

- gęstości,

- temperatury,

- przewodności elektrycznej (powyżej wartości minimalnej).

Przepływomierze elektromagnetyczne mogą byś stosowane do pomiaru przepływu czystych cieczy, zawiesin, pulp, roztworów o różnej agresywności chemicznej. Brak elementów mechanicznych zapewnia dużą trwałość nawet w przypadku mediów o silnie wycierających własnościach.

5.13 Pompki dozujące

Pompy Gamma/ L firmy ProMinent^® są sterowanymi mikroprocesorowo pompami dozującymi. Układ elektroniczny wyposażony jest w dwa mikroprocesory, które umożliwiają sterowanie pompą zgodnie z indywidualnymi wymaganiami każdego użytkownika.

Fotografia 5.9 Pompka dozująca firmy Prominent

Jej podstawowe cechy to:

• zakres wydajności od 0,74 do 32 l/h przy ciśnieniu po stronie tłocznej od 16 do 2 bar

• bezstopniowa regulacja długości skoku membrany od 0 do 100%

• wykonanie materiałowe głowic dozujących : PP, PVC, Akryl/PVC, PTFE, stal nierdzewna

• samo odgazowujące głowice dozujące wykonane z PP i Akrylu/PVC

• regulowana cyfrowo częstotliwość dozowania ustawiana z klawiatury pod
  wyświetlaczem LCD

• wybór jednostki dozowania na wyświetlaczu : w dawkach/min, lub l/h

• programowane poziomy ciśnień

• wejście dla kontrolera dozowania, regulowany licznik błędnych zadozowań

• sterowanie zewnętrzne poprzez styk beznapięciowy z opcją sterowania impulsowego

• opcjonalne sterownie zewnętrzne standardowym sygnałem 0/4...20 mA

• możliwość podłączenia dwustanowego czujnika poziomu

• podłączenie Profibus

Fotografia 5.10 Pompka dozująca zainstalowana na zbiorniku z koagulantem

Pompa gamma/ L jest pierwszą kalibrowalną pompą na świecie w swojej klasie. Zamiast wyliczania zadozowanej ilości na podstawie długości skoku membrany i wielkości dawki możliwe jest obecnie przedstawienie zadozowanej ilości od razu w l/h. Duży wyświetlacz LCD pozwala łatwo odczytać wszystkie dane. Do zalet pompy należy wejście dla dwustanowego pływakowego kontrolera poziomu wraz z funkcją wczesnego ostrzegania mającego zastosowanie przy monitorowaniu dostarczania chemikaliów. Istnieje możliwość podłączenia przepływomierza, aby rejestrować każde pojedyncze zadozowanie. Sygnały o błędach są wysyłane przez opcjonalny przekaźnik.
Wielkość dozowania może być ustawiana ręcznie w oparciu o długość skoku membrany oraz pojedynczą dawkę. Dodatkowo pompa może być sterowana przez beznapięciowy sygnał np. pochodzący z przepływomierza lub urządzenia kontrolno pomiarowego DULCOMETER^® firmy ProMinent^®. W opcji ze sterowaniem analogowym dozowanie pojedynczej dawki może być kontrolowane za pomocą sygnału 0/4...20 mA. Dodatkowo możliwe jest ustawienie średniej częstotliwości dozowania w stosunku do sygnału wejściowego w ten sposób, aby umożliwić odwrotnie proporcjonalną charakterystykę i dostosowanie pompy do sygnału sterującego. Powoduje to, że pompa gamma/L może być użyta jako pompa dozująca wraz ze zintegrowanym sterownikiem proporcjonalnym (P), co sprawia, że układ ten jest wyjątkowo atrakcyjny cenowo w stosunku do konwencjonalnych systemów.
We wszystkich wersjach pompa może być załączana i wyłączana poprzez sygnał z dwustanowego pływakowego czujnika poziomu z funkcją "pauza".

Pompka dozująca w trybie automatycznym pracy stacji pompka pracuję w oparciu o sygnał analogowy ze sterownika. Sterownik sterując dawką kieruje się wskazaniem miernika pH. Obsługa pompki w trybie ręcznym polega na ręcznym ustaleniu dawki na panelu sterującym chloratora.

6 Wizualizacja WIZCON

Na Stacji Uzdatniania Wody w Szczyrku zainstalowano komputerowy system wizualizacji mający na celu monitorowanie parametrów jej pracy. Zastosowany system to WIZCON, który działa w trybie jednokierunkowym, tzn. umożliwia tylko podgląd parametrów bez możliwości ich zmian.

Rysunek 6.1 Zrzut ekranu wizualizacji

Możliwy jest podgląd m. in. takich wartości jak:

• tryb pracy filtra (filtracja lub płukanie),

• tryby pracy pomp (AUTO z falownika lub bez, RĘCZNIE),

• wartości częstotliwości na poszczególnych falownikach,

• poziom chloru wody uzdatnionej,

• poziom pH wody uzdatnionej,

• poziom Redox wody uzdatnionej,

• wartość poziomu złoża nad filtrami I i II stopnia,

• opór na złożach I i II stopnia,

• poziom wody w zbiorniku retencji,

• poziom wody w osadniku,

• stany położeń poszczególnych przepustnic,

• poziomy mętności wejściowej oraz wyjściowej,

• ilości wody zliczonej przez poszczególne przepływomierze oraz wodomierze,

• stany alarmowe,

• szczegóły płukania filtrów,itd.

Dane te przekazywane są poprzez modemową transmisję telefoniczną do Bielska - Białej w celu ponownej wizualizacji.

7 ALGORYTM STEROWANIA SUW SZCZYRK

7.1 Tryb podstawowy

Tryb podstawowy pracy SUW Szczyrk odbywa się w oparciu o nadzorcza rolę sterownika oraz wykorzystanie pełnej automatyki stacji wraz z zamontowanymi na niej urządzeniami elektronicznymi (przetworniki ciśnienia, sondy hydrostatyczne, mętnościomierze, itp.). W tym trybie stacja pracuje z pełną funkcjonalnością i w sposób jak najbardziej optymalny. Pompy przerzutowe P1 A, B i C oraz P2 mają za zadanie utrzymanie stałego poziomu wody nad złożem w filtrach otwatrych 1, 2, 3, 4, 5, 6. Pompy P1 A i B pobierając wodę z osadnika stabilizują poziom wody w filtrach 1, 2 i 3 zarówno dla szeregowej jak i równoległej pracy zespołu uzdatninia. Natomiast pompy P1 C i P2 stabilizują poziom wody w filtrach 4, 5 i 6, przy czym dla równoległej (jednostopniowej) pracy zespołu uzdatniania filtry zasila z osadnika pompa P1 C, przy pracy szeregowej (dwustopniowej) filtry zasila pompa P2 pobierjąc wodę z I-ego stopnia filtracji (filtry 1, 2, 3). Praca pomp uzależniona jest od wybranego rodzaju sterowania. Przy sterowaniu rezerwowym o załączeniu pomp decyduje położenie pływaków w poszczególnych filtrach. Pływaki w filtrach 1 i 3 decydują o załączeniu pomp P1A i B, pływaki w filtrach 4 i 6 o załączeniu pomp P1C (przy filtracji jednostopniowej) i P2 (przy filtracji dwustopniowej). Poziom wody nad złożem filtracyjnym utrzymywany jest w określonym przedziale tak, aby złoże nie zostało odkryte, ani woda nie przelewała sie do rynny przelewowej. Przy sterowaniu podstawowym pompy zasilane są z przetwornic częstotliwości, które regulując wydajność pomp dokładnie stabilizują poziom wody nad złożem. Gdy wydajność SUW jest mniejsza od ustalonej minimalnej wydajności pompy (najmniejszej, dopuszczonej podczas uruchamiania automatyki SUW, częstotliwości pracy przetwornicy tj. 30Hz) następuje napełnienie komory filtru do wartości maksymalnej, a następnie wyłączenie pompy. Spadek poziomu wody na filtrze poniżej zadanego poziomu stabilizacji powoduje ponowne załączenie pompy przy minimalnej zadanej częstotliwości (sytuacja taka występuje dla pompy P2 przy minimalnej wydajności SUW i filtracji dwustopniowej). Pompy P1A i P1B pracują naprzemiennie, co tydzień następuje zamiana pompy pracującej na falowniku. W przypadku awarii przetwornicy pompa pracuje w trybie awaryjnym (załącz-wyłącz) analogicznie jak dla pracy w sterowaniu rezerwowym. Pompy P3 A, B i C są pompami sieciowymi zasilającymi zbiornik retencyjny. Praca tych pomp jest uzależniona od poziomu wody w tym zbiorniku oraz w przypadku sterowania podstawowego także od mętności wody uzdatnionej. Pompy te wykorzystywane są także do automatycznego płukania filtrów. Przy sterowaniu rezerwowym o załączeniu pomp decydyje położenie pływaków umieszczonych w zbiorniku retencyjnym.

Przy sterowaniu podstawowym ustalone są cztery przedziały poziomów wody w zbiorniku wywołujące różne prędkości filtracji

TABELA 1 Praca pomp w zależności od poziomu wody w zbiorniku retencji

Krok	Poziom wody w zb. retencji	Wydajność SUW m^3/h	Praca pomp
1.	>99 % (5,30m)	0	SUW stop
2.	99 % (5,30m) < 97 %	~ 45	P3A
3.	97 % (5,19m) < 95 %	~ 80	P4
4.	95 % (5,08m) < 90 %	~ 125	P3B, P4
5.	<90 % (4,81m)	~ 150	P3A, P3B, P4

Jednak wydajność SUW niezależy tylko od poziomu wody w zbiorniku retencji lecz także od aktualnych pomiarów mętności wody uzdatnionej. Jeżeli mętność wody uzdatnionej przekroczy określony poziom, to automatyka sterująca zmniejszy po 1 godzinie wydajność SUW o jeden krok, jezeli nie spowoduje to poprawy jakości wody po następnej godzinie ponownie zostanie zmniejszona wydajność stacji. Gdy filtry pracują w układzie równoległym (jednostopniowym) to po osiągnięciu minimajnej wydajności SUW i braku poprawy jakości wody następuje przełączenie zespołu uzdatniania na pracę szeregową (dwustopniową). Dla granicznego przypadku mętności wody uzdatnionej zmniejszenie wydajności stacji następuje już po 5 minutach. Przy filtracji dwustopniowej, brak osiągnięcia mętności wody uzdatnionej poniżej określonej nastawy spowoduje po 1 godzinie zatrzymanie stacji i ponowne jej uruchomienie dopiero po kolejnej godzinie. Spadek mętności wody uzdatninej poniżej nastawy pozwala (po 10 minutach) na zwiększenie wydajności stacji do wartości odpowiadającej w tabeli poziomowi wody w zbiorniku retencyjnym (patrz TABELA). Natychmiastowe przełączenie na dwustopniową filtrację nastąpi także, gdy przez 10 minut mętność wody surowej przekracza określoną nastawę. Jeżeli SUW pracuje w dwustopniowym układzie filtrów to, gdy parametry wody będą odpowiednie dla filtracji jednostopniowej stacja powróci do takowego trybu filtracji.

Zła jakość wody surowej tzn. mętność powyżej określonej nastawy powoduje zablokowanie możliwości płukania filtrów.

Pompa koagulatna pracuje w funkcji przepływu wody uzdatnionej do zbiornika reakcji (wydajność pompy, liczba dawek rośnie wprost proporcjonalnie do wydajności SUW 1 dawka / 1m3 wody). Pompa koagulanta załączana jest automatycznie dla filtracji dwustopniowej po przekroczeniu dowolnej z nastaw mętności wody surowej i uzdatnionej.

Pompa podchlorynu pracuje w funkcji przepływu wody uzdatnionej do zbiornika reakcji (wydajność pompy, liczba dawek rośnie wprost proporcjonalnie do wydajności SUW 1 dawka / 1m³ wody). Sterownik wprowadza korektę ilości dawek w zależności od pomiaru zawartości chloru w wodzie uzdatnionej zmniejszając lub zwiększając liczbę dawek dążąc do utrzymana zadanej nastawy zawartości chloru. Wprowadzana przez sterownik korekta może maksymalnie dwukrotnie zmniejszyć lub powiększyć liczbę dawek.

7.2 Tryb rezerwowy

Tryb rezerwowy służy podtrzymaniu pracy stacji z ograniczoną funkcjonalnością. Tryb ten powinien być wykorzystywany tylko i wyłącznie w razie niemożności uruchomienia stacji w trybie automatycznym (przyczyną takiego zjawiska może być m. in. uszkodzenie sterownika lub któregoś z jego elementów składowych bądź uszkodzenie przetworników ciśnienia lub sond hydrostatycznych). W trybie rezerwowym stacja pracuje w oparciu o regulatory pływakowe zainstalowane w komorach filtrów oraz zbiorniku retencji, które sterują pracą pomp przerzutowych oraz sieciowych. W filtrach 1 oraz 3 umieszczone są pływaki odpowiedzialne za załączanie pomp przerzutowych P1A oraz P1B. Tak samo w filtrach 4 oraz 6 umieszczone są pływaki odpowiedzialne za załączanie pompy przerzutowej P1C. Dla obu przypadków znalezienie się któregokolwiek z pływaków w pozycji dolnej spowoduje załączenie danej pompy odpowiednio dla użytego pływaka. Każdej pompie sieciowej przyporządkowany jest jeden pływak, który po znalezieniu się w pozycji dolnej powoduje jej załączenie. Ponadto znalezienie się górnego pływaka, umieszczonego w zbiorniku retencji w górnej pozycji, powoduje wystąpienie przelewu i unieruchomienie wszystkich pomp sieciowych.

7.3 Tryb szeregowy filtracji

Szeregowy tryb pracy stacji polega na dwustopniowym filtrowaniu wody w oparciu o analizę jakości wody surowej uzyskiwanej z mętnościomierza (tryb podstawowy) lub załączany ręcznie (trybie rezerwowy) poprzez obsługę stacji. Ten typ filtracji, w którym woda uzdatniona na I stopniu podlega ponownemu uzdatnieniu na II stopniu ma na celu uzyskanie lepszych parametrów jakościowych wody, uruchamiany jest w przypadku, gdy woda surowa osiągnie zbyt dużą mętność. W trybie podstawowym przechodzenie z trybu pracy równoległego do szeregowego odbywa się automatycznie. W przypadku rezerwowego trybu pracy wyboru sposobu filtracji dokonuje się w oparciu o odpowiednie ustawienie przełącznika na elewacji szafy sterowniczej.

7.4 Tryb równoległy filtracji

Domyślnym trybem pracy stacji, używanym standardowo podczas jej pracy, czyli wówczas, gdy parametry wody surowej są wystarczająco dobre, jest omawiany tryb równoległy. Ta sekwencja pracy polega na jednoczesnej pracy wszystkich filtrów otwartych.

W tym trybie pracy uzyskujemy największą wydajność SUW.

7.5 Tryb płukania filtrów

W celu utrzymania odpowiednich parametrów wody uzdatnionej, a także aby uzyskać odpowiednią przepustowość złoża filtracyjnego, pracujące filtry należy co pewien czas poddawać procesowi płukania. Proces płukania został przewidziany do pracy automatycznej, a sygnałem do rozpoczęcia płukania (załączenie pompy sieciowej) będzie określona wartość oporu złoża mierzona poprzez przetworniki ciśnienia. Płukanie filtrów jest w pełni zautomatyzowane wraz ze spustem wód nadosadowych. W tym celu na SUW Szczyrk zamontowane zostały zawory sterujące z napędem pneumatycznym, pracujące w trybie zamknij/otwórz, które w odpowiedniej konfiguracji umożliwiają proces filtracji, bądź też płukanie. Płucze się zawsze po jednej komorze filtra, wodą uzdatnioną skierowaną do płukania z pozostałych normalnie w tym czasie pracujących filtrów. Płukanie filtrów można wykonać także w trybie ręcznym odpowiednio wysterowywując potrzebne elementy do uruchomienia płukania - tj. otwarcie i pozamykanie odpowiednich przepustnic i uruchomienie pompy z wydajnością przeznaczoną do płukania filtra. Oprócz przełączników określających tryb płukania elewacja zewnętrzna szafy wyposażona jest w wyświetlacze, które obrazują straty ciśnienia wynikające z rosnących oporów przepływu wraz z długością procesu normalnej pracy - filtracji. Warunkiem decydującym o płukaniu jest odpowiednia wartość oporu w powiązaniu z przepływem na wyjściu wody uzdatnionej oraz trybem pracy stacji. W przypadku, gdy stacja pracuje w trybie jednostopniowym a wartość oporu przekroczy 50% wartości przepływu (np. dla przepływu 100 m³/h wartość oporu będzie większa niż 0,5 m) dojdzie do rozpoczęcia procesu płukania. Należy przy tym pamiętać, iż płukanie może być zainicjowane przez dowolny z dwóch przetworników, mierzących wartość oporu. Natomiast w przypadku, gdy stacja pracuje w trybie dwustopniowym oporem inicjującym będzie wprost wartość wydajności (np. dla przepływu 100 m³/h wartość oporu będzie większa niż 1 m). Tym razem jednak płuczą się te trzy filtry, którym odpowiada dany przetwornik oporu złoża, tzn. jeżeli przetwornik nr 1 umieszczony przy filtrze nr 2 zasygnalizuje przekroczoną wartość ustaloną, dojdzie do płukania pierwszych trzech filtrów. I analogicznie - jeżeli przetwornik nr 2 umieszczony przy filtrze nr 4 zasygnalizuje przekroczoną wartość ustaloną, dojdzie do płukania ostatnich trzech filtrów Płukanie odbywa się wodą uzdatnioną skierowaną z pozostałych normalnie pracujących filtrów wraz ze spustem pierwszego filtratu, tzn. po zajściu procesu płukania SUW przez pół godziny filtruje wodę z reszty filtrów przez filtr nr 1. Ma to na celu zredukowanie mętności wody uzdatnionej. Długość płukania każdego filtra określona technologicznie to 4 minuty połączona z przestojem na czas uzupełnienia wody w reszcie filtrów, ponieważ pod koniec procesu płukania każdego filtra w reszcie z nich występuje znikoma ilość wody. Powodem takiego zjawiska jest oczywiście wspomniane płukanie danego filtra wodą uzdatnioną z reszty pracujących filtrów.

8 APLIKACJA SYMULACYJNA SUW

Symulacja automatycznej pracy SUW została wykonana w oparciu o algorytm sterowania SUW Szczyrk. Aplikacja została wykonana od początku do końca i wszelkie zmiany związane z algorytmem sterowania i wyglądem były celowe lub wymuszone ograniczeniami programu, w którym była ona tworzona. Skopiowianie wizualizacji z istniejącego obiektu było o tyle niemożliwe, ponieważ była ona wykonana w innym programie (WIZCON). Symulacja stworzona została przy pomocy oprogramowania typu SCADA tj. oprogramowania, którego celem jest zebranie wszystkich informacji o obiekcie i wyświetleniu ich na ekranie monitora. Do uruchomienia tej symulacji nie są potrzebne żadne dodatkowe urządzenia, takie jak np. sterownik PLC, ponieważ wszystkie dane potrzebne do funkcjonowania symulacji są w niej zawarte.

Dlaczego PRO-2000? Oprogramowania do tworzenia aplikacji wizualizacyjnych są zazwyczaj dostępne w wersjach demonstracyjnych na stronach internetowych producentów. Wersja demonstracyjna u każdego z producentów postrzegana jest różnie. Decydując się na zakup oprogramowania do wizualizacji spotykamy się z parametrem określającym maksymalną ilość zmiennych, jakie można zaprojektować w tworzonej aplikacji. Ilość zmiennych określa się na podstawie ilości urządzeń, z których wartości będą potrzebne do funkcjonowania wizualizacji. Ponieważ wykonana symulacja jest złożona, autor wybrał oprogramowanie, które w wersji demonstracyjnej oferowało największą liczbę zmiennych. PRO-2000 w wersji demo oferuje tworzenie aplikacji do 50 zmiennych i 90% funkcjonalności oprogramowania, co dało autorowi swobode działania. Dodatkowym atutem tego oprogramowania było to, że jest w języku polskim.

8.1 PRO-2000

PRO-2000 jest oprogramowaniem zaliczanym do systemów SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - z ang. sterowanie nadrzędne i akwizycja danych) [2]. Jest to pakiet programów do tworzenia i realizacji komputerowych systemów wizualizacji i monitorowania procesów przemysłowych, linii technologicznych, maszyn i urządzeń, a także nadzoru i sterowania w oparciu o programowalne sterowniki i urządzenia kontrolno-pomiarowe.

Funkcje oprogramowania PRO-2000:

a) przetwarzanie zmiennych procesowych:

- odczytanie i przetwarzanie pomiarów

- rozpoznawanie sytuacji awaryjnych

- badanie wiarygodności

- określenie stanu i rejestrowanie zdarzeń

- obliczanie wartości tendencji zmian dla punktów analogowych

- prognozowanie poborów 15 i 60 minutowych dla punktów licznikowych mediów energetycznych

- obliczanie poboru dopuszczalnego według założonych limitów,

b) obsługa i rejestracja zdarzeń z zachowaniem daty i czasu ich wystąpienia, numeru punktu

systemowego, numeru kodu, parametru lub nazwy urządzenia:

- tablic zdarzeń technologicznych

- alarmów

- ostrzeżeń

- usterek urządzeń (diagnostyka)

- innych

c) oddziaływanie na proces:

- sterowanie ręczne z konsoli (konfigurowalne stacyjki sterowań)

- zmiana nastaw regulacji i wartości zadanych

- włączanie i wyłączanie urządzeń

d) wizualizacja parametrów i danych w czasie rzeczywistym

- obrazy synoptyczne

- obrazy pojedynczych punktów i grup punktów

- obrazy serwisowe

- obrazy zdarzeń

- dane archiwalne

- zdarzenia wg wybranego kryterium

- wykresy aktualnych wartości i stanów - "LIVE"

- wykresy archiwalnych wartości chwilowych i stanów

- wykresy wartości 15 minutowych dla punktów licznikowych

- wykresy wartości godzinowych

e) sygnalizowanie przekroczenia granic ostrzeżeń i alarmów

f) realizacja dowolnych obliczeń technicznych i ekonomicznych,

g) tworzenie i drukowanie raportów, protokołów, wykresów w postaci graficznej i alfanumerycznej

Wszystkie te funkcje wbudowane są w oprogramowanie PRO-2000 i są natychmiast dostępne po wygenerowaniu aplikacji dla określonego zastosowania. Opracowania wymagają tylko formaty raportów czy protokołów wg życzeń użytkownika. Stworzenie aplikacji PRO-2000 wymaga więc:

a) wygenerowania bazy danych z opisem punktów systemowych (parametry, sposób obsługi, powiązania w grupy etc.)

b) stworzenia obrazów synoptycznych do prezentacji zmiennych procesowych

c) zdefiniowania algorytmów obliczeń i uwarunkowań dla zmiennych wyliczanych

d) zdefiniowania formatów i zawartości raportów, protokołów, zestawień itp.

e) określenia innych parametrów systemu niezbędnych dla jego właściwego funkcjonowania (np. okresy archiwowania danych)

8.1.1 Struktura sprzętowa dla aplikacji oprogramowania PRO-2000

W strukturze sprzętowej systemu opartego na oprogramowaniu PRO-2000 istnieją trzy poziomy:

1. Stacje obiektowe - urządzenia automatyki bezpośrednio współpracujące z obiektem (sterowniki PLC, regulatory, koncentratory pomiarowe, urządzenia kontrolno-pomiarowe, rejestratory, liczniki ciepła, liczniki energii elektrycznej, gazu, wody i inne), posiadające łącze komunikacyjne i jawny protokół wymiany informacji. Zadaniem stacji obiektowych jest zebranie i przesłanie zmiennych procesowych do stacji przetwarzających oraz przyjmowanie danych od stacji przetwarzających.

2. Stacje przetwarzające (danych) - komputer w wersji przemysłowej z oprogramowaniem PRO-2000, w którym następuje kompletowanie i przetwarzanie otrzymanych sygnałów pomiarowych i stanów urządzeń. Wyniki tego przetworzenia w postaci nastaw regulacyjnych lub rozkazów sterowania są zwrotnie odsyłane do układów sterowania i regulacji. Stacja przetwarzająca archiwizuje informacje o procesie i udostępnia je stacjom operatorskim.

3. Stacje operatorskie (dyspozytorskie, inżynierskie, oddalone) - budowane w oparciu o komputery w wersji przemysłowej lub PC z oprogramowaniem PRO-2000. W małych systemach stacja danych może pełnić jednocześnie rolę stacji operatorskiej. Dobór komputera oraz jego wyposażenia wewnętrznego i zewnętrznego dyktują względy użytkowe.

Stacje przetwarzające (danych) i stacje operatorskie pracujące w lokalnej sieci komputerowej, która pozwala na szybką wymianę informacji między nimi. Główne zadania stacji operatorskich to [3]:

a) współpraca ze stacjami przetwarzającymi,

b) wizualizacja nadzorowanego procesu (obrazy synoptyczne, wykresy, punkty systemowe, grupy punktów, obrazy alarmowe),

c) generowanie raportów,

d) możliwość modyfikacji funkcji systemu w trybie "on-line",

e) prowadzenia kontroli i nadzoru procesów technologicznych oraz zarządzanie nimi.

Rysunek 8.1 Schemat połączeń struktury sprzętowej dla PRO-2000

8.1.2 Struktura oprogramowania PR0-2000:

- programy systemowe - Runtime PRO-2000 (programy obsługi stacji przetwarzających i stacji operatorskich),

- programy komunikacyjne - drajwery do urządzeń automatyki różnych producentów,

- programy narzędziowe do konstruowania aplikacji

- edytor bazy danych

- edytory obrazów,

- programy do tworzenia obliczeń (biblioteka funkcji),

- programy do tworzenia raportów,

- arkusz kalkulacyjny i inne

8.1.3 Platforma systemowa

Windows 9x/Me/NT4/2000/XP - wielozadaniowe systemy operacyjne firmy Microsoft. Dla stacji przetwarzających PRO-2000 zaleca się stosowanie systemów Windows NT4/2000/XP. Na stacjach operatorskich PRO-2000 możliwe jest jednoczesne używanie oprogramowania ogólnego użytku (edytory tekstu, arkusze kalkulacyjne etc.).

8.1.4 Komunikacja

Obiekty procesu przemysłowego czy linii technologicznej są często rozmieszczone na znacznej przestrzeni, co wymaga stosowania właściwych środków komunikacji. PRO-2000 dysponuje wszystkimi nowoczesnymi mediami komunikacyjnymi, pozwalającymi zapewnić przesłanie danych w każdej sytuacji. W zależności od istniejących warunków (odległości, otoczenia, zakłóceń itp.) i rodzaju urządzeń obiektowych, możliwe jest przesyłanie danych poprzez łącza:

- kablowe (RS 232, RS 485, TTY),

- światłowodowe,

- telefoniczne (także poprzez telefonię komórkową),

- radiowe,

- satelitarne.

Dla wszystkich urządzeń produkcji firmy "MikroB" S.A. i większości sprzętu renomowanych producentów, PRO-2000 posiada zaimplementowane drajwery komunikacyjne. Wśród tych urządzeń są zarówno sterowniki PLC produkcji takich firm jak GE-Fanuc, SIEMENS, MODICON, ALLEN-BRADLEY, TELEMECANIQUE, SAIA jak też i specjalizowane urządzenia do różnych zastosowań (ciepłomierze, wagi, energetyczne urządzenia zabezpieczające, itp.) Przy braku odpowiedniego drajwera, jest on opracowywany pod konkretne zapotrzebowanie.

8.1.5 Zabezpieczenia

Dostęp do funkcji w aplikacji PRO-2000 zabezpieczony jest przed niepowołanymi osobami, poprzez zastosowanie systemu haseł i odpowiednich uprawnień dla poszczególnych użytkowników. Funkcja ta nie jest dostępna w wersji demonstracyjnej.

Uprawnienia można podzielić na następujące grupy:

- uprawnienia do oglądania punktów systemowych,

- uprawnienia do oglądania grup punktów,

- uprawnienia do oglądania synoptyk,

- uprawnienia do zmiany wartości punktów ręcznych i wykonywania sterowań,

- uprawnienia do wykonywania funkcji systemu,

- uprawnienia do dostępu do stacji danych,

- uprawnienia do akceptowania alarmów ze stacji danych.

Tak zaprojektowany system uprawnień daje gwarancję, że wszystkie działania podejmowane przez użytkowników systemu, będą adekwatne do poziomu ich kompetencji i wiedzy. Chroni to proces technologiczny jak i dane z niego otrzymane przed zakłóceniem lub zniszczeniem.

8.1.6 Konstruowanie aplikacji

Do tworzenia aplikacji w systemie PRO-2000 służy pakiet programów narzędziowych, zawierający wszystkie niezbędne elementy do utworzenia pełnej aplikacji użytkowej. Wielką zaletą pakietu narzędziowego jest praca w trybie interakcyjnym przy definiowaniu poszczególnych składników aplikacji, a szczególnie przy tworzeniu bazy danych opisującej obiekt. Tam, gdzie jest to możliwe, program podpowiada parametry domyślne (standardowe), umożliwia wybór z listy wartości (okno podpowiedzi), a przy zachowaniu właściwej kolejności konstruowania bazy, odwołuje się do wprowadzonych wcześniej informacji.

W skład pakietu narzędziowego PRO-2000 wchodzą programy umożliwiające:

a) Obsługę bazy danych (edytor bazy danych wraz z programami do jej generowania i konwersji). Baza zawiera:

- opisy punktów systemowych (pomiarowych, wyliczanych oraz wprowadzanych ręcznie)

- opis powiązania punktów pomiarowych z wejściami/wyjściami stacji obiektowych

- opisy grup punktów systemowych

- opisy sposobów obsługi oraz interpretacji stanów dla punktów analogowych, dwustanowych i licznikowych (tablice stanów)

- opisy stacji obiektowych

- definicje parametrów globalnych

b) Tworzenie obrazów synoptycznych - edytory, za pomocą których tworzone są obrazy synoptyczne w PRO-2000

c) Kodowanie obliczeń - definiowanie wyliczanych punktów systemowych (analogowych i binarnych). Wartości punktów wyliczanych wyznaczane są podczas realizacji algorytmów, zdefiniowanych dla tych punktów. Argumentami obliczeń mogą być wartości innych punktów a w systemach sieciowych także wartości punktów z innych stacji danych. Algorytmy obliczeń kodowane są w :

- programie obliczeń chwilowych

- programie obliczeń godzinowych

d) Tworzenie raportów - zdefiniowanie zawartości i formatu generowanych raportów. Format raportu jest ciągiem instrukcji, których wykonanie powoduje powstanie tekstu raportu - zapisywany on jest jako formatka w pliku tekstowym.

e) Inne funkcje systemu - tworzenie synoptyk terminalowych, nadawanie uprawnień operatorom systemu, przekazywanie danych do arkuszy kalkulacyjnych i inne.

8.1.7 Sieć globalna - PRO-2000 INTERNET

Unikalną możliwością PRO-2000 jest dostęp do Internetu. Coraz częściej ta globalna sieć wykorzystywana jest do przekazywania informacji nie tylko hipertekstowych lecz również do zdalnego informowania o stanie linii technologicznej, procesu czy obiektu.

Dzięki pakietowi PRO-2000 INTERNET można:

a) poprzez sieć INTERNET mieć dostęp do określonych zasobów serwera PRO-2000, zakładowej sieci INTRANET, jak np.:

- wgląd do zmiennych procesu technologicznego (synoptyki)

- korzystanie z utworzonych dokumentów w formacie HTML (raporty)

b) wykorzystać dowolny komputer współpracujący z Internetem, wyposażony w ogólnodostępną przeglądarkę stron WWW Internet Explorer, Netscape Navigator) niezależnie od platformy sprzętowej i systemowej.

To nowatorskie rozwiązanie, pozwala użytkownikowi systemu uniezależnić się od miejsca, w którym może otrzymać interesujące go informacje. Przynosi szereg korzyści, nieosiągalnych za pomocą środków w lokalnej konfiguracji sieciowej. Są to:

- jednoczesne udostępnianie danych (obrazy, teksty) wszystkim odbiorcom, zgodnie z ustalonymi prawami dostępu (np. projektant z Biura Projektów nadzorujący wdrażany proces technologiczny z zewnątrz, itp.)

- posługiwanie się standardowymi narzędziami (przeglądarki INTERNETU , znane i dostępne)

- oglądanie obrazów synoptycznych prezentujących aktualny stan procesów technologicznych

- przeglądanie i drukowanie raportów utworzonych przez aplikację PRO-2000

- pobieranie parametrów bieżących i archiwalnych do wykorzystania ich w innych programach (np. arkusze kalkulacyjne)

- udostępnianie, w szczególnych przypadkach, funkcji sterujących procesem.

Rysunek 8.2 Schemat połączeń sieci globalnej

8.1.8 Zalety aplikacji PRO-2000

Aplikacje na bazie oprogramowania PRO-2000 charakteryzują się następującymi cechami:

- zapewniają wielozadaniową i wielodostępną pracę w czasie rzeczywistym,

- tworzą struktury przestrzennie rozproszone,

- są otwarte na rozbudowę i modyfikację (możliwość modyfikacji on-line),

- są otwarte na integrację z istniejącą w zakładzie, dowolną siecią komputerową oraz z pracującymi już urządzeniami automatyki,

- jako oprogramowanie, w całości opracowane przez polską firmę, stwarzają warunki do wykonania funkcji niestandardowych, na specjalne życzenie użytkownika,

- oferują duży zakres funkcji użytkowych (obsługa procesu technologicznego ze stanowiska operatora, możliwość prowadzenia zdalnego sterowania i regulacji, prezentacja na ekranie żądanych parametrów procesów technologicznych na tle schematu technologicznego),

- dają duże możliwości w zakresie zbierania i przetwarzania zmiennych procesowych, wizualizacji, rejestrowania oraz archiwowania danych, z których można korzystać w wybranej formie i w wybranym czasie (dni, godziny),

- eliminują potrzebę instalowania tablic synoptycznych i rejestratorów,

- ograniczają potrzebę instalowania mierników, wskaźników, sygnalizatorów itp.

- posiadają bogate funkcje autotestowania,

- są niezawodne w działaniu oraz przyjazne dla użytkownika,

- prezentują potrzebne zdarzenia archiwalne, dane i parametry, poprzez raportowanie,

- wspomagają nadzór operatorów nad pracą urządzeń,

- umożliwiają wymianę informacji z innymi systemami (np. za pośrednictwem protokołu TCP/IP),

- pozwalają na dostęp do obiektu, z dowolnego miejsca na świecie, poprzez sieć Internet,

- realizują inne specjalizowane zadania wg potrzeb użytkowników.

8.2 Wymagania i instalacja oprogramowania PRO-2000

Oprogramowanie PRO-2000 dla Windows nie wnosi wygórowanych wymagań co do sprzętu na jakim może pracować. Wymagania te są zgodne z wymaganiami, jakie stawia sprzętowi system operacyjny MS Windows w odpowiedniej wersji. PRO-2000 może pracować pod każdą wersją systemu operacyjnego Windows tj. 9x/Me/NT/2000/XP. Jeżeli komputer pracuje jako stacja przetwarzająca zalecany jest system Windows NT/2000/XP. Wielkość dysku twardego w stacji przetwarzającej zależy od wielkości systemu i czasu przechowywania danych archiwalnych.

W celu zainstalowania oprogramowania PRO-2000 dla Windows 9x/Me/NT/2000/XP należy wykonać włożyć instalacyjny dysk CD do napędu CD-ROM. Dysk instalacyjny CD ma opcję automatycznego startu programu instalacyjnego. Oznacza to, że przy standardowych ustawieniach systemu Windows po włożeniu dysku PRO-2000 do napędu, program instalacyjny powinien uruchomić się automatycznie. W przeciwnym razie tok postępowania przy uruchamianiu programu instalacyjnego powinien być następujący: po kliknięciu na przycisku Start i wybraniu polecenia Uruchom należy wpisać z klawiatury komendę X:\START.EXE i nacisnąć klawisz Enter (zamiast X należy wstawić literkę oznaczającą napęd CD). Po ukazaniu się okna dialogowego kliknąć przycisk „Instalacja PRO-2000” i postępujemy zgodnie z instrukcjami ukazującymi się na ekranie. Docelowy ścieżka instalacji to „C:\PRO” i taką zaleca się pozostawić. W następnym oknie wybieramy instalacje pełną lub podstawową. Różnica pomiędzy nimi jest taka, że przy podstawowej instalacji instalowane są tylko te składniki wizualizacji, które umożliwiają tylko podgląd symulacji. Przy instalacji pełnej instalowany jest edytor aplikacji, który był kluczowym programem do stworzenia symulacji. Tylko dzięki niemu możemy podejrzeć budowe symulacji lub ją zmienić. Po zainstalowaniu oprogramowania PRO-2000 należy skopiować z tej samej płyty „źródło” symulacji (katalog „obliczenia” z płyty CD) do katalogu „C:\PRO”. Jeśli wybraliśmy instalacje podstawową to należy najpierw usunąć z katalogu „C:\PRO” katalog „BAZA” (jest to kompilacja przykładowej wizualizacji), a następnie w to miejsce skopiować z płyty tylko kompilację symulacji (katalog „BAZA” z płyty CD). W przypadku, gdy zainstalowano cały pakiet PRO-2000, należy dodatkowo skopiować z płyty cd katalog „obliczenia” (źródło symulacji) do katalogu „C:\PRO”.

8.3 Sposób wykonania symulacji

W pakiecie PRO-2000 programem do tworzenia aplikacji wizualizacyjnych jest „edytor aplikacji”. Pierwszym krokiem do stworzenia symulacji było utworzenie nowego projektu (w menu projekt\Nowy projekt).

Rysunek 8.3 Okno dialogowe „Nowy projekt”

Autor nadał projektowi nazwe „obliczenia”, ponieważ symulacja opierała się tylko i wyłącznie na nich,a nie na danych zewnętrznych pobieranych np. ze sterownika PLC.

Rysunek 8.4 Okno dialogowe „Kreator konfiguracji sprzętowej” - wybór urządzenia, z którym komunikuje się wizualizacja

W kolejnym oknie konfigurujemy sprzęt, z którego chcemy pobierać lub wymieniać informacje. Przy tworzeniu tej symulacji nie ma to znaczenia, jakie urządzenie wybierzemy, ponieważ żadnego urządzenia nie jest używane akurat przy tej symulacji. W kolejnym oknie wybieramy port (domyślnie szeregowy), przez jaki chcemy dokonywać transmisji danych z wybranym wcześniej urządzeniem. Następnie definiujemy stacje obiektową

Rysunek 8.5 Okno dialogowe „Kreator konfiguracji sprzętowej” - dodawanie nowej stacji obiektowej

Klikamy „dodaj nową stację”

Rysunek 8.6 Okno dialogowe „Właściwości” - utworzonej wcześniej stacji obiektowej

Numer urządzenia oraz kanału komunikacyjnego nie jest ważny, gdyż odnosi się do urządzenia, którego fizycznie niema. Tryb pracy ustawiamy na symulacja, gdyż wtedy nawet, jeśli wcześniej wybierzemy urządzenie, z którym wizualizacja miałaby wymieniać informacje, to w trybie symulacji sygnały są symulowane - brak przesyłania danych pomiędzy urządzeniami. Wybierając tryb automatyka, zaprojektowana aplikacja będzie chciała pobierać dane ze skonfigurowanego wczesniej urządzenia. Jeśli nie będzie on podłączony do komputera to wyskoczy błąd komunikacji i wartości na wizualizacji będą błędne.

Kolejnym, bardzo ważnym etapem tworzenia aplikacji było tworzenie punktów systemowych. PRO-2000 widzi automatyzowany obiekt jako zbiór punktów systemowych (punkty odpowiadające obwodom pomiarowym sygnałów analogowych, binarnych, impulsowych i wewnętrzne punkty wyliczane lub ustawiane ręcznie). Oznacza to, że każdy element, którego wartość ma być zczytywana z procesu technologicznego, ma przyporządkowany jeden punkt systemowy w wizualizacji ( jedna zmienna dla jednej odczytywanej wartości). Biorąc pod uwagę rodzaj przechowywanej informacji w PRO-2000 obsługiwane są trzy typy punktów:

a) punkt analogowy jest to punkt przechowujący wartości pomiaru wielkości fizycznych (temperatura, ci.nienie itp.) zmieniających się w sposób ciągły,

b) punkt binarny (2-8 stanów) jest to punkt przechowujący dyskretne wartości odzwierciedlające stany urządzeń (zasuwy, pompy, sygnalizatory alarmów itp.). Należy zwrócić uwagę, że pierwszy stan w warościach dyskretnych to stan zerowy.

c) punkt licznikowy przechowuje wartości mierzonej wielkości (zużycie energii elektrycznej, gazu, wody itp.) jako wynik sumowania (liczydło).

Ze względu na sposób pozyskiwania informacji, punkty systemowe dzieli się na:

a) punkty pomiarowe, które służą do bezpośredniego przyjęcia danych ze stacji obiektowych (z ich pamięci, rejestrów itp.).

b) punkty wyliczane, których źródłem wartości są programy obliczeń. System PRO-2000 udostępnia bibliotekę wspomagającą pisanie tych programów.

c) punkty ręczne, którym użytkownik "z ręki" może przypisać wartość lub stan.

Punkt systemowy jest zatem kombinacją wyżej wymienionych typów. Tak więc w PRO-2000 funkcjonują następujące punkty systemowe:

- analogowe pomiarowe (Ap),

- analogowe wyliczane (Aw),

- analogowe ręczne (Ar),

- binarne pomiarowe (Bp),

- binarne wyliczane (Bw),

- binarne ręczne (Br),

- licznikowe pomiarowe (Lp),

- licznikowe wyliczane (Lw),

- licznikowe ręczne (Lr).

Przy tworzeniu aplikacji autor wykorzystał dwa typy punków systemowych:
a) analogowy wyliczany (AW),

b) binarny ręczny (BR).

Aby dodać nowy punkt systemowy wchodzimy w menu Projekt\Punkty systemowe lub też używamy kombinacji klawiszy CTRL+F

Rysunek 8.7 Okno dialogowe „Punkty systemowe”

następnie klikamy „Dodaj...”

Rysunek 8.8 Okno dialogowe „Właściwości punktu systemowego” z zakładkami odpowiednio dla typu punku

W zależności od typu punktu jaki chcemy utworzyć, program generuje odpowiednie karty (zakładki) grupujące informacje o punkcie jak np. Opis, Adresy, Granice. Zakładki dla punku analogowego wyliczanego to:

a) opis:

- numer punku - tym numerem posługujemy się przy tworzeniu aplikacji

- kod punktu - jest to specyficzna nazwa, która identyfikuje punkt ze stacją obiektową. dzięki której przy dużej ilości stacji obiektowych, możemy odczytać z której stacji obiektowej pochodzi dany punkt.

- typ punku - opis wyżej

- nazwa punktu - nazwa punktu, np. przybliżająca jego znaczenie w zbiorze punktów

- jednostka - odpowiednio dla każdego typu punktu możemy dobrać jednostkę zczytywanej wartości

b) ogólne:

- ilość miejsc po przecinku

- tablica stanów - to zestaw parametrów opisujących stany, w jakich mogą znaleźć się punkty systemowe. Dla każdego z trzech typów punktów (analogowy, binarny, licznikowy) definiowane są odrębne tablice stanów. Edytor Aplikacji posiada zdefiniowane tablice wzorcowe, po jednej dla każdego typu punktu. Projektant aplikacji może - w zależności od potrzeb - modyfikować tablice wzorcowe i dodawać nowe. Tablice stanów uruchamia się naciskając na ikonę
.

Rysunek 8.9 Okno dialogowe „Tablice stanów, grupy punktów”

Po otwarciu okienka Tablice stanów do wyboru są trzy typy danych - Grupy punktów, Tablice stanów, Tablice 32-stanowe. Dla typu danych Tablice stanów należy wybrać typ punktów, do których mają odnosić się projektowane tablice. I tak dla punktów binarnych wybieramy tablice stanów „binarne”.

Rysunek 8.10 Okno dialogowe „Opis tablicy stanów” dla punktu binarnego

Dla tablicy stanów punktu binarnego w okienku „Opis tablicy stanów” można wprowadzić następujące dane:

- numer tablicy - przypisywany jest automatycznie, program proponuje kolejny,

wolny numer dla tablicy

- nazwa tablicy - tekstowa nazwa tablicy, informuje nas o tym z jakim zestawieniem stanów mamy doczynienia

- słowa - nazwa (opis) stanu, dowolny tekst o długości do 8 znaków, który będzie wyświetlany na synoptykach odpowiednio dla każdego stanu

- kolor znaku - określa kolor znaków, jakimi będzie pisane słowo określone powyżej,

- kolor tła - określa kolor tła, na którym będą pisane znaki nazwy stanu. Kolory wpisywane są w tablice jako numery kolorów z palety podstawowej. Wyboru koloru natomiast dokonuje

się wciskając przycisk wyboru koloru i wybierając odpowiedni kolor z palety. Kolor o indeksie 0 traktowany jest jako kolor przezroczysty.

- pozostałe atrybuty stanu - można ustawiać je w wierszu danego stanu zaznaczając odpowiednie pola lub otworzyć okienko Atrybuty naciskając przycisk
przy polach atrybutów.

Rysunek 8.11 Okno dialogowe „Atrybuty”, definuje się je dla każdego stanu z osobna

- niewiarygodność - tj. nieprawidłowa wartość pomiaru

- alarm technologiczny - zdefiniowanie alarmu technologicznego w danym procesie, np. zalanie, awaria.

- ostrzeżenie technologiczne - zdefiniowanie ostrzeżenia technologicznego, np. pojawienie się niebezpieczeństwa, któremu można jeszcze zaradzić podejmując odpowiednie środki.

- buczek - sygnał dźwiekowy 1

- dzwonek - sygnał dźwiękowy 2

- miganie - miganie napisu w danym stanie

- naliczanie liczby załączeń

- naliczanie czasu pracy

- stan nieistotny

- akceptacja (synoptyka)

- słupek w kolorze znaku

Dla punktów analogowych tablica stanów wygląda troche inaczej

Rysunek 8.12 Okno dialogowe „Opis tablicy stanów” dla punktu analogowego

Oprócz powtarzających się opcji z tablic stanów binarnych mamy specyficzne pięć stanów. Stany punktów MAX2, MAX1, NORMA, MIN1, MIN2 odpowiadają jednoznacznie granicom zdefiniowanym w opisie punktu analogowego. Czyli, jeżeli wartość analogowa będzie w punkcie X zawarta pomiędzy od 0 do 100, a w samym punkcie X wartość MAX2 zostanie zdefiniowane na 95,to powyżej tej wartości wyświetlana na synoptyce wartość będzie miała wszystkie atrybuty dla stanu MAX2, tj. kolor wyświetlania i inne pozostałe atrybuty, jakie zostały przydzielone do danego stanu.

Dla punktów licznikowych okienko „Opis tablicy stanów” jest podobne jak dla poprzednich typów, lecz różni się rodzajem stanów.

Rysunek 8.13 Okno dialogowe „Opis tablicy stanów” dla punktu licznikowego

Tablica prezentuje stany, w jakich może się znaleźć punkt licznikowy. Są one następujące:

Brak PA - brak poboru aktualnego (PA),

Norma PA - pobór aktualny w normie,

Ostrzeż. - ostrzeżenie o przekroczeniu limitu,

Przekr. - przekroczenie limitu,

Liczydło - w punkcie ręcznie ustawiono wartość liczydła (zdarzenie),

Niewiar. - niewiarygodność punktu,

Błąd obl. - błąd obliczeń na punkcie.

- cykl obsługi - określenie czasu jak często ma być archiwizowana dana,

c) parametry:

- wiarygodność - określenie wiarygodnej wartości, jeśli urządzenie zczytujące przekłamuje odczyt

- skala - zakres sygnału odczytywanego

d) granice:

- zestaw 1 - określenie granic (MAX2, MAX1, NORMA, MIN1, MIN2) dla danego punku. Każda granica może mieć jeden z trzech atrybutów: 1-brak granicy, 2- C-wartość stała, 3- P-wartość wybranego punktu

- zestaw 2 - drugi zestaw granic, który może być wykorzystany w pewnych sytuacjach jak rozruch czy próba technologiczna,

e) inne:

- data i czas ostatniej modyfikacji punktu

- komentarz - pole tekstowe do wykorzystania przez projektanta jako własny komentarz.

Zakładki dla punktu binarnego ręcznego, są mniej złożone, a ich opis zawarty jest w punkcie analogowym.

Spis wszystkich punktów zawartych w symulacji:

1 BR zawór napływu osadnika (Z-zamknięty, O-otwarty)

2 AW Poziom wody w osadniku

3 BR praca filtrów (jednostopniowa, dwustopniowa)

4 BR tryb pracy SUW (automatyczny,reczny)

5 BR Zasilanie elektryczne SUW

6 AW Filtr 1 poziom

7 AW Filtr 2 poziom

8 BR sterowanie pompa P1AB

9 BR stan pracy P1AB

10 BR sterowanie pompą P1C

11 BR stan pracy P1C

12 BR suchobieg pomp P1AB i P1C

13 BR przelew do ujęcia brzegowego

14 BR zawor spustu wody surowej

15 BR przelew filtra 1

16 BR przelew filtra 2

17 AW poziom wody w pomieszczeniu SUW

18 AW poziom w zbiorniku wody uzdatnianej

19 BR sterowanie pompą P2

20 BR stan pracy P2

21 BR sterowanie pompą P3A

22 BR stan pracy P3A

23 BR sterowanie pompą P3B

24 BR stan pracy P3B

25 BR sterowanie pompą P3C

26 BR stan pracy P3C

27 BR suchobieg pomp P2

28 BR zawór górny filtra 1

29 BR zawór dolny filtra 1

30 BR zawór górny filtra 2

31 BR zawór dolny filtra 2

32 BR stan pracy filtrów

33 BW sprawdzenie przeplywu wody przez spust

34 BR zawor do pracy dwustopniowej

35 BR awaria pomp P1ABC

36 BR awaria pompy P1C

37 BR naprawa pomp

39 BR pobór wody do sieci wodociągowej w %/s

40 BR mętność wody

41 BR napływ wody do filtra 2

42 BR suchobieg pomp P3ABC

43 BR praca przepustnic

44 BR awaria pompy P2

45 BR zawor naplywu wody do zbiornika w uzdatnionej

46 BR awaria pompy P3A

47 BR awaria pompy P3B

48 BR awaria pompy P3C

49 BR stan pracy pompy P4

50 BR stan zalania stacji uzdatniania wody

Punkty te były dodawane wraz z powiększaniem się możliwości symulacji. Dla całej symulacji została zaprojektowana tablica stanów dla punków:

a) analogowych wyliczanych:

- poziom

b) binarnych ręcznych:

- zawór (0-zamkniet, 1-otwarty)

- status pracy filtrow (0-jedno, 1-dwu)

- tryb pracy SUW (0-STOP, 1-AUTO, 2-REKA)

- stan pracy SUW (0-STOP, 1-PRACA)

- sterowanie pomp (0-wyl, 1-zał, 2-auto)

- stan pracy pomp (0-STOP, 1-PRACA)

- suchobieg (0-0, 1-SUCHOBIE)

- przelew (0-0, 1-przelew)

- awaria (0-ok, 1-awaria)

- zapotrzebowanie (0-0, 1-male, 2-srednie, 3-duze)

- stan pracy filtrów (0-filtracja, 1-płukanie)

- mętność (0-mała, 1-duża)

- przepustnice (0-AUTO, 1-REKA)

- zasilanie (0-OK, 1-BRAK)

- wyciek (0-0, 1-0,5, 2-2, 3-4)

- zalanie (0-BRAK, 1-ALARM, 2-ZALANIE)

Po utworzeniu punktów systemowych kolejnym etapem tworzenia aplikacji było stworzenie synoptyki, tj. obrazu graficznego aplikacji. Aby dodać nową synoptykę klikamy ikonę
lub w menu wybieramy Synoptyki\Nowa synoptyka. Możemy też skorzystać ze skrótu klawiszowego CTRL+N. W otwartym okienku automatycznie wpisuje się nazwa nowej synoptyki i taką nazwę należy zachować. Klikając na tło synoptyki, można zmienić jej tło, nazwę lub rozmiar. PRO-2000 ma standardowe rozmiary synoptyk jakie można wybrać. Jeżeli jednak chcemy zmienić rozmiar synoptyki to klikając w menu Opcje\Ustawienia, możemy ustawić dowolny rozmiar synoptyki z przeskokiem co 5 piksli. Jeśli już zatwierdziliśmy nowy rozmiar synoptyki to należy kliknąć na tle synoptyki prawym przyciskiem myszy i w Rozmiarach Synoptyki wybrać opcję „wg ustawień programu”. Wielkość synoptyki możemy zmienić w każdej chwili.

Kolejnym etapem powstawania symulacji było tworzenie obrazu synoptycznego, tzn wszelkiego typu grafik, bitmap, tekstów oraz elementów interakcyjnych,takich jak przycisk i elementy wyświetlające wartości poszczególnych punktów systemowych lub też elementy zmieniające swój wygląd w zależności od stanów danego punktu.

Z dostępnego z lewej strony menu mamy do dyspozycji:

strzałkę do zaznaczania elementów, klikając prawym przyciskiem myszy na dowolnym elemencie otwięra się menu, gdzie możemy w zależności od zaznaczanego elementu:

- edytować tekst

- edytować punkt

- usuwać, kopiować, wklejać i wycinać dany element

- zablokować lub odblokować pojedyńcze lub wszystkie elementy

- przesuwać na wierzch lub pod spód

- zmieniać własności elementów

W PRO-2000 elementy graficzne dzielą się na:

a) nieaktywne - tj. teksty i grafiki, które nie zmieniają swojego wygladu

b) aktywne - powiązane są z punktem systemowym w czego efekcie odwzorowują w danym momencie jego wartość w postaci liczbowej lub graficznej (np. słupek poziomu wody).

prostokąt

elipsa

tekst jednowierszowy

prosta

łamana

wielokąt

symbole - po wybraniu tego przycisku i kliknięciu w obrębie synoptyki pojawia się okno

Rysunek 8.14 Okno dialogowe „Wybór symboli”

Z lewej strony wybieramy typ symbolu, a następnie z prawej wybieramy spośród dostępnych zestawień dane zestawienie.

Wyróżniamy trzy typy symboli:

1. bitmapa - jest to nic innego jak obraz, po którego wybraniu otwiera się okno do podania ścieżki do bitmapy, którą zamierzamy wstawić

2. zestaw symboli - jest to zestawienie co najmniej dwóch bitmap, przy czym każda z nich przyporządkowana jest do innego stanu, np. w symulacji zawarte są zawory które mogą być tylko w dwóch ściśle określonych stanach: 0- zamknięty i 1-otwarty. Gdy punkt, do którego zostanie dołączony zestaw symboli zaworu będzie miał wartość „0” to wyświetlona zostanie na synoptyce bitmapa, która została przydzielona do tego stanu, i tak samo odpowiednio dla stanu 1. Jeżeli chcemy zdefiniować swój „własny zestaw symboli” należy wybrać w menu Synoptyki\Definicja zestawów symboli

Rysunek 8.15 Okna dialogowe „Zestaw symboli” oraz „Edycja zestawów”

Na wyświetlonej liście zestawów symboli klikając na „+” dodajemy nowy zestaw symboli, a znak „-„ służy do usuwania zestawów symboli. Klikając dwukrotnie na danym zestawie wchodzimy w jego edycje. Zestaw symboli może zawierać do 32 stanów. Wykonany przez autora symbol „zaworpoziomy” stosowany tylko na liniach (rurach) pionowych w pierwszym stanie, tj. zamkniętym jest prostopadły do linii, a w stanie drugim, czyli otwartym jest do niej równoległy. I odwrotnie dla zaworpionowy. Dodawanie lub odejmowanie bitmap dla każdego stanu realizuje się za pomocą przycisków „+” i „-„, podając sciężkę dostępu do pliku bitmapy. Ważne jest, aby rozmiar każdej bitmapy w zestawieniu miał ten sam rozmiar.

3. zestaw animacji - jest to zestawienie serii bitmap, które są klatkami odtwarzanej animacji. W przeciwieństwie do zestawu symboli tu mamy doczynienia tylko z dwoma stanami, stop i praca,czyli odtwarzanie animacji.

Rysunek 8.16 Okna dialogowe „Zestaw animacji” oraz „Edycja zestawów”

Jeżeli chcemy zdefiniować swój „własny zestaw animacji” należy wybrać w menu Synoptyki\Definicja zestawów animacji. Następnie określamy liczbę klatek animacji. Dodatkowym elementem, na który należy zwrócić uwage jest klatka spoczynkowa. Ma ona istotne znaczenie przy wyświetlaniu zestawu animacji. Jeśli w klatce spoczynkowej przydzielimy bitmapę jedną z użytych w powyższych stanach, to klatka ta będzie wyświetlana na synoptyce w stanie stop. Przykładem będzie tu pompa, której symbol jest widoczny w stanie zatrzymania, a po zmianie stanu na 1 zaczyna odtwarzać się animacja imitująca obrót wirnika pompy. Jeśli natomiast klatce spoczynkowej przydzielimy bitmapę w kolorze tła lub o parametrach koloru przezroczystego, (jakim w PRO-2000 jest R:40 G:0 B:0) to w stanie stopu na ekranie nie będzie nic widać,a w rzeczywistości będzie wyświetlana bitmapa o rozmiarach takich jak inne bitmapy,ale w kolorze tła lub przezroczystym. Można wykorzystać ten efekt przy tworzeniu wizualizacji takich jak wypływ wody lub pożar, gdzie animacja powinna pokazywać się dopiero w stanie 1.

biblioteka symboli - są to zarówno elementy do budowy obrazów (np.elementy rur) jak i gotowe proste obrazki w postaci plików typu bitmapa (pompy, zasuwy, zbiorniki, silniki itp.).

Własności elementów

Narysowany prostokąt, napisany tekst bez przydzielenia mu punktu jest elementem nie aktywnym, nie zmieniającym swojego wyglądu lub wyświtlanej wartości. Klikając prawym przyciskiem myszy na poszczególne elementy, a dalej na ich „Właściwości elementu” możemy przydzielić im poszczególne właściwości aktywne. I tak np. przycisk przekierowujący nas do innej synoptyki tworzymy z tekstu, na obszarze synoptyki wpisując treść jaka ma opisywać przycisk.

Rysunek 8.17 Okno dialogowe „Właściwości elementu - Tekst”

Dostępne statusy figur dla tekstu:

1. nieaktywny

2. aktywny - po wybraniu tego statusu wyświetla się lista wcześniej zdefiniowanych punktów systemowych z którymi będzie powiązany element. Ten status używany jest do wyświetlania aktualnego stanu punktu-jego wartości.

3. tekst z aktywnym tłem - w tym przypadku na synoptyce tekst wyświetlany jest w takiej formie jak został wpisany, nie jest to wartość punku. Lecz tło tego tekstu zmienia się w zależności od kolorów przydzielonych odpowiednio dla stanu powiązanej z punktem systemowym tablicy stanów

4. specjalny - po wybraniu tego statusu w zakładce „Atrybuty” mamy do wyboru takie „funkcje specjalne” jak:

1. przejście do synoptyki - właśnie tutaj określamy numer do synoptyki do której ma nas przekierować przycisk

2. wykonanie skryptu - uruchomienie pliku batchowego o określonej nazwie

3. sterowanie punktem binarnym - jest to fukcja dzięki, której możemy zmieniać stany punktów, np. otwierać i zamykać zawór, zmieniać tryb pracy pomp. Wybierając tę funckje wyświetla się nam lista punktów,ale tylko binarnych, a następnie określamy stan w jakim ma się znaleźć dany punkt po naciśnieciu przycisku na wizualizacji.

4. powrót do poprzedniej synoptyki

5. wyjście z programu - zamknięcie synoptyki

6. okno „INFO”

7. okno „PANEL”

8. okno „EDIT”

9. otwarcie synoptyki w nowym programie - określamy, która synoptyka ma być otwarta w nowym oknie

5. zmienna tekstowa

6. aktualny czas

7. aktualna data

Dostępne statusy figur dla elementów graficznych, takich jak np. prostokąt czy elipsa:

1. nieaktywny

2. aktywny - zasada działania jak dla tekstu, przy czym wyświetlane jest wypełnienie figury. I tak dla punktu binarnego wyświetlane są pełne wypełnienia odpowiednio dla każdego ze stanów,natomiast dla punktów analogowych wypełnianienie jest w zależności od wartości. W ten właśnie sposób realizowane jest wyświetlanie poziomów wody w filtrach.

3. specjalny - takie same opcje jak dla tekstu

Ostatnim najważniejszym elementem przy tworzeniu symulacji była „Lista obliczeń”. To dzięki niej wizualizacja daje możliwość przeprowadzenia symulacji i przedstawienia algorytmu pracy SUW. Funkcje tą wywołuje się z menu Projekt\Lista obliczeń lub przy pomocy kombinacji klawiszy CTRL+L. Funkcja ta służy do realizowania dodatkowych, definiowanych przez projektanta aplikacji, prostych algorytmów obliczeń wykonywanych przez system

PRO-2000, których wartości zapamiętywane są na punktach systemowych (wyliczanych, ręcznych). Istnieje tu również możliwość przypisywania wartości punktom pomiarowym

(sterowania) pod warunkiem ustawienia odpowiedniej opcji w defnicji punktu (typ sterowania - program lub operator, program). Zdefiniowane przez użytkownika obliczenia wykonywane

są w sposób sekwencyjny według kolejności na liście i z określonym interwałem czasowym.

Rysunek 8.18 Okno dialogowe „Lista obliczeń”

Do tworzenia listy wykorzystujemy dostępne operacje:

- Dodaj - wprowadzenie nowego wiersza do listy obliczeń,

- Edytuj - edycja wiersza obliczeń,

- Wyczyść - wyczyszczenie wiersza obliczeń (pusty),

- Znajdź - wyszukuje wprowadzony przez użytkownika ciąg znaków w obrębie listy obliczeń,

- Wydruk - wydruk listy obliczeń wraz z podglądem,

- Wstaw wiersz - wstawienie w bieżącym miejscu pustego wiersza obliczeń,

- Kopiuj - kopiuje bieżący wiersz obliczeń,

- Wklej - wkleja uprzednio skopiowany wiersz obliczeń w bieżącym miejscu,

- Usuń wiersz - usuwa wiersz z listy obliczeń wraz z zawartością

Na liście obliczeń stosujemy dwa typy obiektów:

- punkty systemowe (analogowe, binarne, licznikowe; pomiarowe,wyliczane lub ręczne)

- rejestry.

Rejestr, o określonym przez projektanta indeksie, traktowany jest jako zmienna pomocnicza służąca do przechowania pośrednich wyników obliczeń (do późniejszego wykorzystania). Nie ma możliwości bezpośredniego wyświetlenia wartości rejestru na synoptyce. Rejestry zdefiniowane na liście obliczeniowej nie są dostępne w spisach punktów. Wyświetlić je tylko można korzystając z punktu systemowego, np. przypisując punktowi binarnemu 2 wartość z rejestru 5.

Br[2].stan=R[5]

Jeśli na synoptyce jest tekst aktywny mający za zadanie wyświetlenie wartości punktu binarnego ręcznego drugiego to właśnie wtedy zostanie wyświetlona wartość rejestru piątego.

Struktura listy - każdy wiersz listy obliczeń jest równaniem matematycznym i składa się z następujących części: strony lewej, opcjonalnego warunku oraz strony prawej.

L={W}?P

Strona lewa (L) określa, gdzie przechowany zostanie wynik obliczenia zdefiniowanego dalej w wybranym wierszu. Przypisanie do lewej strony równania wartości wyliczonej po stronie prawej może być warunkowe - następuje tylko w przypadku spełnienia określonego warunku (W). Strona prawa (P) pojedyńczego wiersza obliczeń określa właściwe operacje matematyczne wykonywane na wartościach stałych, funkcji, punktów systemowych oraz rejestrów, które prowadzą do uzyskania oczekiwanego przez projektanta wyniku.

Rysunek 8.19 Okno dialogowe „Edycja wyrażenia” z listy obliczeń

Wyrażenie przeliczeniowe definujemy ustawiając cykl obliczeń, tj co ile czasu ma być wykonywane obliczenie. Następnie wybieramy punkt systemowy lub rejestr, do którego ma być wpisany wynik lub wartość wynikająca z zapisu prawej strony. Po wybraniu obiektu pojawia się on w linii nad przyciskami „Punkt” i „Wartość”. Aby dany obiekt został zatwierdzony trzeba nacisnąć przycisk „Zastosuj”. Wtedy obiekt zostanie przeniesiony do górnej linijki. Jeżeli obliczenie ma wystąpić pod pewnym warunkiem to najpierw naciskamy na przycisk warunek, a następnie używając przycisków „Punkt”, „Rejestr”, wybieramy punkt systemowy lub rejestr. Następnie wybieramy operator porównania (== równe, < mniejsze, > większe, <> różne, <= mniejsze lub równe, >= większe lub równe). Dalszą część warunku to zbiór operacji matematycznych wykonywanych w zależności od potrzeb na wartościach stałych, funkcji, punktów systemowych oraz rejestrów. Po wprowadzeniu całego warunku trzeba wybrać przycisk Zastosuj. Następnie klikamy na przycisk Prawa strona i tu wpisujemy wartość, jaką ma przybrać obiekt lewej strony lub też określić zbiór operacji matematycznych wykonywanych w zależności od potrzeb na wartościach stałych, funkcji, punktów systemowych oraz rejestrów. Po zdefiniowaniu prawej strony koniecznie ponownie należy kliknąć przycisk „Zastosuj”. Jeśli całe wyrażenie odpowiada naszym wymaganiom zatwierdzamy przyciskiem „OK”. Jeśli chcemy zmienić np. człon warunku to klikamy na przycisk „Warunek” i ponownie go definiujemy na końcu zatwierdzając go przyciskiem „Zastosuj”.

Przykładowe równania przeliczeniowe.

Br[3].stan={Br[3].stan=BŁĄD}?0

Pięćdziesiąt pierwszych linii jest to sprawdzenie czy wartość danego punktu jest błędna, jeśli tak to wartość takiego punktu ustawiana jest na zero. Jeśli w równaniu występuje warunek to czytamy go w pierwszej kolejności i zakładamy,że jeśli zostanie spełniony to wartość z lewej strony jest równa wartości wyliczonej z prawej strony. Powyższe równanie obliczeniowe odczytamy: jeżeli punk binarny ręczny trzeci ma błędną wartość to punkt binarny ręczny trzeci ma wartość 0.

Każdy punkt systemowy został rozpisany tak, aby symulacja funkcjonowała zgodnie z algorytmem sterowania SUW. Tylko jeden punkt numer 37 został umieszczony specjalnie na końcu listy, ponieważ jego wartość dla paru punktów była potrzebna jeszcze przed jego przeliczeniem. W związku z tym najpierw przeliczane były pozostałe punkty,a dopiero na końcu punkt 37.

Listy obliczeniowe dla prawie wszystkich punktów systemowych były tworzone według schematu. W zależności od tego jak wiele punktów systemowych i zależności pomiędzy nimi składało się na wartość jednego punktu, tak odpowiednio wiele linii przeliczeniowych rozpisał autor. Dla wytłumaczenia schematu tworzenia listy obliczeniowej posłużę się punktem systemowym numer 22. Jest to stan pracy pompy pompy P3A. Punkt ten nie składa się z największej liczby linii obliczeniowych,ale zawiera całą esencję tworzenia zestawu obliczeń.

Poprzez pojęcie zestaw obliczeń przyjmujemy określoną liczbę linii mające wpływ na końcową wartość jednego punktu systemowego w jednym cyklu. Punkt ten według przydzielonej mu tablicy stanów binarnych ma określone dwa stany: 0-STOP i 1-PRACA. Za pomocą obliczeń sprawdzamy warunki, jakie muszą być spełnione, aby pompa P3A była w danym stanie.

338. 1 R[1] = 0

- w linii numer 338, w pierwszej kolejności zerowany jest rejestr o indeksie np. jeden,którego to przyjmujemy jako rejestr główny mający duży wpływ na końcową wartość punktu.

339. 1 R[2] = 0

- nastęnie zerujemy wartość kolejnego rejestru, ponieważ będziemy tworzyli sprawdzenie podwarunku

340. 1 R[2] = { Br[21].stan == 2 } ? R[2] + 1

- tworzymy warunek, jeżeli stan punktu binarnego ręcznego o indeksie 21 jest równy 2 (czyli wg tablicy stanów dla tego punktu jest w trybie AUTO) to wartość rejestru drugiego jest równa wartości rejestru drugiego powiększona o wartość jeden. Inaczej mówiąc: jeżeli stan pracy pompy P3A jest automatyczny to jest to pierwszy warunek potrzebny do zmiany stanu pompy ze stanu stop na prace. Jeśli warunek będzie spełniony to wartość rejestru drugiego będzie zwiększona o jeden

341. 1 R[3] = 0

- ponieważ będziemy sprawdzali kolejny warunek, zerujemy kolejny rejestr (dowolny, ale nie zawarty w danym zestawie obliczeń)

342. 1 R[3] = { Br[3].stan == 0 } ? R[3] + 1

- przy rejestrze trzecim sprawdzamy serie warunków wymaganych do uzyskania zmiany stanu końcowego punktu 22. W tej linii czytamy, że jeżeli stan punktu binarnęgo ręcznego jest równy zero to wartość R[3]=1. Czyli, jeżeli praca filtrów jest jednostopniowa to rejestr trzeci jest zwiększany o jeden.

343. 1 R[3] = { Aw[18].akt > 89 } ? R[3] + 1

- z kolei w tej linii rejestr trzeci będzie zwiększony o jeden, tylko wtedy, gdy wartość aktualna punktu analogowego wyliczanego jest większa od 89. Oznacza to, że jeśli poziom w zbiorniku retencyjnym jest większy niż 89 to wartość rejestru jest zwiększana o wartość jeden.

344. 1 R[3] = { Br[24].stan == 0 } ? R[3] + 1

- w tej linii sprawdzany jest stan punktu binarnego ręcznego czy jest równy zeru, jeśli tak, to rejestr trzeci będzie zwiększony o jeden. A więc wartość rejestru trzeciego zostanie zwiększona o jeden, gdy stan pracy pompy P3B będzie równy zero, co oznacza, że pompa ta będzie zatrzymana.

345. 1 R[3] = { Br[26].stan == 0 } ? R[3] + 1

- tutaj ponownie sprawdzamy tak samo jak w linii wyżej stan pracy, ale pompy P3C (punkt binarny ręczny o indeksie 26)

346. 1 R[2] = { R[3] == 4 } ? R[2] + 1

- w linii numer 346 sprawdzamy czy wszystkie cztery podwarunki dla rejestru trzeciego zostały spełnione, gdyż tylko wtedy, wartość rejestru będzie powiększona o wartość jeden. Jeśli chociaż jeden z podwarunków dla rejestru trzeciego nie będzie spełniony to rejestr drugi nie zostanie zwiększony o jeden. A ponieważ podwarunków dla rejestru trzeciego są cztery to warunek sprawdza właśnie taką wartość (na samym początku rejestr trzeci był równy zero,a przy spełnieniu każdego podwarunku był powiększany o wartość jeden)

347. 1 R[4] = 0

- zerujemy kolejny rejestr

348. 1 R[4] = { Br[3].stan == 1 } ? R[4] + 1

- sprawdzamy ,czy stan punktu binarnego ręcznego jest równy 1, jeśli tak to rejestr czwarty jest zwiększany o wartość jeden. Czytając, jeżeli praca filtrów jest dwustopniowa to rejestr czwarty jest zwiększany o wartość jeden.

349. 1 R[4] = { Br[26].stan == 0 } ? R[4] + 1

- w tej linii sprawdzamy czy stan punktu binarnego 26 jest równy zeru, jeśli tak to rejestr czwarty jest zwiększany o wartość jeden. W ten sposób sprawdzamy czy pompa P3C jest zatrzymana.

350. 1 R[4] = { Br[24].stan == 0 } ? R[4] + 1

- to co wyżej, tylko sprawdzamy pompę P3B

351. 1 R[4] = { Aw[18].akt > 1 } ? R[4] + 1

- w tej linii zwiększenie rejestru czwartego o wartość jeden warunkujemy wartością punku analogowego wyliczanego osiemnastego większego od wartości jeden. Możemy także zapisać,że jeżeli poziom wody w zbiorniku retencyjnym będzie większy od jeden to wartość rejestru czwartego ma być powiększona o jeden.

352. 1 R[2] = { R[4] == 4 } ? R[2] + 1

- w linii 352 sprawdzamy czy spełnione zostały wszystkie podwarunki dla rejestru czwartego, jeśli tak to wartość rejestru drugiego będzie zwiększona o jeden.

353. 1 R[2] = { Aw[18].akt <= 99 } ? R[2] + 1

- jeżeli wartość punktu analogowego wyliczanego o indeksie osiemnaście jest mniejsza lub równa wartości 99, to wartość rejestru drugiego będzie zwiększona o jeden. Czyli, jeżeli poziom wody w zbiorniku będzie mniejszy lub równy wartości 99 to rejestr drugi zostanie powiększony o jeden.

354. 1 R[2] = { Aw[7].akt > 75 } ? R[2] + 1

- natomiast w tel linii sprawdzamy czy poziom wody w filtrze numer dwa (wartość punktu analogowego wyliczanego) jest większy od wartości 75, jeśli tak to wartość rejestru zostanie powiększona o jeden.

355. 1 R[1] = { R[2] == 4 } ? 1

- ten zapis powoduje, że jeżeli spełnione zostały cztery warunki dla rejestru drugiego, to wartość rejestru pierwszego zmienia wartość na jeden.

356. 1 R[1] = { Br[21].stan == 1 } ? 1

- jeżeli stan pracy pompy jest równy jeden (według tablicy stanów tego punku pompa znajduje się w trybie załącz) to wartość rejestru pierwszego ustawiana jest na wartość jeden.

357. 1 R[1] = { Br[21].stan == 0 } ? 0

- jeżeli stan pracy pompy jest równy zero-stop (stan punktu binarnego ręcznego o indeksie 21) to wartość rejestru pierwszego ustawiana jest na wartość zero

358. 1 R[1] = { Br[46].stan == 1 } ? 0

- w przypadku, gdy stan punktu binarnego ręcznego o indeksie 46 jest równy jeden to wartość rejestru pierwszego ustawiana jest na zero. Jeżeli pompa P3A ma awarie to na rejestrze ustawiona zostanie wartość zero.

359. 1 Br[22].stan = { R[1] >= 1 } ? 1

- jeżeli rejestr pierwszy będzie większy lub równy wartości jeden to punkt binarny ręczny będzie ustawiany na wartość jeden. Oznacza to, że jeśli zostały spełnione wcześniejsze podwarunki to wartość rejestru będzie większa od zera, a wtedy pompa będzie w stanie pracy.

360. 1 Br[22].stan = { R[1] == 0 } ? 0

- w przypadku, gdy wartość rejestru pierwszego jest równa zero to stan punktu binarnego ręcznego o indeksie 22 jest równy zero. Jeżeli warunki lub podwarunki które miały wpływ na zmianę wartości rejestru na jeden, nie zostały spełnione, w efekcie czego rejestr pierwszy ma wartość zero, to pompa P3A znajduje się w stanie STOP - zatrzymania.

Reasumując zestaw obliczeń dla punktu systemowego binarnego ręcznego o indeksie 22, czyli określeniu stanu w jakim znajduje się pompa P3A, kiedy pracuje, a kiedy jest zatrzymana, możemy zapisać.

Pompa P3A pracuje, gdy spełnia następujące warunki:

1. stan jej sterowania (punkt Br[21]) jest w pozycji załącz

2. stan jej sterowania (punkt Br[21]) jest w pozycji auto

i praca filtrów jest jednostopniowa

i poziom w zbiorniku retencyjnym jest większy od 89

i pompa P3B jest zatrzymana

i pompa P3C jest zatrzymana

3. stan jej sterowania (punkt Br[21]) jest w pozycji auto

i praca filtrów jest dwustopniowa

i poziom w zbiorniku retencyjnym jest większy od 1

i pompa P3B jest zatrzymana

i pompa P3C jest zatrzymana

Pompa P3A jest zatrzymana, gdy spełnia następujące warunki:

1. jej stan sterowania jest ustawiony w pozycji stop

2. gdy wystąpiła w niej awaria (punkt Br[46]=1)

W pierwszej kolejności zostały sprawdzone warunki „za” uruchomieniem pompy,a w drugiej warunki „przeciw” uruchomieniu pompy. Taka kolejność przeliczeń daje gwarancję odpowiedniego sprawdzania warunków. Nawet jeżeli stan pracy pompy będzie spełniał warunek np. z podpunktu „b” dla pracy pompy, to jeżeli pompa będzie miała awarie to dalej będzie zatrzymana.

8.4 Uruchomienie symulacji

Symulację można uruchomić na dwa sposoby. Jeżeli zainstalowaliśmy edytora aplikacji to po jego uruchomieniu otwieramy projekt o nazwie „obliczenia”, następnie klikamy na ikone
“kompilacja projektu” i po zakończeniu kompilacji uruchamiamy stacje przetwarzającą ikoną
“Start PRO-2000”. W czasie jej uruchamiania pokaże się okno:

Rysunek 8.20 Okno dialogowe „PRO-2000” - stacja przetwarzająca

które po wystartowaniu wszystkich procesów automatycznie zostanie zminimalizowane w postaci migającej na zółto-niebiesko ikony w prawym dolnym rogu
.

Zaraz po uruchomieniu stacji przetwarzającej uruchamia się aplikacja Synoptyki, a w niej wybór synoptyk wykonanych dla symulacji.

Rysunek 8.21 Okno dialogowe „Wybierz synoptykę”

Wybieramy synoptykę, która nas interesuje i zatwierdzamy przyciskiem OK.

1. OBSŁUGA SYMULACJI

Autor zaprojektował dwa obrazy synoptyczne:

1. WIZUALIZACJA SUW

2. SYMULATOR ZALANIA SUW

Punkty systemowe oraz lista obliczeniowa zaprojektowana dla tej symulacji jest wspólna dla obu synoptyk. Zadaniem pierwszej synotpyki jest odwzorowanie algorytmu sterowania SUW. Na obrazie znajdują się zółte przyciski przy pomocy, których zmieniamy stany poszczególnych elementów takich jak np. wybór stanów pracy, załączanie i wyłączanie pomp, zamykanie i otwieranie zaworów. Przechodzenie z jednej synoptyki na drugą umożliwiają nam czerwone przyciski, nazwane odpowiednio dla synoptyki, na którą chcemy przejść. W zielonych polach wyświetlane są aktulane wartości lub stany punktów systemowych. Przy każdej przepustnicy znajdują się przyciski: Z-zamknij i O-otwórz. Możemy ich używać tylko wtedy, gdy „praca przepustnic” ustawiona jest na tryb „REKA” (ręczny).

Rysunek 8.22 Zrzut ekranu synoptyki 1-WIZUALIZACJA SZCZYRK

W przypadku,gdy występuje brak zasilania elektrycznego i załączanie go przyciskiem „WŁĄCZ” nie skutkuje należy przejść do drugiej synoptyki „SYMULACJA ZALANIA”, której opis znajduje się w dalszej części tej pracy. Jedynymi elementami, które trzeba ręcznie przestawić niezależnie od trybu pracy suw, to zawór od napływu wody z ujęcia brzegowego do osadnika oraz zawór spuszczający wodę z osadnika. Jeżeli w osadniku poziom wody jest poniżej wartości 10 to na pompach P1AB i P1C występuje suchobieg. Jest to stan, podczas którego pompa w czasie pracy ulega trwałemu uszkodzeniu. Naprawe pompy możemy dokonać poprzez naciśnięcie przycisku „NAPRAWA POMP”, ale tylko po uprzednim usunięciu przyczyny powstania awarii, czyli dla pomp P1AB i P1C należy napełnić wodą osadnik powyżej poziomu, w którym występuje suchobieg. Symulowana suw posiada 3 stany pracy:

STOP - wymuszone zatrzymanie wszystkich urządzeń,

AUTO - wymuszone załączenie wszystkich urządzeń dla pracy automatycznej,

RĘKA - ten stan pracy suw pozwala na manualne ustawianie trybu pracy pomp.

Jeżeli w osadniku jest dostateczny poziom wody, tj. taki przy którym na pompach P1AB i P1C nie występuje suchobieg, to załączając stan pracy suw na automatyczny powodujemy, że wszystkie urządzenia będą ze sobą współgrały tworząc w ten sposób proces filtrowania-uzdatniania wody. Przy w pełni automatycznej pracy suw możemy zasymulować jeden z czynników, który ma wpływ na status pracy filtrów. Jeżeli mętność wody jest mała to stacja pracuje w trybie jednostopniowej filtracji, to znaczy, że woda z osadnika pompowana jest równocześnie na oba filtry. W przypadku, gdy naciskając na przycisk mętności wody „DUŻA” stacja przełącza się w tryb dwustopniowej filtracji, to znaczy, że woda z osadnika pompowana jest pompą P1AB na filtr 1, a następnie raz przefiltrowana woda z filtra 1 pompowana jest pompą P2 na filtr 2 w celu ponownej filtracji i tylko z tego filtra pompowana jest dalej do zbiornika retencyjnego. Dla pracy suw znaczący jest także poziom wody w zbiorniku retencyjnym, ponieważ gdy zbiornik będzie pełen stacja zatrzymuje się. Pompy P3A, P3B i P3C pracują w zależności od poziomu wody w zbiorniku retencyjnym. Jeśli poziom jest niski to pracuje pompa o największej wydajności (P3C=4%/s), jeżeli poziom jest średni to pracuje pompa P3B=2%/s, a jeżeli poziom wody jest wysoki to pracuje pompa P3A=1%/s. W praktyce pobór wody ze zbiornika retencyjnego jest zmienny, dlatego właśnie autor przygotował 4 stany poboru wody do sieci wodociągowej:

0 - 0%/s - brak

1 - 1%/s - mały

2 - 2%/s - średni

3 - 3%/s - duży

Jeżeli zmienimy tryb pracy suw z „auto” na „ręka” to wszystkie urządzenia dalej będą pracowały w trybie auto, ale właśnie dopiero wtedy będziemy mogli wysterować każdą pompę inaczej obserwując zachowanie się obiektu. Poziomy wody zmieniają się w zależności od wydajności załączonej pompy, przy czym poziom określany jest w procentach napełnienia zbiornika, a wydajność w procentach poziomu jaki ubywa lub przybywa w czasie jednej sekundy.

Druga synoptyka przedstawia „SYMULATOR ZALANIA STACJI UZDATNIANIA WODY”. Obraz ten daje nam możliwość sprawdzenia zachowania się układu sterowania SUW w awarii - wycieku wody, poprzez np. pękniętą rurę lub uszkodzony zbiornik, itp. Aby można zasymulować awaryjny wyciek, autor przyjął, że w filtrze 1 i 2 (synoptyka 1 - WIZUALIZACJA SUW) poziom musi być większy od zera.

Rysunek 8.23 Zrzut ekranu synoptyki 2- SYMULATOR ZALANIA SUW

Za pomocą przycisków 0, 1, 2, 3 symulujemy ilość napływu wody:

0 - brak napływu

1 - 0,5%/s napływu

2 - 2%/s napływu

3 - 4%/s napływu

Dla napływu 0,5%/s poziom lustra wody w budynku nie podnosi się, gdyż przez kratke ściekową odpływa taka sama ilość wody. Na synoptyce zaznaczone są trzy zakresy poziomów:

A - zakres poziomu wody przy którym zagrożenie uszkodzenia urządzeń jest znikome

B - krytyczny poziom lustra wody przy którym to należy podjąć wszelkie środki w celu obniżenia poziomu, np. załączenie pompy P4

C - powyżej tego poziomu urządzenia są zagrożone zalaniem. W efekcie wszystkie urządzenia SUW są zatrzymane, a następnie wyłączone zostaje zasilanie całego budynku SUW.

Pompa P4 załącza się samoczynnie, gdy zostaną spełnione dwa warunki: TRYB PRACU SUW - AUTO i poziom wody powyżej 5%. Po uprzednim skontrolowaniu i naprawie uszkodzeń wynikłych z awarii, konserwator musi ręcznie załączyć zasilanie elektryczne stacji. Włączając TRYB PRACY SUW na AUTO przywracamy automatyczną prace układu.

9 ZABEZPIECZENIE SUW W PRZYPADKU ZALANIA

Budując różnego rodzaju obiekty, układy zawsze należy pamiętać o ich zabezpieczaniu. Aby dobrze uchronić obiekt przed występującymi na nim awariami należy dobrze przeanalizować jego specyfike. Czasem to historia daje nam obraz, przed jakimi to przyczynami powinniśmy zabezpieczać dany obiekt.

Opracowane przez autora pracy zabezpieczenie w przypadku zalania ma na celu odłączenie zasilania elektrycznego od obiektu, w którym może nastąpić zalanie np. wodą. Nie daje ono ochrony przed samym zalaniem wodą. Zabezpieczenie może być stosowane na takich obiektach jak:

a) stacje uzdatniania wody pitnej - budynki w których poziom posadzki jest niższy aniżeli terenu otaczającego budynek

b) pompownie - np. w piwnicach bloków mieszkalnych

c) stacje uzdatniania wody basenowej - gdzie poziom posadzki stacji jest poniżej głębokości basenu

Rysunek 9.1 Schemat zabezpieczenia

Działanie zabezpieczenia polega na tym, że jeżeli sonda zwieszakowa wykryje obecność wody, to przekaźnik poziomu cieczy ELCLUWO poda napięcie na zaciski przekaźnika czasowego. Przekaźnik ten załącza się dopiero po określonym czasie, dając gwarancje, że stan wody jest stały, a nie jest to np. przypadkowe wylanie wiadra wody na czujnik. Załączony przekaźnik podaje napięcie na cewke wybijakową, która sprzężona odpowiednio z wyłącznikiem głównym mocy „wybija” dźwignie wyłącznika do pozycji wyłączony, odłączając zasilanie całego obiektu. Ponowne załączenie zasilania może odbyć się tylko i wyłączenie ręczne, gdyż trudno powierzyć automatyce ocene strat i możliwości do pracy urządzeń.

Powyższy schemat przedstawia zabezpieczenie z udziałem jednej sondy zwieszakowej, co oznacza, że wyłączenie nastąpi tuż po wykryciu przez sondę obecności wody. Jeżeli zastosujemy dwie lub trzy sondy, wtedy będzie można określić kilka stanów awaryjnych, w czasie których możliwe jest np. powiadomienie obsługi w celu interwencji, jeśli wyciek wody można opanować np. zamykając odpowiedni zawór na obiekcie. Kolejnym przykładem stanu awaryjnego może być zmiana przeznaczenia pompy lub zestawu pompowego, które w trybie normalnej pracy pompują wode do zbiornika retencyjnego, a w trybie awaryjnym pompują wode np. do kanalizy. W takim przypadku musiałoby zaistnieć także odłączenie kontaktu wody czystej od wody wypompowywanej z obiektu zalanego. Zabezpieczenie daje większą gwarancje wyłączenia zasilania w przypadku zalania obiektu. Ważne jest, aby wyłącznik główny był umieszczony poza obiektem lub znajdował się na bezpiecznej wysokości ,tj takiej do której poziomu obiekt nie będzie mógł być zalany.

10 PODSUMOWANIE

W pracy został zaprezentowany jeden z najbardziej złożonych algorytmów pracy automatycznej stacji uzdatniania wody na przykładzie istniejącego obiektu w miejscowości Szczyrk. Zaprojektowana przez autora aplikacja przedstawia graficznie prace suw w dwóch automatycznych trybach pracy, która jest głównym tematem pracy. Zaimplementowana w wizualizacji symulacja zabezpieczenia suw pokazuje jej działanie w przypadku zalania wodą.

Cel pracy został osiągnięty. Powstała wizualizacja, która obrazuje jak działa stacja uzdatniania wody, dzięki której można obejrzeć jej prace bez wychodzenia z domu. Powstała także modyfikacja wcześniej stosowanego zabezpieczenia w przypadku zalania suw, dająca zwiększenie możliwości zabezpieczenia suw takie jak:

- powiadomienie służby technicznej - alarm akustyczny, optyczny, wizualizacyjny

- przesterowanie pracy układu pompowego oraz przepustnic tak, aby woda była wypompowywana z obiektu np. do kanalizacji,

dzięki czemu obiekt może być uchroniony przed zalaniem urządzeń znajdujących się w obiekcie.

Przedstawione przez autora zabezpieczenie znalazło zastosowanie na kilku obiektach, gdzie istnieje zagrożenie zalania wodą, a co ważne koszt urządzeń znajdujących się na obiekcie jest większy niż koszt samego zabezpieczenia.

Najbardziej czasochłonną czynnością był proces tworzenia listy obliczeniowej dla wizualizacji. Wizualizacja w trybie ręcznym funkcjonuje nie przy wszystkich zmianach dokonanych na obrazach synoptycznych, ponieważ najważniejszym celem było przedstawienie pracy automatycznej.

Automatyka odgrywa bardzo ważną rolę na przy produkcji wody, ponieważ jeśli suw miałaby pracować przy zmiennych warunkach to cały czas konserwator stacji musiałby kontorlować zmiany i odpowiednio wprowadzać zmiany, tak, aby uzyskać dobry efekt uzdatniania. Człowiekowi byłoby bardzo ciężko obsłużyć taki proces, ponieważ z jednej strony musiałby odczytywać informacje o fizykochemi wody surowej oraz uzdatnionej, a następnie powinien wprowadzać poprawki w celu prawidłowego przebiegu procesu uzdatniania. Automatyczna praca daje najszybszą reakcje układu sterowania procesem na zmiany w nim zachodzące, dostosowując jego parametry tak, aby wynik był jak najlepszy.

11 LITERATURA

[1] „Oczyszczanie wody” - Apolinary Kowal; Maria Świderska - WN PWN

[2] „PRO-2000-SCADA-Podręcznik użutkownika” - Zakład elementów i systemów Automatyki Przemysłowej „MikroB” S.A.

[3] http://www.mikrob.pl/

[4] „Katalog główny 1997” - Leszczyńska Fabryka Pomp

[5] „Programowanie sterowników PLC” - T.Legierski, J.Wyrwał, J.Kasprzyk, J.Hajda

[6] „Sterowniki programowalne. Labolatorium” - Zygmunt Wróbel, Grzegorz Sapota

[7] „Napęd i sterowanie pneumatyczne” - Wiesław Szejnach

[8] „Zaopatrzenie w wodę” - Antoni Waldemar Żuchowicki

12 DODATEK

1. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi zawartym w Dzienniku Ustaw nr 203 Poz. 1718 (12 stron)

2. Rysunek orurowania ukrytego w ścianach żelbetowych filtrów (format A4)

3. Schemat technologiczny SUW w Szyrku (format A4)

4. Rzut budynku SUW (format A4)

5. Zagospodarowanie terenu na SUW Szczyrk (format A4)

6. CD z pakietem PRO 2000 wersja DEMO + pliki źródłowe wizualizacji

7. Lista obliczeń wykonana do symulacjo-wizualizacji (14 stron)

- 80 -

Fotografia 4.5 Wyświetlacz cyfrowy

przesył wody uzdatnionej do odbiorców lub jej magazynowanie

uzdatnianie wody surowej

pozyskanie surowca (wody surowej)

---