Моделирование электротехнических систем и систем автоматики

При перемещении курсоров по экрану в точках их пересечения с линиями осциллограмм на панели 3 осциллографа отражается численное значение, как временного положения курсора, так и величины регистрируемого параметра.

Имитационные модели схемного типа можно успешно создавать инструментальными средствами библиотечного приложения SimPowerSystems. В этом приложении библиотека SimPowerSystems содержит следующие основные разделы:

1.Application Libraries – библиотека приложений;

2.Electrical Sources – источники электрической энергии;

3.Elements – электротехнические элементы;

4.Extra Library – библиотека экстренных обращений;

5.Machines – электрические машины;

6.Measurements – измерительные иконтрольные устройства;

7.Power Electronics – устройства силовой электроники. Набор функциональных модулей раздела Elements из биб-

лиотеки этого приложения показан на рис. 75.

Рис. 75. Набор функциональных модулей раздела Elements

приложения SimPowerSystems

131

Вперечисленных разделах находятся объектные модули определенного функционального назначения (источники, измерители, машины и т.д.). Соединение этих модулей в модели производится через контактные точки определенного вида. Линии связи, проведенные через однотипные контактные точки, выполняют, как и во всех схемных моделях, роль соединительных проводов. Эти линии не могут быть использованы для связи

смодулями других приложений.

Вслучае необходимости соединения модулей этого приложения с модулями других типов предусмотрены специальные соединительные модули.

Вариант модели, выполненной в приложении

SimPowerSystems, показан на рис. 76.

Рис. 76. Схема модели для исследования нагрузочной способности силового трансформатора

132

9.3. Программное обеспечение моделей имитации физических процессов

Для создания моделей имитации физических процессов применяется следующий набор программных пакетов:

•ZelioSoft;

•InTouch;

•Genesis.

Программный пакет ZelioSoft2 является программным приложением операционной системы Windows. После запуска в работу этого пакета раскрывается рабочее окно, содержание главного меню которого показано на рис. 77.

Рис. 77. Структура меню пакета ZelioSoft2

В этом меню позиция Файл предназначена для создания файлов новых моделей или для раскрытия существующих модельных файлов. В позиции Модуль происходит выбор варианта языка программирования для создания модели и технических средств, с помощью которых алгоритм модели будет передан в устройство управления физическим процессом.

133

Одним из таких языков является язык функциональных блоков (язык FBD – язык функциональных блоковых диаграмм). При создании новой модели на языке FBD раскрывается окно рабочего поля, на котором будет расположен алгоритм этой модели (рис. 78). Как уже отмечалось, на этом поле располагаются окна Q1, Q2, Q3, Q4 и I1, I2, I3, I4, предназначенные для привязки алгоритма модели к устройству управления физическим процессом.

В нижней части рабочего поля этого пакета расположены клавиши: IN, FBO, SFC, LOGIC и OUT, предназначенные для вызова функциональных модулей, которые используются для построения новой модели. При нажатии на одну из этих клавиш раскрывается набор модулей соответствующего функционального назначения.

Рис. 78. Рабочее поле программного пакета ZelioSoft2 в варианте языка FBD с фрагментами таблиц функциональных элементов

134

Язык FBD предусматривает использование 23 таких, предварительно запрограммированных, функциональных модулей. На модели, представленной на рис. 79, показано, каким образом модули, формирующие сигналы разного типа (дискретные и аналоговые), объединяются в алгоритме этой модели. При этом сигналы аналогового типа передаются только по каналам, изображенным двойной линией, в то время как для дискретных сигналов каналы связи изображаются обычной линией, а их состояние определяется соответствующим цветом.

Рис. 79. Схема модели импульсного управления процессом работы лампы

Для связи алгоритма вышеописанной модели с контроллером необходимо соответствующий вход элемента (модуля) В01 этого алгоритма соединить на рабочем поле с окном I2, а выход модуля В3 аналогично соединить с окном Q2. Это окно связано с портом дискретного вывода контроллера, через который подается сигнал на включение лампы (элемент В03). Аналогично окно I2 связано с портом дискретного ввода этого контроллера, через который от пусковой кнопки подается команда на запуск в работу программы модели.

Программный пакет InTouch может быть использован как программное средство автоматизации управления технологическими процессами. Этот пакет состоит из двух основных компонентов - среды разработки и среды исполнения. Основой среды разработки мнемосхем в пакете InTouch является графический

135

интерфейс, который состоит из набора интерактивных модулей, имитирующих физические процессы. Рабочая панель этого графического интерфейса включает в себя меню, представленное на рис. 80.

Рис. 80. Структура меню и вид рабочего поля программного пакета

InTouch

Объектно ориентированная графика среды разработки позволяет создавать элементы мнемосхем, обладающие свойством анимации и мультипликации, включая такие их действия, как изменение размеров, цвета и мигания. Пакет InTouch имеет в своем составе достаточную библиотеку анимационных объектов, к которым относятся такие объекты, как переключатели, ползунковые регуляторы, лампы и счетчики, позволяющие быстро включать их в общий алгоритм модели. Вышеперечисленный набор объектных модулей, как правило, сосредоточен целе-

136

вым набором на определенных панелях, которые раскрываются соответствующей пиктограммой. На рис. 81 показано несколько таких раскрытых инструментальных панелей.

Созданные в среде разработки пакета InTouch имитационные модели в форме мнемосхем могут функционировать в двух режимах: в режиме эмуляции и в режиме работы в среде исполнения. В среде исполнения эти модели должны быть привязаны к аппаратным средствам управления, которыми чаще всего являются контроллеры.

Рис. 81. Набор инструментальных панелей программного пакета

InTouch

Как уже было сказано, для того чтобы модель могла обмениваться данными с аппаратурой управления, необходимо, кроме среды разработки, применение еще двух программных при-

ложений: OPC Link и OPC Server. Программа OPC Link явля-

137

ется приложением программного пакета InTouch и служит для группировки в один телеграммный пакет всех передаваемых параметров модели. Программа OPC Server всегда ориентирована на использование конкретного вида оборудования (например, Adam OPC Server), которому она распаковывает переданные параметры и распределяет их по каналам этого оборудования. Как правило, таким оборудованием обычно бывают промышленные контроллеры.

Имитационные модели могут создаваться в программном пакете GENESIS32, который так же предназначен для автоматизации управления технологическими процессами. Этот пакет состоит из нескольких компонентов. Имитационные модели в форме мнемосхем создаются в этом пакете графической программой GraphWorX32, которая является графическим объектно ориентированным редактором с набором анимационных функций и встроенной библиотекой символов технологической графики. Набор объектных анимационных модулей, как и в предыдущем пакете, сосредоточен целевым набором на определенных панелях, которые раскрываются соответствующей пиктограммой. Переключения между окнами при выводе панелей выполняются нажатием командных кнопок. GraphWorX32 поддерживает в рассматриваемой системе стандартные функции и обширную библиотеку элементов отображения, ориентированных на построение мнемосхем промышленных объектов, в том числе содержащих встроенную динамику. Вариант имитационной модели технологического процесса, созданной в программном пакете GraphWorX32, показан на рис. 82.

Для организации функций обмена данными между параметрами модели и с аппаратурой управления используют тот же принцип, который заложен в программном пакете InTouch. Пакет GENESIS32 в отличие от пакета InTouch работает с большим набором ОРС-серверов. В этом его преимущество по сравнению с предыдущим пакетом.

138

Рис. 82. Вид имитационной модели технологического процесса, созданной в приложении GraphWorX32 программного пакета

GENESIS32

9.4. Программное обеспечение комбинированных моделей

Примером языка, предназначенного для создания комбинированных имитационных моделей, является программный пакет

CoDeSys.

В этом программном пакете имитационная модель может быть реализована совокупностью следующих алгоритмических языков:

•Instruction List (IL) – список инструкций;

•Structured Text (ST) – структурированный текст;

•Sequential Function Chart (SFC) – язык последовательных функциональных схем;

•Function Block Diagram (FBD) – язык функциональных блоковых диаграмм;

•Ladder Diagram (LD) – язык релейных диаграмм;

139

• Continuous Function Chart (CFC) – язык последовательных функциональных схем.

Рассмотрим принципы построения комбинированной имитационной модели в программном пакете CoDeSys на примере работы модели пассажирского лифта.

Задача. Составить программу модели пассажирского лифта, в которой импульсный генератор имитирует работу датчиков положения кабины лифта на конкретном этаже. В структуру этого генератора встроены таймер и триггер, которые формируют последовательные импульсы. Эти импульсы подаются на вход реверсивного счетчика, контролирующего положение лифта на каждом этаже. Выбор этажа, на который перемещается кабина лифта, обеспечивается нажатием соответствующей кнопки.

Данная модель состоит из двух частей: аналитической и имитационной. Программа аналитической части модели записана на нескольких алгоритмических языках, в то время как программа имитационной части модели обеспечивается специальным приложением пакета CoDeSys, которое называется приложением Vizu.

Общая структура алгоритма модели, показанная на рис. 83, описывается языком последовательных функциональных схем (CFC), Эта структура состоит из трех функциональных модулей: блока набора модулей ЕТ0, ЕТ3, ЕТ5, модуля К_BLOKа, и блока

SCHETTAIM.

Модули ЕТ0, ЕТ3, ЕТ5 как функциональные блоки создаются в приложении Vizu. Эти модули предназначены для передачи логического состояния кнопок модели на модуль К_BLOK.

Модуль К_BLOK выполняет функции подпрограммы, которая управляет логическим состоянием параметров К3, К6, К7, которые, в свою очередь, управляют работой счетчика, встроенного в подпрограмму модуля SCHETTAIM. Программа модуля К_BLOK описывается языком структурированного текста ST. Текст этой программы показан на рис. 84.

140