Создание программного кода

Программный пакет Rational Rose позволяет произвести генерацию заготовки программного кода компьютерной модели САУ МНУ на основных языках программирования. Произведем генерацию программного кода. на языке С++, для этого создадим диаграмму компонентов, отражающая организацию и взаимосвязи программных компонентов, представленных в исходном коде, двоичных или выполняемых файлах. Связи в данном типе диаграммы представляют зависимости одного компонента от другого и имеют специальное отображение через значок «зависимости».

Для каждого из классов создается два файла: заголовочный (с расширением .h), который содержит описание класса, и файл реализации (с расширением .cpp), где содержится программная реализация методов класса.

Поэтому каждый класс на диаграмме компонентов будет представлен двумя видами компонентов: Package Specification и Package Body. Первый вид представляет собой определение пакета (заголовочный файл с расширением .h), второй – тело пакета (файл с расширением.cpp).

Компоненты на диаграмме названы также, как и классы, которые они представляют. Связями зависимости на диаграмме показано, что для заголовочного файла контроллера требуются файлы датчиков и устройств, которые в свою очередь используются для компиляции самих файлов датчиков и устройств.

Программный код, полученный с помощью программного пакета Rational Rose, помещен в приложение А.

Аппаратная и программная реализация системы управления МНУ ГЭС

Аппаратная реализация управления

Подбор аппаратной части, то есть аппаратная реализации описанной выше системы управления должен проводиться в точном с соответствии с описанными в разделе 2,1 требованиями к системе управления МНУ. Это очень важная часть проектирования АСУ так как непосредственно управление процессом и реализация алгоритма управления будет производится именно выбранными нами узлами и элементами автоматики.

Следовательно, для обеспечения качественного управления объектом и обеспечения требуемых свойств и качеств системы управления, необходимо произвести правильный подбор компонентов системы. Необходимо выбрать такие приборы и устройства, технические характеристики которых позволят им выполнять предусмотренные для них технологическим процессом функции с в рамках необходимых критериев качества. Необходимо обеспечить совместимость узлов, то есть возможность совместного функционирования различных устройств автоматики реализующих одну систему управления. Для реализации этого требования, необходимо исключить устройства допускающие возникновения наводок в других узлах и чувствительных к таким наводкам. Соединяемые узлы должны обладать совместимым интерфейсом. Необходимо так же учесть экономическую целесообразность применения каждого элемента в системе.

Будим подбирать компоненты системы исходя из соображения, что питание всей системы будет осуществляться от единого блока питания системы управления напряжением 24 вольта.

Центральным устройством системы управления маслонапорной установкой является микроконтроллер с него и начнем подбор компонентов.

Выбор платформы системы управления

Систему управления будем строить на базе управляющего контроллера фирмы Siemens S7-300 simatic. Данная линия продукции этой фирмы включает значительное количество различным по характеристикам управляющих процессоров центральных модулей, модулей ввода вывода данных, измерительных преобразователей и др.

Использование продукции именно этой фирмы обусловлено наличием достаточного количества разновидностей устанавливаемых модулей, позволяющих создавать на их базе практически любые сложные системы управления.

Модули обладают хорошей совместимостью, а расширяемая структура контроллера позволяет производить модернизацию системы, а так же замену минимального количества элементов при ремонте, при этом замена отдельного модуля может производится в короткие сроки, что позволяет уменьшить простой МНУ снизив тем самым связанными с простоем затраты.

Контроллеры данной серии обладают хорошими показателями производительности и очень надежны. Средняя наработка на отказ составляет около 10 лет, что вполне приемлемо для нашей системы управления.

Фирма Siemens имеет в нашей стране развитую дилерскую сеть, что позволяет организовать своевременную поставку комплектующих при возникновение необходимости их замены. Хорошо организовано сопровождение продукции в течении всего жизненного цикла изделий. Все это упрощает обслуживание системы и значительно сокращает сроки проведения ремонтных работ.

Серия S7 до сих пор расширяется, и модернизируется, что дает нам уверенность в возможности дальнейшего совершенствования системы управления путем замены отдельных модулей более совершенными.

Описание линии контроллеров S 7-300

Модульное построение

S7-300 построен по модульному типу. Из обширного спектра модулей можно составить контроллер для каждой конкретной задачи управления индивидуально.

Спектр модулей включает в себя:

― центральный процессор управления для различных диапазонов производительности;

― сигнальные модули для цифрового и аналогового ввода/вывода;

― функциональные модули для технологических функций;

― сопроцессор для коммуникационных задач;

― блоки питания для подключения S7-300 к напряжению питания AC 120/230V;

― модули подключения для соединения носителей модулей в структуре из нескольких носителей модулей;

Все модули S7-300 защищены кожухом по классу защиты IP 20, т. е. они герметизированы и работают без применения вентилятора. Такое исполнение позволяет использовать контроллер в условиях агрегатного участка ГЭС во всем диапазоне влажности воздуха которая бывает в данном помещение.

Структура S7-300

S7-300 состоит из следующих модулей:

― блок питания (PS);

― центральный процессор управления;

― сигнальные модули (SM);

― функциональные модули (FM)

― коммуникационный процессор

Несколько S7-300 могут взаимодействовать друг с другом при помощи кабеля шины. По техническому заданию и при осуществлении проектирования системы управления предполагалось, что контроллер МНУ ведет передает параметры технологического процесса и получает инструкции по управлению МНУ от центрального контроллера ГЭС по средствам сети PROFIBUS. Наличие данной функции у контроллеров S7-300 позволяют использовать их в нашей системе.

Для программирования S7-300 используется программатор (PG). PG соединяется с CPU при помощи кабеля PG.

В Таблице 5.1 представлены основные элементы системы S7-300 и выполняемые ими функции.

Таблица 5.1
Компонент	Функция	Иллюстрация
Профильная шина Принадлежности: элемент для прокладки экрана	Является носителем модулей для S7-300
Блок питания (PS)	Преобразует напряжение сети (AC 120/230 В) в рабочее напряжение DC 24 V для питания S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки DC 24 V
CPU Принадлежности: • CPU 313/314/315/315-2DP - плата памяти - буферная батарея (как альтернатива - аккумулятор для часов реального времени у CPU 315/315-2 DP) • CPU 314 IFM - буферная батарея (альтернативно аккумулятор для часов реального времени) - фронтштекер • CPU 312 IFM - Фронтштекер	Исполняет программу пользователя; подает питание 5 В на расположенную с задней стороны модулей шину S7-300; при помощи интерфейса MPI обменивается информацией с другими абонентами сети MPI. Кроме того, Вы можете использовать CPU 315-2 DP в подсети PROFIBUS: • в качестве Master-устройства DP • в качестве ведомого DP (DP-Slave) к Master- устройству DP S7/M7 или к другому Master-стройству DP.
Сигнальные модули (SM) (модули цифрового ввода, модули цифрового вывода, модули цифрового ввода/вывода модули аналогового ввода модули аналогового вывода модули аналогового ввода/вывода) Принадлежности: фронтштекер	Адаптируют различные уровни технологического сигнала к S7-300.
Функциональные модули (FM) Принадлежности: фронтштекер	Для критичных к времени и требующих много памяти задач обработки сигнала процесса, таких, например, как позиционирование или регулирование
Коммуникационный процессор (CP) Принадлежности: соединительный кабель	Разгружают CPU от коммуникационных задач, например, CP 342-5 DP для связи с PROFIBUS–DP
SIMATIC TOP connect (соединитель) Принадлежности: вставляемый спереди модуль с подсоединением посредством плоской ленты	Для электромонтажа цифровых модулей
Интерфейсный модуль (IM) Принадлежности: соединительный кабель	Соединяет отдельные ряды S7-300 друг с другом.
Кабель шины PROFIBUS с шинным штекером	Соединяет пользователей подсети MPI или PROFIBUS друг с другом
Кабель PG	Связывает PG/PC с CPU
Повторитель RS 485	Для усиления сигналов в подсети MPI или PROFIBUS, а также для соединения сегментов подсети MPI или PROFIBUS
Программатор (PG) или PC с пакетом программного обеспечения STEP 7	Для конфигурирования, параметрирования, программирования и тестирования S7-300