Thiết kế phần mềm

4.4.1 Giới thiệu chung về phần mềm dùng cho bộ điều hiển

Để lập trình cho bộ điều khiển, thiết kế giao diện cho ngƣời vận hành, kết nối bộ điều khiển với máy tính… ta cần sử dụng những phần mềm đi kèm với bộ điều khiển AC800M. Các phần mềm đó bao gồm:

Phần mềm lập trình (Control Builder M Professional)

Khởi động chƣơng trình Control Builder M. Cửa sổ Contron Builder M Professional hiện ra. Để tạo Project mới ta vào File/ New Project...

Hình 4-7 cửa sổ làm việc Control Builder

Cửa sổ New Project hiện ra ta chọn bộ điều khiển là AC800M và đặt tên cho project ở mục Name: sau đó bấm Ok

Cửa sổ lập trình hiện ra ta bấm chuột phải vào Code chọn Change Language... để chọn ngôn ngữ lập trình. Ở đây ta chọn lập trình dƣới dạng Function Block Diagram (FBD)

Hình 4-9 Cửa sổ làm việc của Program Application

Control Builder M Professional giúp ngƣời sử dụng quản lý các project tiện lợi và nhanh chóng. Một Project đƣợc quản lý theo dạng cây, với các phần chính là Libraries, Applications và controllers.

Phần Libraries bao gồm các thƣ viện có sẵn của chƣơng trình và có thể có các thƣ viện do chính ngƣời dùng tạo ra. Ở đây đƣợc thiết lập để chứa các thƣ viện cần thiết cho project cần viết.

Phần Application là phần chính, nơi dùng để lập trình. Trong application chúng ta có thể tạo nhiều các Application con và mỗi Application con sẽ có hai phần chính là Connected Libraries và Programs nhƣ hình dƣới. Và chƣơng trình chính chúng ta sẽ viết ở mục Program2.

Phần Controllers giúp chúng ta thiết lập với bộ controller tại phòng điều khiển trung tâm dùng để chạy trong chế độ online.

Chế độ điều khiển bao gồm các chế độ sau:

+ Chế độ điều khiển tại chỗ: - Điều khiển bằng tay (Local Manual) - Điều khiển tự động (Local Auto)

+ Chế độ điều khiển từ xa: - Điều khiển bằng tay (Remote Manual) - Điều khiển tự động (Remote Auto)

Biến: Trong Control Builder có ba loại biến nhƣ sau: local variable, gobal variable và access variable.

Local variable: Là loại biến đƣợc sử dụng trong một khối function block hoặc là trong chƣơng trình mà nó đƣợc khai báo.

Gobal variable: Là biến đƣợc truy nhập từ bất kỳ chƣơng trình hoặc function block trong một dự án mở. Biến toàn cục phải đƣợc khai báo nhƣ là biến ngoài. Tất cả các biến phải đƣợc khai báo với tên duy nhất và tƣơng ứng với kiểu dữ liệu. Điều này phải làm trƣớc khi code chƣơng trình đƣợc viết. Biến cũng phải đƣợc khai báo thuộc tính nhƣ là retain, constant và blank field.

Các thƣ viện của Control Builder M Professional:

Control builder M đƣợc phân phối với một tập hợp toàn diện các hàm. Nó bao gồm loại dữ liệu, hàm, các function blocks và các module điều khiển. Chúng đƣợc chia thành các loại thƣ viện sau:

System library (SystemLib): chứa tất cả các loại dữ liệu cơ bản và hàm, bộ biến đổi, hàm toán học, hàm logic, các bộ timer và counter. Communication Library (CommunicationLib) bao gồm các function block cho các giao thức nhƣ là MMS, Modbus, Foundation Fieldbus, SattBus, COMLI và Siemens 3964R.Control Library (nhƣ là ControlBasicLib, ControlExtendedLib,ControlSimpleLib,…) bao gồm các bộ điều khiển PID, cascade PID, module điều khiển,…

Alarm and Library (AlarmEventLib) bao gồm các function block cho cảnh báo và sự kiện.

Phần mềm Control Build là phần mềm đƣợc dùng để điều khiển

Trƣớc tiên, để đơn giản hóa cho phần lập trình điều khiển chính, chúng tôi đã tiến hành xây dựng thƣ viện riêng. Ngoài các khối FB có sẵn trong thƣ viện, công cụ Control Builder M còn cung cấp chức năng cho ngƣời dùng có thể tự xây dựng thƣ viện riêng cho chƣơng trình của mình.

b) Operator workplace , Plant Explorer Workplace

Plant Explorer Workplace đƣợc sử dụng để thiết kế giao diện vận hành của bộ điều khiển thiết lập các thông số, tạo các đối tƣợng , kết nối các đối tƣợng đến giao diện vận hành.

Trong phần mềm Eplant, hãng ABB cũng đã cung cấp cho ngƣời dùng một công cụ rất hữu dụng, đó là đồ thị xu hƣớng Trend Display. Với công cụ này, ngƣời vận hành có thể theo dõi và ghi lại giá trị của bất kỳ biến nào đƣợc tạo lập bởi Control Builder M.

Để sử dụng công cụ, ngƣời dùng có thể tạo ra đối tƣợng Trend Display trong phần mềm Eplant, sau đó thay đổi các thông số hiển thị trên đồ thị bằng cách tạo và cài đặt đối tƣợng Trend Template. Trong Trend Template, ngƣời dùng có thể cài đặt màu nền cho đồ thị, màu đồ thị, thời gian trích mẫu,… để tăng hiệu quả của việc giám sát và tối ƣu trong việc lƣu trữ các dữ liệu của quá trình.

Một điểm quan trọng là tổng số các giá trị mà đồ thị lƣu giữ đƣợc là 86400 nên nếu thời gian quan sát quá lâu và quá nhiều biến quan sát thì những giá trị trƣớc đó của các biến sẽ mất dần đi để có thể ghi tiếp các giá trị mới. Do đó ngƣời vận hành cần phải biết cách lựa chọn thời gian trích mẫu của đồ thị sao cho hợp lý để giá trị thu đƣợc là phù hợp với mục đích sử dụng và tối ƣu hóa khả năng lƣu trữ số liệu của quá trình.

c) Softcontroller

Softcontroller là phần mềm cho phép mô phỏng một ứng dụng mà không có một bộ điều khiển thực. SoftController cũng có thể đƣợc sử dụng nhƣ một bộ điều khiển, mặc dù SoftController không cho phép ghép nối I/O. Việc cài đặt các phần

mềm cơ sở cho SoftControl cũng sẽ cài đặt MMS Server cho AC 800M yêu cầu cho việc trao đổi dữ liệu với bộ điều khiển.

d) OPC Server

OPC là một chuẩn công nghiệp đƣợc tạo ra với sự cộng tác của một số nhà cung cấp phần cứng và phần mềm với sự hợp tác với Microsoft. Tiêu chuẩn này xác định các phƣơng pháp để trao đổi dữ liệu tự động hóa thời gian thực giữa các máy tính PC - Client sử dụng hệ điều hành Microsoft. Tổ chức quản lý tiêu chuẩn này là OPC Foundation

4.4.2 ấu trúc code của bộ điều hiển

Chƣơng trình chính của bộ điều khiển đƣợc viết dƣới dạng Control Module một chuẩn áp dụng cho các bộ điều khiển trong công nghiệp.

Để xây dựng code lập trình chúng tôi tiến hành định nghĩa các biến toàn cục và

kết nối chúng vào các parameter của các control moduleControlStandardLib.PidCC, ControlStandardLib.AccelerationLimCC, ControlStandardLib.CCtoReal có trong

thƣ viện ControlStandardLib của phần mềm ControlBuild M.

Thiết lập biến toàn cục GV và các biến thành phần sử dụng trong quá trình lập trình phần mềm cho bộ điều khiển

Name Data Type Attribu

tes

Initial

value Description

1 Warming Warm_Filling_Type retain 2 Colding Cold_Filing_Type retain

3 Draining Draining_Type retain

4 Pump Pump_Type retain

5 Control Control_Type retain

6 Auto Auto_Type retain

Bên trong các biến thành phần là các biến cụ bộ đƣợc thiết lập và kết nối trực tiếp với các thiết bị đầu cuối có trong bộ điều khiển

Kết nối các biến vào các parameter trong khối Level (Single ControlModule)

Hình 4-11 Kết nối các biến vào các parameter trong khối Temp (Single ControlModule)

Phần mềm thiết kế và hiển thị giao diện (Workplace)

Start/All program/ABB Industrial IT/ System/ Workplace

Hình 4-11 Khởi động My eplant

Để thiết kế giao diện chúng ta chọn Engineering Workplace và bấm Open.

Cửa sổ Engineering Workplace hiện ra ta bấm chuột phải vào Root, Domain chọn

Ở cửa sổ này chọn Process Graphics 2/ Graphic Display PG2. Đặt tên cho giao diện ở mục Name và bấm Create

Hình 4-13 cửa sổ làm việc New Aspect

Vậy là ta đã tạo thành công một màn hình giao diện ở mục Aspects of „Root‟ Để chỉnh sửa ta bấm chuột phải vào giao diện vừa tạo ra và chọn Edit

Cửa sổ Process Graphics Editor hiện ra

Hình 4-15 cửa sổ thiết kế các giao diện

Vùng số 1 (Toolboxes): Ở vùng này cho phép ta chọn các công cụ để thiết kế giao diện.

Vùng số 2: là vùng để thiết kế giao diện.

Vùng số 3 (Properties): Ở vùng này cho phép chúng ta thay đổi thuộc tính của các công cụ cũng nhƣ thuộc tính của cả trang giao diện.

Khi thiết kế xong ta bấm vào Save để lƣu lại. Muốn xem lại màn hình giao diện vừa thiết kế ta vào lại cửa sổ Engineering Workplace, bấm chuột phải vào giao diện cần xem và chọn Main View

Phần mềm thiết kế giao diện Workplace của ABB là khá phức tạp từ việc cài đặt đến việc thiết kế. Mặc dù vậy nhƣng phần mềm có tính ổn định cao. Có nhiều công cụ để lựa chọn và phù hợp cho hầu nhƣ tất cả các quy trình công nghiệp. Phần mềm mang tính công nghiệp cao. Trong luận văn này, việc thiết kế giao diện cho ngƣời sử dụng là một vấn đề quan trọng. Giao diện đƣợc thiết kế và xây dựng cho những ngƣời sử dụng nên cần phải đơn giản hóa, hiệu quả và dễ sử dụng. Việc thiết kế

khiển một cách dễ dàng. Đồng thời, cũng cho phép ngƣời vận hành có thể theo dõi và giám sát hệ thống một cách thuận tiện.

Cấu trúc và nguyên tắc vận hành của bộ điều khiển đƣợc thể hiện qua sơ đồ:

Hình 4-16 Cấu trúc phần lập trình của bộ điều khiển Giải thích sơ đồ trên nhƣ sau:

Các đại lƣợng thực đƣợc chuyển thành các đại lƣợng hiển thị (các giá trị tuyệt đối thực tế của quá trình, chẳng hạn mức nƣớc là 200mm), sau đó các đại lƣợng hiển thị sẽ cung cấp các giá trị thực tế để chuyển lên giao diện.

Đại lƣợng chuẩn hóa là các đại lƣợng dạng % đƣợc chuẩn hóa mất thứ nguyên phục vụ cho thiết kế bộ điều khiển.

Bộ điều khiển: các đại lƣợng chuẩn hóa sẽ phục vụ cho chƣơng trình điều khiển. Các giá trị mà chƣơng trình điều khiển xử lý đƣợc sẽ đƣa ra giao diện thông qua khâu chuẩn hóa và khâu hiển thị, bộ điều khiển và các luật logic thực hiện cảnh báo alarm để đóng mở van từ và các bơm. Kết quả của chƣơng trình điều khiển sẽ xuất ra các biến tự động để tác động trở lại quá trình.

Sau khi thiết lập các phần tử của giao diện tiến hành chuẩn hóa và gán các đƣờng dẫn các đối tƣợng với các biến quá trình trong chƣơng trình điều khiển ở Control Builder M ta đƣợc giao diện hoàn chỉnh nhƣ sau:

Hình 4-17 Giao diện vận hành của bộ điều khiển

Thông qua giao diện, ngƣời vận hành có thể quan sát và tác động vào phần lập trình bằng cách chuyển chế độ từ tự động sang bằng tay để điều khiển trực tiếp các tín hiệu Output tới quá trình.

Trong chế độ tự động ngƣời vận hành tiến hành nhập tham số cho bộ PID đặt giá trị Set Point cho van điều khiển CV3 trong giao diện faceplate của chế độ tự động.

4.5. Kết luận

Trong chƣơng này, tác giả đƣa ra các giải pháp về phần cứng và phần mềm. Trên cơ sở phân tích các lƣu đồ thuật toán và thiết kế các bài toán điều khiển trong nhà máy nhiệt điện nhằm mục đích ổn định nhiệt độ nƣớc cấp, ổn định mức nƣớc bình cấp và điều khiển áp lực cho hệ thống bao hơi, gom hơi. Ngoài ra, tác giả cũng đi giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện điều khiển cho quá trình sinh hơi và gia nhiệt cho nƣớc cấp.

KẾT LUẬN Kết luận và đánh giá kết quả thực hiện đồ án

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hệ đo lƣờng

điều khiển phân tán IIT của ABB, ứng dụng trong nhà máy nhiệt điện” em đã

tìm hiểu và tiếp thu đƣợc nhiều kinh nghiệm thực tế trong một bài toán điều khiển nói chung và trong bài toán điều khiển nhiệt độ, áp suất, mức và lƣu lƣợng. Cùng với đó, em đã tổng hợp đƣợc nhiều kiến thức về truyền thông trong công nghiệp. Những kết quả chính có thể đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

- Tìm hiểu đƣợc công nghệ sản xuất điện theo công nghệ nhiệt điện

- Hiểu về phần cứng cũng nhƣ phần mềm của hệ điều khiển IIT của ABB

- Ứng dụng hệ điều khiển trên cho công đoạn sinh hơi và gia nhiệt cho nƣớc cấp trong nhà máy nhiệt điện, các kết quả mô phỏng đã thể hiện tính đúng đắn trong các phân tích thiết kế cũng nhƣ thực hiện phần mềm hệ thống cho công đoạn sinh hơi và gia nhiệt cho nƣớc cấp trong nhà máy nhiệt điện.

Tuy nhiên luận văn còn tồn tại các nhƣợc điểm sau:

- Chƣa áp dụng vào thực tế của hệ thống điều khiển trong nhà máy nhiệt điện.

- Các tính toán cho đối điều khiển mức, lƣu lƣợng, nhiệt độ và áp suất mới dừng ở mô hình lý thuyết, chƣa đƣợc kiểm chứng.

Hƣớng phát triển của đồ án

- Hoàn thiện nghiên cứu và thiết kế cho toàn nhà máy nhiệt điện.

- Tính toán tối ƣu các thông số cho bộ điều khiển và thử nghiệm chúng trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Văn Doanh, Phạm Thƣợng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đoàn Văn Tân (2007), Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB khoa học và Kỹ thuật.

[2] Hoàng Minh Sơn (2001), Mạng truyền thông công nghiệp, nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội.

[3] Hoàng Minh Sơn (2009), Giáo trình hệ thống điều khiển phân tán, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội.

[4] Bùi Đăng Thảnh (1997), “ Nghiêncứu hệ thống điều khiển phân tán”, Luận văn tốt nghiệp cao học Việt Pháp.

[5] Website : www.abb.com

[6] Kurt V.T Waller – Department of chemical engineering Abo Akademi, Abo, Finland, Decoupling in Distillation

[7] Douglas J. Cooper, Practical Process Control using LOOP-PRO [8] ABB technical Docunentation 2011

PHỤ LỤC

P1 code chƣơng trình Compiler switches

Switch Global

Simultaneous Execution in SFC Allowed

Loops In ST Allowed

Nested IF or CASE Allowed

Implicit Cast Allowed

Instruction List language Allowed Ladder Diagram language Allowed

SFC language Allowed

Loops in Control Modules Error Force I/O from code Allowed Multiple calls to the same Function Block Warning None or multiple calls to ExecuteControlModules Warning

Connected Libraries AlarmEventLib 1.4-8 BasicLib 1.5-7 ControlSimpleLib 1.1-2 ControlStandardLib 1.3-8 ControlSupportLib 1.2-2 IconLib 1.2-1 My_Lib Data Types Auto_Type