Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen

Transkript

1 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA HOVEDPROSJEKT VÅR 2010 PRH606 Hovedprosjekt IA Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen Avdeling for teknologiske fag Adresse: Pb 203, 3901 Porsgrunn, telefon , Bachelorutdanning - Masterutdanning Ph.D. utdanning

2 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA HOVEDPROSJEKT VÅR 2010 Emne: PRH606 Hovedprosjekt Tittel: Videreutvikling av PCS 7-basert styresystem på anlegg i prosesshallen Rapporten utgjør en del av vurderingsgrunnlaget i emnet. Prosjektgruppe: IA Tilgjengelighet: Åpen Gruppedeltakere: Lars Fjelltveit Vidar Kjeldsen Oddgeir J. Kolseth Stein Olav Myra Espen Pettersen Hovedveileder: Morten Pedersen Sensor: Biveileder: Kjell Bunes Prosjektpartner: Steffen Andreassen, Siemens Godkjent for arkivering: Sammendrag: Denne rapporten tar for seg videreutvikling av et prosessanlegg i prosesshallen ved Høgskolen i Telemark. Gruppen har i dette semesteret byttet tank, montert overløp på tanken, flyttet pumpen, skilt sterk- og svakstrøm, samt kalibrert anleggets instrumenter. Det er laget et PCS 7- basert styresystem med enkeltsløyferegulering og forholdsregulering som to mulige reguleringsstrategier. Det er også laget en softsensor for nivået i tanken, en effektberegning som regner ut forventet effektforbruk før en settpunktsendring og en funksjonsblokk for reguleringsventilene på prosessanlegget. Brukergrensesnittet har mulighet for opp- og nedkjøringsprosedyre, bytte mellom norsk og engelsk skjermtekst, samt skrive rapporter til pdf- fil. Det er laget en alarmfilosofi, med bakgrunn i denne er alarmsystemet satt opp. Gruppen har oppnådd alle målene som ble satt, bortsett fra innhenting av informasjon fra noder som ble nedprioritert. Gruppen er meget godt fornøyd med resultatet. Høgskolen tar ikke ansvar for denne studentrapportens resultater og konklusjoner Avdeling for teknologiske fag

3 Forord FORORD Prosjektet er skrevet i bachelorstudiets 6. semester av fem studenter ved Høgskolen i Telemark. Alle studentene går Y-vei Informatikk og automatisering, hvorav én fordypning automatisering. Rapporten har et tilhørende vedleggshefte. Det anbefales at leser har kjennskap til prosjektrapporten fra forrige semester [1]. Det kreves også kjennskap til grunnleggende reguleringsteknikk og PLS programmering. Gruppen har benyttet følgende programmer i prosjektarbeidet: Siemens SIMATIC PCS 7, Win-SIMOCODE-DP, Adobe Dreamweaver CS3, Adobe Photoshop CS3, Microsoft Word, Excel, PowerPoint, Project, Visio, Paint, LabVIEW 2009, Dropbox, NitroPDF 5.5 og AutoCAD Gruppens hjemmeside, knyttet til prosjektet, finnes på internettadressen: Prosjektgruppen ønsker å takke: Sivilingeniør Steffen Andreassen, produktsjef PCS 7 ved Siemens Oslo, for teknisk veiledning med PCS 7. Overingeniør Eivind Fjelddalen og avdelingsingeniør Talleiv Skredtveit ved HiT, for hjelp i forbindelse med ombygging av anlegget. Porsgrunn, 25. mai 2010 Lars Fjelltveit Vidar Kjeldsen Oddgeir J. Kolseth Stein Olav Myra Espen Pettersen IA

4 Nomenklaturliste NOMENKLATURLISTE AI - Analog Input AO - Analog Output AS - Automation Station AS-i - Actuator Sensor Interface CFC - Continuous Function Chart CPU - Central Processing Unit DC - Direct Current DCS - Distributed Control System DI - Digital Input DO - Digital Output DP - Decentralized Peripherals ES - Engineering Station FBD - Function Block Diagram HART - Highway Addressable Remote Transducer HiT - Høgskolen i Telemark HMI - Human Machine Interface IS - Intrinsically Safe IP - Internet Protocol LAD - Ladder Diagram MAC - Media Access Control address MPI - Message Passing Interface OS - Operator Station PA - Process Automation PCS 7 - Process Control System 7 PI - Proporsjonal, Intergal PLS - Programmerbar Logisk Styring SCL - Structured Control Language SFC - Sequential Function Chart STL - Statement List IA

5 Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Forord... 2 Nomenklaturliste... 3 Innholdsfortegnelse Innledning Systembeskrivelse Prosessanlegget Feltbusstopologi PROFIBUS DP PROFIBUS PA AS-i Bruk av anlegget Opp- og nedkjøringsprosedyre Anlegget i drift Ombygging av anlegget Skilling av sterk- og svakstrøm Flytting av pumpe Montering av ny tank med overløpsrør Kalibrering Kalibrering av temperaturmålere TE og TE TT og TT Kontroll av måleområde til gjennomstrømningsmålere PT og PT LZL Kalibrering av reguleringsventiler med posisjonsmåling TCV og TCV GT og GT Alarmfilosofi Forarbeid til alarmfilosofi Utforming av alarmfilosofi Siemens SIMATIC PCS PCS CFC Continious Function Chart SCL Structured Control Language SFC Sequential Function Chart Hardwarekonfigurasjon IA

6 Innholdsfortegnelse 8.1 ES Engineering Station OS Operator Station AS Automation Station I/O-modul HART SIMATIC DP Link DP/AS-i Simocode Frekvensomformer Programmering Symbolliste PCS 7 Bibliotek Driverblokker PLS program i CFC Softsensor for nivået i tanken Effektberegning ved settpunktsendring Utleding av tidsdiskret PI- regulator Simulering av prosessen Stoppbetingelser for effektberegninger Effektberegning Test og vurdering Reguleringsventiler Funksjonsblokk Blokkikon Faceplate Utfordringer Opp- og nedkjøring ved bruk av SFC Konfigurering av alarmsystem Brukergrensesnitt Bildestruktur Generering av blokkikoner i WinCC Fargebruk Symbolbruk Trender Alarmer Brukertilgang Engelsk og norsk skjermtekst Utveksling av informasjon med MS Office eller skriver Vurdering av anlegget Regulering Softsensor Effektberegning Styring av reguleringsventilene Pumpe IA

7 Innholdsfortegnelse 11.6 Bruk av anlegg i undervisning Forslag til forbedring av anlegget Oppsummering Referanser Vedleggsliste IA

8 1 Innledning 1 INNLEDNING I prosesshallen ved Høgskolen i Telemark er det et prosessanlegg for nivå- og temperaturregulering. Anlegget skal fungere som en buffertank hvor operatøren bestemmer utstrømning fra tanken, samt ønsket nivå og temperatur på vannet i tanken. Temperaturreguleringen foregår ved at varmt- og kaldtvann blandes i en tank. Som programmeringsverktøy for prosessanlegget benyttes Siemens SIMATIC PCS 7. Som automasjonsenhet (AS) brukes en Siemens S7-400 PLS, denne håndterer ulike måleverdier og pådrag ved hjelp av feltbuss og tradisjonell I/O. En ES og en OS plassert i PCS 7- Laboratoriet, B-294c, kommuniserer med AS via Ethernet forbindelse. Prosjektoppgaven som vist i Vedlegg A, strekker seg over to semestre. Siden mange av oppgavene ble utført i forrige semester, ønsker gruppen å utføre de resterende oppgavene dette semesteret. Gruppens oppgaver dette semesteret blir å: Montere ny tank med overløpsrør, flytte pumpe, samt skille sterk- og svakstrøm Utforme en alarmfilosofi for anlegget i henhold til standarden YA Lage et PLS program med tilhørende brukergrensesnitt, som følger gruppens HMI standarddokument og anleggets alarmfilosofi, til styring av prosessanlegget Implementere reguleringsstrategiene gruppen laget forrige semester, samt lage og implementere en softsensor og effektberegning i styresystemet Veksle mellom norsk og engelsk skjermtekst Utveksle data til Office eller skriver Visning av informasjon fra noder Prosjektgruppen velger å bruke rapporten fra forrige semester [1] som grunnlag for videreutvikling av prosessanlegget. Prosjektet skal resultere i en teknisk rapport som ferdigstilles den 25. mai Rapporten er delt inn i ti hovedkapitler. Det første hovedkapitlet inneholder en systembeskrivelse. De åtte etterfølgende hovedkapittelene inneholder retningslinjer for drift av anlegget, arbeidet med ferdigstilling av anlegget, kalibrering av instrumenter, alarmfilosofi, samt arbeidet med å programmere et komplett styresystem for anlegget i PCS 7. Det siste hovedkapittelet tar for seg testing og vurdering av anlegget. IA

9 2 Systembeskrivelse 2 SYSTEMBESKRIVELSE Dette kapittelet inneholder en generell beskrivelse av prosessanleggets virkemåte og anleggets feltbusstopologi. 2.1 Prosessanlegget Prosessanleggets hensikt er å muliggjøre regulering av nivå og temperatur til vann i en prosesstank. Prosesstanken har tilførsel av varmt- og kaldtvann, samt et utløp med en pumpe. Anlegget skal fungere som en buffertank hvor operatøren bestemmer utstrømning fra tanken, samt ønsket nivå og temperatur i tanken. Temperaturreguleringen foregår ved at varmt- og kaldtvann blandes i samme tank. Nivåregulering foregår ved å regulere innstrømning av varmtog kaldtvann i tanken. Prosessanlegget har utstyr for å kunne gjøre følgene: Måle temperatur på innkommende varmt- og kaldtvann, samt temperatur i prosesstank Måle mengde på innstrømninger og utstrømning Måle nivå i prosesstank Åpne og stenge tilførsel av kaldtvann ved hjelp av magnetventil Åpne og stenge magnetventil til varmtvann for bypass av reguleringsventil Regulere tilførsel av varmt- og kaldtvann med reguleringsventiler Måle trykk på varmt- og kaldtvann, samt instrumentluft Blande vann i prosesstanken ved hjelp av et røreverk Pumpe vann ut av prosesstanken Tekniske flytskjema for prosessanlegget vises i Figur 2-1 og i Vedlegg B. Figur 2-1 Teknisk flytskjema for prosessanlegget IA

10 2 Systembeskrivelse 2.2 Feltbusstopologi Prosessanlegget styres av en Siemens S7-400 PLS med et tilhørende brukergrensesnitt satt opp på en ES. ES kommuniserer med PLS ved hjelp av Ethernetforbindelse. Det er også tilkoblet en OS, men denne er ikke operativ. Feltbussystemene som brukes på anlegget er PROFIBUS DP, PROFIBUS PA og AS-i bus. Figur 2-2 viser topologien til prosessanlegget. S7-400 PLS Ethernet OS MPI Svitsj PROFIBUS DP ES I/O-Modul DP/PA Coupler AS-i Gateway Simocode Frekvensomformer PROFIBUS PA AS-i Bus Figur 2-2 Topologi for prosessanlegget PROFIBUS DP PROFIBUS DP er optimalisert for distribuerte I/O-applikasjoner. Det kan tilkobles opptil 126 I/O-moduler på et PROFIBUS DP nettverk [2]. Siden det er mulig å koble flere kontaktpunkter til hver I/O-modul, betyr det at en PLS kan ha forbindelse med et stort antall kontaktpunkter. PROFIBUS DP kan også brukes til å kommunisere med annet utstyr, som for eksempel en frekvensomformer, noe som benyttes i dette prosessanlegget, se Figur 2-2. PROFIBUS DP er en standardisert nettverks kommunikasjonsprotokoll basert på den europeiske standarden EN [4]. IA

11 2 Systembeskrivelse PROFIBUS PA PROFIBUS PA er en feltbuss som er spesielt godt egnet i prosessindustrien, hvor feltenheter kan være plassert i eksplosjons- eller brannfarlige områder. PROFIBUS PA oppfyller kravene til egensikkerhet (IS) i henhold til ISIEC [2]. Både styresignaler og strømtilførsel til feltenheter overføres via PROFIBUS PA. PROFIBUS PA kan ikke være en selvstendig feltbuss, men må alltid være en del av en PROFIBUS DP [3]. Figur 2-3 viser den nåværende PROFIBUS PA topologien til prosessanlegget. DP/PA Coupler PROFIBUS PA Koblingsboks Temperaturmåler TT Temperaturmåler TT Nivåmåler LZL Figur 2-3 PROFIBUS PA topologi IA

12 2 Systembeskrivelse AS-i AS-i er velegnet som det laveste bussnivået i et nettverkssystem med aktuatorer og sensorer. AS-i er en åpen standard basert på IEC og EN En AS-i Gateway kan forsyne opp til 62 aktuatorer eller sensorer med både spenning og styresignal [4]. Hver kanal på masteren har i utgangspunktet en maksimal overføringslengde på 100 meter, men overføringslengden kan økes til 300 meter med bruk av repeatere. Figur 2-4 viser AS-i topologien til prosessanlegget[3]. AS-i Gateway Nivåvakt LZE Magnetventil HV Magnetventil HV Magnetventil HV Magnetventil HV AS-i modul Magnetventil HV Temperaturmåler TE AS-i Analog modul Temperaturmåler TE Figur 2-4 AS-i topologi IA

13 3 Bruk av anlegget 3 BRUK AV ANLEGGET Dette kapittelet gir en forklaring av hvilke prosedyrer som bør følges ved opp- og nedkjøring av anlegget. Det forklares også hvilke muligheter operatøren har under drift og hvordan prosessanleggets brukergrensesnitt er strukturert. 3.1 Opp- og nedkjøringsprosedyre Ved oppstart av anlegget bør det følges en oppkjøringsprosedyre. Oppkjøringsprosedyren beskriver hvilke visuelle inspeksjoner som bør gjennomføres og i hvilken rekkefølge anlegget skal settes i drift. Det er også utformet en nedkjøringsprosedyre som bør følges ved nedkjøring av anlegget. Opp- og nedkjøringsprosedyren er laget som et selvstendig dokument som skal, sammen med dokumentasjon over anlegget, være tilgjengelig i Prosesskap 1. Opp- og nedkjøringsprosedyren kan ses i Vedlegg C. 3.2 Anlegget i drift Brukergrensesnittet deles inn i fire bilder: Prosessanlegget, Innløp, Tank og Småtrend. Prosessanlegget, som vises i Figur 3-1 og Vedlegg D, inneholder kun prosesstanken, innløp med reguleringsventiler og måling av gjennomstrømning, samt utløp med pumpe og måling av gjennomstrømning. Prosessanlegget gir også mulighet til å bestemme temperatur, nivå, utstrømning, reguleringsstrategi og PI- parametrene for regulatorene. Dersom det ønskes mer informasjon, er det mulig å velge mellom bildene: Innløp, Tank og Småtrend. Innløpsbildet, som vises i Figur 3-1 og Vedlegg D, gir informasjon om temperatur, trykk, strømningsmengde og ventilåpninger på både varmt- og kaldtvann. Tankbildet, som vises i Figur 3-1 og Vedlegg D, viser all tilgjengelig informasjon relatert til tanken og utløpet. Småtrendbildet, som vises i Figur 3-1 og Vedlegg D, viser småtrendbilder for nivå og temperatur i tanken, samt strømning ut av tanken. En mer detaljert forklaring av brukergrensesnittet omtales i kapittel 10. IA

14 3 Bruk av anlegget Figur 3-1 Prosessbilder i brukergrensesnittet IA

15 4 Ombygging av anlegget 4 OMBYGGING AV ANLEGGET Prosjektgruppen har i 5. semester planlagt ombygging av prosessanlegget. Dette kapittelet tar for seg arbeidet med skilling av sterk- og svakstrøm, flytting av pumpen på anlegget og montering av ny tank med overløpsrør. 4.1 Skilling av sterk- og svakstrøm I forbindelse med skilling av sterk- og svakstrøm, utføres ombyggingen av en elev fra Skogmo videregående skole. Skapene bygges i henhold til arbeidsbeskrivelsen laget i 5. semester, se Vedlegg E. Ved hjelp av sløyfetest kontrolleres det om skapenes ledningsforbindelse stemmer overens med tegningene. Ombyggingen fører til at noen kabler til anleggets komponenter blir for korte, og må derfor byttes. Kabelen mellom pumpe og frekvensomformer byttes fra en uskjermet gummikabel til en skjermet symmetrisk kabel for å begrense eventuell støy. Alle kabelkanalene på baksiden av anlegget ble byttet ut, da de eksisterende kabelkanalene enten ble for korte, var ødelagte eller manglet kanallokk. Resultatet av ombyggingen vises i Figur 4-1. Figur 4-1 Prosesskap 1 og 2 etter skilling av sterk- og svakstrøm Koblingsboksen til gjennomstrømningsmåler FE flyttes fra forsiden til baksiden av anlegg. Figur 4-2 viser koblingsboksens opprinnelige plassering. Dette gjøres etter samtale med hovedveileder der det ble enighet om at dette ville bli mer praktisk. IA

16 4 Ombygging av anlegget Figur 4-2 Opprinnelige plassering av koblingsboksen til FE Flytting av pumpe Pumpen flyttes, i henhold til planene fra 5. semester, til forsiden av anlegget. Det lages en ny festeanordning til pumpen fordi den eksisterende festeanordningen bærer preg av å være midlertidig. Resultatet vises på Figur 4-3. Figur 4-3 Tank med pumpe og overløp før og etter ombygging IA

17 4 Ombygging av anlegget 4.3 Montering av ny tank med overløpsrør Den nye tanken monteres, se Figur 4-3, i henhold til planene fra 5.semester. Overløpsrøret bestilles og monteres. Lokket og koblingsstykker fra den forrige tanken brukes på den nye tanken. Det lages og monteres en ny festebrakett for LZL da den gamle braketten gir ustabile målinger på grunn av vibrasjoner. Den nye braketten lages av en tykkere plate, noe som gjør den stivere og derfor mindre utsatt for vibrasjoner. IA

18 5 Kalibrering 5 KALIBRERING Dette kapittelet omhandler kalibrering av anleggets temperaturmålere, gjennomstrømningsmålere, trykkmålere og reguleringsventiler med posisjonsmålere. 5.1 Kalibrering av temperaturmålere På anlegget er det fire temperaturmålere. To på innløpet og to i tanken TE og TE Temperaturmåleren TE kalibreres med en kalibreringskoker. Kokeren varmer opp PT-100 elementet til en gitt temperatur, og omformeren kalibreres i forhold til temperaturen i kokeren. Metoden med å bruke kalibreringskoker viste seg å være tidkrevende, og gruppen kom i samråd med Eivind Fjelddalen frem til at det var mulig å kalibrere omformeren ved hjelp av en PT-100 simulator. Det er sjeldent feil i PT-100 elementet, og det er derfor tilfredsstillende å kalibrere omformeren med simulatoren. PT-100 simulatoren benyttes ved kalibrering av TE Ved kalibrering av TE viste det seg at den ikke kunne justeres lavere enn 4,29 ma. Kalibreringssertifikat for temperaturmålerne kan ses i Vedlegg F TT og TT Temperaturmåleren TT og TT er tilkoblet PROFIBUS PA, og kan derfor kalibreres ved hjelp av SIMATIC PDM. PT-100 elementet kobles fra omformeren, og omformeren tilkobles PT-100 simulatoren. Simuleringen av temperaturen på begge temperaturmålerne viser en linearitetsforskyving. Løsningen på dette er å justere linjekompensasjonen i PDM. TT kompenseres med 0,910 Ω, og TT med 0,074 Ω. Kalibreringssertifikat for temperaturmålerne kan ses i Vedlegg F. 5.2 Kontroll av måleområde til gjennomstrømningsmålere Ved kontrollen av måleområde til gjennomstrømningsmålerne tas det utgangspunkt i at alle gjennomstrømningsmålerne er lineære, se Vedlegg G. Uten gjennomstrømning i måleren viser utgangssignalet 4 ma. Ved å fylle 14 liter i tanken, samtidig som utgangssignalet og tiden måles, er det mulig å regne ut et omtrentlig måleområde for gjennomstrømningsmålerne, se Tabell 5-1. Disse verdiene brukes i omskaleringen i CFC. Denne måten å bestemme måleområdet til gjennomstrømningsmålerne vil ikke være nøyaktig, fordi ma signalet varierer noe under målingen, men vil gi en tilstrekkelig indikasjon. IA

19 5 Kalibrering Tabell 5-1 Måledata fra anleggets gjennomstrømningsmålere Gjennomstrømningsmåler Antall sekunder på 14 liter Målesignal Måleområde FT02.005/ FE s 8,3 ma 0-40 L/min FT s 16,2 ma 0-10 L/min FT s 9,9 ma 0-38 L/min FT har et mindre måleområde enn de andre gjennomstrømningsmålerne på anlegget, men målingen, se Vedlegg H, viser at den maksimale innstrømningen av kaldtvann er mindre enn 10 L/min. For å oppnå en mer nøyaktig måling, bør gjennomstrømningsmålerne sendes til Kalibrering av trykkmålere På anlegget er det tre trykkmålere. To på innløp og en i tank for nivåmåling PT og PT Oppgaven til PT og PT er å måle trykket i innløpet til varmt- og kaldtvann. Trykkmålerne kalibreres ved hjelp av en håndpumpe som genererer trykk fra 0 til 10 bar. Justeringen av zero og span gjøres ved hjelp av en HART-kommunikator. Det var ikke nødvendig å justere målerne, da verdiene var tilfredsstillende. Kalibreringssertifikat for trykkmålerne kan ses i Vedlegg F LZL LZL brukes til å måle nivået i tanken. Kalibreringen gjøres i SIMATIC PDM ved å fylle vann i tanken og sette 0 % og 100 % nivå. Kalibreringssertifikat for trykkmåleren kan ses i Vedlegg F. 5.3 Kalibrering av reguleringsventiler med posisjonsmåling På prosessanlegget er det to reguleringsventiler, TCV og TCV02.009, med hver sin posisjonsmåler, GT og GT TCV og TCV Begge reguleringsventilene kalibreres på samme måte. Prosedyren består av og først å justere ventilens hvileposisjon, og deretter justere total vandring av spindelen. Hvileposisjonen til ventilene i dette tilfellet er stengt posisjon. Ventilene kalibreres ved å bruke en milliamperegiver for å simulere pådraget til ventilstilleren. Først settes pådraget til 4 ma, deretter justeres skruen markert med 1 i Figur 5-1 slik at ventilen akkurat ikke får utslag på spindelen. Hvilestillingen IA

20 5 Kalibrering testes ved å øke pådraget fra 3,5 ma til 4,5 ma, og verifisere at ventilen begynner å åpne mellom 4 og 4,5 ma. Figur 5-1 Koblingsboks til elektropneumatisk ventilstiller Vandringen til ventilen endres ved å justere på pinnen markert med 1 på Figur 5-2. Først settes pådraget til 20 ma, så justeres pinnen frem eller tilbake. For å øke vandringen til ventilen, flyttes pinnen mot ventilstilleren. Pinnen justeres slik at ventilen akkurat når full åpning, deretter sjekkes hvilestilling og full åpning igjen. Hvis ventilen ikke opererer riktig i følge det simulerte pådraget, gjentas justering av hvileposisjonen og full åpning til resultatet er tilfredsstillende. Figur 5-2 Justering for vandring av ventil GT og GT På hver av ventilene er det montert en Pepperl+Fuchs induktiv posisjonsmåler som gir ut et signal fra 4-20 ma. Det er mulig å programmere to endebrytere på posisjonsmåleren. Endebryterne programmeres ved å kjøre ventilen i ønsket stilling, og deretter holde inne S1 eller S2 i over to sekunder. Lysene S1 eller S2 blinker nå for å vise hvilken endebryter som er i læringsmodus. Samme knapp aktiveres igjen, og posisjonen er nå satt. IA

21 5 Kalibrering Under kalibreringen var det problemer med å sette posisjonsmåleren i læringsmodus for endebryterne. Grunnen til dette var metallobjektet som markerte posisjonen til ventilen hadde for stor avstand til posisjonsmåleren. Et annet problem var at posisjonsmåleren ikke viste et lineært signal avhengig av posisjonen til ventilen. Grunnen til dette var at metallobjektet ikke har riktig fysisk størrelse i forhold til produktspesifikasjonen, se Vedlegg I. Metallobjektet skal være 8 mm bred og minst 18 mm lang slik at den krysser måleområdet, se Figur 5-3. Figur 5-3 Posisjonsmåler IA

22 6 Alarmfilosofi 6 ALARMFILOSOFI Dette kapittelet omhandler hvordan gruppen har arbeidet for å tilegne seg kunnskap om alarmhåndtering og hvilke elementer som vektlegges i arbeidet med å lage en alarmfilosofi for anlegget. 6.1 Forarbeid til alarmfilosofi Det ble i 5. semester satt et mål om å lage en alarmfilosofi for anlegget. Arbeidet med alarmfilosofien ble påbegynt, men ikke fullført på grunn av manglende tid. Ved bedriftsbesøk hos YARA på Herøya i Porsgrunn fikk gruppen mange gode innspill gjennom et foredrag om alarmfilosofi. Gruppen tok utgangspunkt i standarden YA-710 og YARA sin alarmfilosofi i arbeidet med å skrive en egen alarmfilosofi for anlegget. 6.2 Utforming av alarmfilosofi Alarmfilosofien skal sikre at de grunnleggende prinsippene og begrunnelsene for de beslutninger som er gjort i designet av alarmsystemet er dokumenterte. [5]. Formålet med alarmfilosofien er å gi retningslinjer for hvordan alarmer genereres og håndteres. Alarmfilosofien skal sammen med HMI standarddokumentet, laget i prosjektets 5. semester, gi programmerere retningslinjer for å lage et brukervennlig brukergrensesnitt med et godt alarmsystem. Alarmfilosofien tar for seg prioritering, varsling, håndtering og logging av alarmer. En viktig del i alarmfilosofien er hvor ofte alarmer av en bestemt prioritet kan inntreffe. Grunnen til dette er at operatøren skal kunne konsentrere seg om én oppgave om gangen, og ikke få et alarmras som gjør at operatøren mister oversikten. Alarmfilosofien kan ses i Vedlegg J. IA

23 7 Siemens SIMATIC PCS 7 7 SIEMENS SIMATIC PCS 7 Dette kapittelet gir en innføring i PCS 7 og programmeringsspråkene CFC, SCL og SFC. 7.1 PCS 7 PCS 7 er en komplett softwarepakke fra Siemens som inneholder nødvendig programvare for å lage et DCS system. Programmet SIMATIC Manager brukes som en portal for å konstruere hele prosjektet. SIMATIC Manager vil åpne riktig programvare avhengig av hvilken type konfigurering som skal utføres. De programmene som er mest benyttet i dette prosjektet er Step 7, SIMATIC PDM og WinCC Explorer. Figur 7-1 viser en anbefalt prosedyre ved oppretting av PCS 7 prosjekter. Set up new multiproject Configure the hardware setup Configure communication Create user program Test user Program Design OS interface Create the Project folder Configure hardware Start NetPro Complete Symbol table Test program Create prosessimage Insert Station Import hardware Insert additional Station or Project Network configuration Save and compile Make program Save and compile Connect tags Save and Compile Save and compile Save and compile Download configuration Download configuration Download OS to stations Project structure is set up Compiled configuration data is located in System Data object Compiled connection data is installed in the System Data object Compiled program is located in the Blocks folder Tested and executable program in the CPU and in the PG programming Project in completed with OS interface Figur 7-1 Prosedyre for oppretting av PCS 7 prosjekter [4] IA

24 7 Siemens SIMATIC PCS CFC Continious Function Chart I PCS 7 er det mulig å programmere med CFC. CFC er en utvidet implementering av IEC FBD. CFC er grafisk programmering med bruk av funksjonsblokker. Enkelte funksjonsblokker som brukes i CFC kan generere blokkikoner automatisk i WinCC. Blokkene som brukes i CFC kan hentes fra et ferdig bibliotek, eller de kan for eksempel lages med SCL. Det ferdige biblioteket kan inneholde blant annet teller-, regulator-, addisjons- og multiplikasjonsblokker. I dette prosjektet brukes i hovedsak CFC som programmeringsspråk.[6] 7.3 SCL Structured Control Language SCL er et programmeringsspråk som kan brukes for å lage forskjellige blokker som funksjoner, funksjonsblokker og datablokker. Dette språket kombinerer elementer fra høynivåspråk programmering, som for eksempel løkker, med typiske PLS funksjoner. Disse funksjonene kan for eksempel være adressering av innganger, utganger og tellere. I SCL kan det settes inn maler som hjelper programmereren med å skrive syntaks. Ved feil i syntaksen vil programmet vise hvor det er feil under kompilering. Ved testkjøring kan debuggeren brukes for å vise verdier på lokale variabler under kjøring av blokken.[7] I dette programmet lages det tre funksjonsblokker i SCL Softsensor for nivået i tanken Effektberegning ved settpunktsendringer Styring av reguleringsventiler Funksjonsblokkene omtales i kapittel SFC Sequential Function Chart SFC er et programmeringsspråk for sekvensielle prosesser. I SFC brukes et grafisk grensesnitt som gjør det enkelt å få oversikt over programmet. SFC består av tilstander med aksjoner og transisjonsbetingelser. Transisjonsbetingelsene må oppfylles for at den sekvensielle prosessen kan gå videre til neste tilstand. Hver tilstand kan ha definerte aksjoner som enten kontrollerer logiske utganger eller samhandler med LAD og CFC. I dette prosjektet brukes SFC til opp- og nedkjøring av prossesanlegget. Figur 7-2 viser et eksempel på SFC, med tilstander og transisjonsbetingelser.[8] IA

25 7 Siemens SIMATIC PCS 7 Tilstander Transisjonsbetingelser Figur 7-2 SFC med tilstander og transisjonsbetingelser IA

26 8 Hardwarekonfigurasjon 8 HARDWAREKONFIGURASJON Hardwarekonfigurasjonen, se Figur 8-1, er konfigurering av det fysiske automasjonssystemet. Dette kapittelet viser hvordan prosessanlegget er konfigurert med ES, OS og AS. En tabell for hardwarekonfigurasjon kan ses i Vedlegg K. Figur 8-1 Hardwarekonfigurasjon 8.1 ES Engineering Station ES er datamaskiner som brukes til å programmere automasjonssystemer. Maskinnavnet til ES i dette prosjektet er ES25. Hver stasjon som brukes i automasjonssystemet må ha en station configuration. Denne konfigurasjonen viser hvilke moduler stasjonen bruker, og hva som må konfigureres i hardwarekonfigurasjonen for stasjonen. Konfigurasjonen for ES25 settes opp som vist i Tabell 8-1. Tabell 8-1 Station configuration for ES25 Nr. Navn Adresse 1 IE General IP WinCC appl. 3 CP5611 MPI:1 IA

27 8 Hardwarekonfigurasjon 8.2 OS Operator Station En OS er en stasjon som kan styre og overvåke en prosess. Maskinnavnet til OS i dette prosjektet er INST. På samme måte som ES, må denne stasjonen ha en station configuration. Konfigurasjonen for INST settes opp som vist i Tabell 8-2. Tabell 8-2 Station configuration for INST Nr. Navn Adresse 1 IE General IP WinCC appl. ES25 er satt opp til å generere serverdata. INST er en klient som skal bruke serverdataen delt av ES25 til styring av prosessen. I forbindelse med oppsett av nettverksdelingen oppstod det et problem med adgangstillatelsen mellom server og klient. Løsningen på dette ble å lage en bruker på både OS og ES med samme brukernavn og passord 1. Ved konfigureringen viste det seg at en utgått linsens 2 på INST fører til at WinCC Runtime ikke kan åpnes. Problemet ble tatt opp med prosjektpartner, og det ble besluttet at de ikke lot seg ordne i denne prosjektperioden. INST er konfigurert som OS, men er ikke operativ på grunn av manglende lisens. 8.3 AS Automation Station Automasjonssystemet har en S7-400 PLS som master med flere slaver. Tabell 8-3 viser konfigurasjonen til S7-400, og Tabell 8-4 viser slavene som er koblet til CP443-5 EXT. Tabell 8-3 Oversikt over hardwarekonfigurasjon for S7-400 PLS Slot Utstyr Produktnummer Adresse 1 Adresse PS A 407-0KA01-0AA XL04-0AB0 CPU V DP: 2 (ikke i bruk) MPI:2 5 6 CP EXT 443-5DX03-0XE0 DP: 2, master PROFIBUS DP CP IT V GX11-0XE0 V.1.0 MAC: D8-C5 IP: Brukernavn : morten, passord: morten 2 SIMATIC PCS 7, PCS 7 Trial v7.0 IA

28 8 Hardwarekonfigurasjon Tabell 8-4 Slaver på PROFIBUS DP Funksjon Utstyr Produktnummer DP adr. I/O-modul ET 200M IM BA02-0XB0 DP.5 DP/PA IM157 DP LINK 157-0AA82-0XA0 DP.6 DP/AS-i DP/AS-i GATEWAY VBG-PB-K5-R4-DMD DP.7 Motorstarter Simocode Basic Type 2 3UF5001-3AN00-1 DP.10 Frekensomformer MICROMASTER 420 0,25 kw 6SE6420-2UC21-1BA1 DP I/O-modul ET200M er en ekstern I/O-modul tilkoblet PROFIBUS DP med mulighet for fleksibelt valg av I/O. De analoge inn- og utgangsmodulene konfigureres til 4-20 ma. Se Tabell 8-5 for hvilke I/O moduler som er montert på ET 200M modulen. Tabell 8-5 I/O-moduler montert på ET 200M Type Utstyr Produktnummer ET 200M IM BA02-0XB0 AI SM 331 AI 8x12Bit 331-7KF01-0AB0 AO SM 332 AO 4x12Bit 332-5HD01-0AB0 DI SM 321 DI 16xDC24V 321-1BH01-0AA0 DO SM 322 DO 16xDC24V/0.5A 322-1BH01-0AA0 HART SM 331 AI 8x0/4...20mA HART 331-7TF00-0AB HART ET 200M modulen har en HART modul med åtte kanaler som vist i Figur 8-2. For å konfigurere en kanal, settes det først inn en HART field device i en av kanalene. HART field device er en universalmodul som konfigureres i tre trinn. Figur 8-2 Hardwarekonfigurasjon av HART-modul Først konfigureres instrumentets type og fabrikat. Dette gjøres ved å dobbelttrykke på aktuell kanal med HART field device, deretter trykke på Assign og navigere frem i katalogen til riktig fabrikat og type. IA

29 8 Hardwarekonfigurasjon Etter at forrige trinn er ferdig, åpnes SIMATIC PDM automatisk. Det kan da velges mellom de aktuelle instrumenter som vises. Når SIMATIC PDM lagres og lukkes, er det klart for siste trinn. Det siste trinnet utføres i Object Properties for selve HART-modulen. Figur 8-3 viser fanen Inputs. I dette prosjektet deaktiveres seks av kanalene som vist i punkt 1, og de to første kanalene konfigureres til 4-20 ma signaler som vist i punkt 2. Figur 8-3 Object properties for HART-modul SIMATIC DP Link SIMATIC DP link er tilkoblet en DP/PA coupler. De to enhetene transformerer baudraten til PROFIBUS DP fra 1,5 Mbps til 45,45 kbps og konverterer protokollen til PROFIBUS PA. De tre instrumentene tilkoblet PROFIBUS PA er: TT02.003, TT og LZL Hvert instrument legges til i hardwarekonfigurasjonen fra katalogen og gis en PROFIBUS PA adresse. Den samme adressen settes også med en dipswitch på instrumentene. Tabell 8-6 viser nødvendige data for hardwarekonfigureringen. IA

30 8 Hardwarekonfigurasjon Tabell 8-6 Slaver på PROFIBUS PA Utstyr Adresse GSD-fil itemp PA TMT 848 TT PA: 3 EH3_1523.GSD ProflPAQ TT PA: 6 INOR0551.GSD Cerabar S, 2nd Generation LZL PA: 5 EH3X1501.GSD DP/AS-i Konfigurasjonen av AS-i gjøres i to trinn, konfigurasjon av AS-i gateway og hardwarekonfigurasjon i PCS 7. AS-i gateway settes i konfigurasjonsmodus ved å holde inne mode -knappen på gatewayen i 5 sekunder. Gatewayen viser nå alle slavene den finner på bussen, og i dette tilfellet 4A, 5A, 6A, 7A og 14. For å avslutte konfigurasjonsmodus, holdes mode -knappen inne ytterligere 5 sekunder. I PCS 7 settes det inn en AS-i gateway tilsvarende den som er i anlegget. Under gatewayen settes det inn I/O-moduler. Tabell 8-7 viser hvilke moduler som settes inn i dette prosjektet. Tabell 8-7 I/O-moduler konfigurert i AS-i gateway C1 16 byte Digital out (0-31) C1 16 byte Digital in (0-31) C1 16 byte Analog in (14-15) De logiske adressene for AS-i bussen genereres automatisk i henhold til Tabell 8-8. Tabellen viser at slave 3/3A kan få adressene Q3.0, Q3.1, Q3.2, Q3.3, I3.0, I3.1, I3.2 og I3.3. En slave kan ikke ha både inngang og utgangsadresse på samme bit, dette betyr at både I3.2 og Q3.2 ikke kan brukes samtidig. Tabell 8-8 Oversikt over AS-i slaver og PLS adresser Byte Adresse D3 D2 D1 D0 F3 F2 F1 F0 0 flags slave 1/1A Q2/I2 1 slave 2/2A slave 3/3A Q3/I3 2 slave 4/4A slave 5/5A Q4/I4 3 slave 6/6A slave 7/7A Q5/I5 4 slave 8/8A slave 9/9A Q6/I6 5 slave 10/10A slave 11/11A Q7/I7 Tabell 8-9 viser alle konfigurerte slaver i prosjektet. Slave 14 består av begge temperaturmålerne TE og TE IA

31 8 Hardwarekonfigurasjon Tabell 8-9 Oversikt over konfigurerte slaver på AS-i Adresse Tag Slave : bit I4.0 LZE A : F0 Q5.0 HV02.010A 7A : F0 Q5.4 HV02.011A 6A : D0 Q5.5 HV02.012A 6A : D1 Q5.6 HV02.013A 6A : D2 Q5.7 HV02.014A 6A : D3 IW 544 TE IW 546 TE Selv om slaven 4A er montert i styringsskapet, er den ikke i bruk og er derfor ikke konfigurert i PCS 7. Under arbeidet med AS-interface, kom gruppen over noen utfordringer. Ved første oppstart var det ikke noe kommunikasjon mellom slaver og gateway. Feilsøking viste at både auxillery power og AS-interface buss var koblet inn på AS-i powersupply. Etter omkobling av busskabelen var det fortsatt kommunikasjonsproblemer, som viste seg å være polaritetsfeil på AS-i busskabelen. Etter utbedringene fungerte bussen. Reviderte tegninger kan ses i Vedlegg L Simocode Simocoden brukes til styring av røreverket og detekterer overbelastning av motoren. For å opprette kommunikasjon med Simocoden må tre parametre samsvare mellom hardwarekonfigurasjonen og Simocoden. Parametrene er baudrate, PROFIBUS DP adresse og kommunikasjonstype, komplett parameter liste kan ses i Vedlegg M. Konfigurasjonen av Simocoden gjøres ved å sette opp direkte kommunikasjon fra en datamaskin med Win- SIMOCODE-DP via RS232. Parametrene med verdier er vist i Tabell IA

32 8 Hardwarekonfigurasjon Tabell 8-10 De viktigste parametrene for simocoden Parameter Verdi Kommentar Adresse 10 PROFIBUS DP adresse Baud rate 1500kbps Kommunikasjonshastighet Basic type 2 Kommunikasjonstype Set current 1 1,41 Merkestrøm på motor 3-phase motor yes Antall motorfaser Reset Manual Resettype Control function DIR Motorstyring, direktestarter Switch 1 (S1) 254[Fixed level 1] Kontrollselektor bit 1 Switch 2 (S2) 254[Fixed level 1] Kontrollselektor bit 2 CST 255[Not connected] Extern feilsignal BU output 1 229[Contactor control QE1] Utgangssignal Inching mode No No = holdekrets på impulsstart PLC/DCP on1 57[PROFIBUS DP bit 0.0] Ikke i bruk PLC/DCP off 58[PROFIBUS DP bit 0.2] Stoppsignal for motor PLC/DCP on2 56[PROFIBUS DP bit 0.1] Startsignal for motor Control Function on1 232[Group Control on1] Control Function off 233[Group Control off] Control Function on2 234[Group Control on2] Figur 8-4 viser blokkskjematisk hvordan Simocoden er bygd opp med parametrene i Tabell Inngangene S1 og S2 fungerer som selektorer av styringssignal. I dette prosjektet er både S1 og S2 satt statisk til 1, som tilsvarer at Operator Enabling styres av signalene fra PROFIBUS DP bit BU output 1 er utgangssignalet som styrer kontaktoren til røreverket. Motor Protection Functions -blokken deaktiverer QE1 ved deteksjon av overbelastning. Figur 8-4 Blokkskjema over Simocoden IA

33 8 Hardwarekonfigurasjon Simocoden som er benyttet i dette prosjektet kan ikke konfigureres med en merkestrøm lavere enn 1,25 A. Siden motoren for røreverket hadde en merkestrøm på 0,47 A, føres hver faseleder gjennom hver måletransformator tre ganger. Merkestrømmen i Simocoden stilles så inn på 1,41 A. Under hardwarekonfigureringen i PCS 7 fikk gruppen ingen kommunikasjon med Simocoden via PROFIBUS DP. Feilsøking viste at Simocoden hadde en annen baudrate enn PROFIBUS DP. Løsningen ble å koble opp en RS232 forbindelse med Simocoden og konfigurere baudraten til 1,5 Mbps. Simocoden skal kunne konfigureres fra SIMATIC PDM, men dette fungerte ikke som det skulle. Opplastingen av parametrene fra Simocode til SIMATIC PDM fungerte, men ved nedlasting var det ingen kommunikasjon Frekvensomformer En Siemens MICROMASTER frekvensomformer brukes til hastighetsregulering av pumpen på prosessanlegget. Frekvensomformeren kommuniserer med AS via PROFIBUS DP. Det første som utføres er oppsettet av frekvensomformeren slik at den er klar til bruk på anlegget. Det følges et hurtigoppsett, se Vedlegg N, der parametre settes ved hjelp av operatørpanelet på frekvensomformeren. Parametrene som settes er blant annet motoreffekt, merketurtall på motor, nettspenning, nettfrekvens og hvordan frekvensomformeren skal styres. Parametrene som settes, vises i Tabell Brukerveiledning for hurtigoppsettet av frekvensomformeren kan ses i brukerveiledningen[9]. IA

34 8 Hardwarekonfigurasjon Tabell 8-11 Parametre til hurtigoppsett av frekvensomformer Parameter Verdi Kommentar P Hurtig idriftsettelse P Nettfrekvens 50Hz P [V] Merkespenning på motor P [A] Merkestrøm på motor P [kw] Merkeeffekt på motor P [Hz] Merkefrekvens på motor P [o/min] Merketurtall på motor P Start/stopp signal for PROFIBUS DP P Settpunkt for PROFIBUS DP P [Hz] Minimum frekvens P [Hz] Maksimum frekvens P [s] Akselerasjonstid P [s] Retardasjonstid P Lagre hurtig idriftsettelse parametere I hardwarekonfigurasjon hentes MicroMaster 4 fra hardwarekatalogen. Det er mulig å velge mellom tre kommunikasjonstyper for kommunikasjon mellom AS og frekvensomformeren. I dette prosjektet settes kommunikasjonstypen til 0PkW, 2PZD(PPO3). Denne består av fire word, se Tabell Tabell 8-12 Beskrivelse av kommunikasjon til frekvensomformer Type I/O Beskrivelse Kontroll Word Ut Kontrollerer start, stopp, nødstopp, resett og flere andre funksjoner. En fullstendig oversikt kan ses i Vedlegg O Settpunkt Word Ut Setter frekvensen til frekvensomformeren Status Word Inn Tilbakemelding fra frekvensomformeren. En fullstendig oversikt kan ses i Vedlegg O Reell frekvens Word Inn Tilbakemelding fra frekvensomformere med reell frekvens IA

35 8 Hardwarekonfigurasjon For å klargjøre frekvensomformeren settes Kontroll lik den heksadesimale verdien 047E. Deretter settes Settpunkt for å velge frekvens. En heksadesimal verdi mellom 0 og 4000 velges, det tilsvarer minimums- og maksimumsfrekvens som ble valgt i oppsett av frekvensomformeren. På prosessanlegget vil en heksadesimal verdi på 4000 tilsvare en frekvens på 50 Hz. Status gir tilbakemelding om hvilken tilstand frekvensomformeren er i. Reellfrekvens er tilbakemelding på frekvensen til frekvensomformeren. Dette signalet har også verdier fra 0 til 4000 heksadesimalt. Det lages en funksjonsblokk i SIMATIC Manager for styring av frekvensomformeren. Blokken har I/O for start, stopp, nødstopp, reset nødstopp, reset ved feil, settpunkt, reellfrekvens og tilbakemelding fra frekvensomformeren. Blokken vises i Figur 8-5. Figur 8-5 Funksjonsblokk for frekvensomformer IA

36 9 Programmering 9 PROGRAMMERING Dette kapittelet tar for seg oppbyggingen av PLS programmet med symbolliste, bibliotek og driverblokker. Det vil også gis en forklaring på hvordan funksjonsblokkene for softsensor, effektberegning og reguleringsventil er programmert, samt programmering i SFC og oppsett av alarmsystemet. 9.1 Symbolliste En symbolliste er en oversikt over innganger, utganger, internminnet og blokker som brukes i PLS anlegget. I symbollisten navngis innganger og utganger med utstyrets tag. Det er også mulig og allokere minner ved å definere de i symbollisten med navn og plassering. Symbollisten for dette prosjektet kan ses i Vedlegg P. 9.2 PCS 7 Bibliotek For å oppnå et mest mulig standardisert program, bør det opprettes et bibliotek for hvert prosjekt som inneholder standard funksjonsblokker som skal brukes i prosjektet. Først opprettes et eget bibliotek for prosjektet. Deretter kopieres de ønskede blokkene fra andre biblioteker til det opprettede biblioteket. Tabell 9-1 viser en oversikt over biblioteket som er laget for dette prosjektet, og hva de forskjellige blokkene brukes til. Elementære blokker som tellere og logiske blokker legges ikke inn i biblioteket. IA

37 9 Programmering Tabell 9-1 Oversikt over blokker i prosjektets bibliotek Blokknavn Blokknr. Blokkfamilie Bruksområde Pcs7AnIn FB1869 Channel Analog inngangsdriver Pcs7AnOu FB1870 Channel Analog utgangsdriver Pcs7DiIn FB1871 Channel Digital inngangsdriver Pcs7DiOu FB1873 Channel Digital utgangsdriver PbAnIn FB1813 Channel Analog inngangsdriver for feltbuss (PA) PbAnOu FB1814 Channel Analog utgangsdriver for feltbuss (PA) CH_AI FC275 Driver Analog inngangsdriver (AS-i) CH_AO FC276 Driver Analog utgangsdriver (AS-i) SOFTSENS FB501 Solve Softsensor EFFEKTBE FB502 Solve Effektberegning spesielt for dette anlegget REGVALVE FB503 Solve Reguleringsventil med manuell/auto og feedback on/off MotL FB1850 Drives Direktestyring av motor Pumpe FB715 Control Frekvensomformer PIDConL FB1874 Control Regulator MonAnL FB1845 Monitor Analog monitorering for instrumenter VlvL FB1899 Drives Magnetventil StruAnIn FC375 Convert Lager analog struct med kvalitetskode StruAnOu FC376 Convert Splitter analog struct med kvalitetskode StruDiIn FC377 Convert Lager digital struct med kvalitetskode StruDiOu FC378 Convert Splitter digital struct med kvalitetskode ALARM_8P SFB35 Alarm Genererer opp til 8 alarmmeldinger 9.3 Driverblokker Driverblokker er funksjonsblokker som brukes på signaler til og fra prosessen. Hovedoppgavene til driverblokken er å skalere og diagnostisere signalet. Noen driverblokker har også mulighet til å bruke simulerte verdier i stedet for prosessverdier, samt mulighet til å sette enhet på signalet som vist i Tabell 9-2. Diagnostiseringen av signalet inneholder en kvalitetskode i samsvar med Tabell 9-3. Figur 9-1 viser et eksempel på en driverblokk. Figur 9-1 Analog input driverblokk IA

38 9 Programmering Tabell 9-2 Oversikt over utvalgte enhetskoder Enhet Symbol Kode Temperatur i grader Celsius C 1001 Meter m 1010 Millimeter mm 1013 Trykk i Pascal Pa 1130 Trykk i bar bar 1137 Millimeter vannsøyle mmh 2 O 1149 Prosent % 1342 Strømning i liter pr. minutt L/min 1352 Tabell 9-3 Oversikt over kvalitetskode generert av driverblokker HEX BIN B Kommentar Simulering av prosessverdi Dårlig prosessverdi, grunnet feltenheten Dårlig prosessverdi, grunnet prosessen Usikker feil, grunnet feltenheten Usikker feil, grunnet prosessen A Forespørsel om vedlikehold God 9.4 PLS program i CFC PLS programmet er bygget opp slik Figur 9-2 viser. Inngangssignalene fra prosessen har en egen driver. Etter at programmet har utført sine oppgaver, sendes aktuelle signaler til utgangsdrivere. Driverne skalerer signalene fra programmet, slik at instrumentet som mottar signalet vet hvilken oppgave som skal utføres. IA

39 9 Programmering Inngangssignaler fra prosess Driver Driver Driver Program Driver Driver Driver Utgangssignaler til prosess Figur 9-2 Blokkskjema over PLS programmet Programstrukturen vises i Figur 9-3. Signalet fra nivåmåleren analyseres av en softsensor. Softsensoren sender videre målte verdier i normaltilstand, og kalkulerte verdier ved sensorutfall. Effektberegningsblokken benytter data fra begge reguleringsalternativene og måleverdier fra prosessen. Selektoren velger hvilket reguleringsalternativ som skal styre prosessen. Signal fra nivåmåleren Softsensor Signal fra prosessen Reguleringsalt. 1 Selektor Signaler til prosessen Effektberegning Reguleringsalt. 2 Figur 9-3 Programstruktur for prosessanlegget Programmeringen av PLS programmet, se Vedlegg Q, gjøres hovedsaklig i Plant View. Ved programmering i Plant View, oppnår programmereren en bedre programoversikt. Alle bilder, CFC og SFC som genereres i Plant View vil også genereres i Component View, men ikke motsatt. Først opprettes en hierarkisk mappestruktur i Plant View med inndeling av anlegget, som vist i Figur 9-4. Mappene i det laveste nivået er instrumentene i anlegget. Hver av mappene inneholder hvert sitt CFC med drivere og funksjonsblokker for styring eller monitorering av instrumentene. De overliggende mappene innholder prosessbilder og CFC som styrer prosesser som for eksempel regulering. IA

40 9 Programmering Figur 9-4 Mappehierarki i "Plant view" 9.5 Softsensor for nivået i tanken Softsensoren skal detektere sensorutfall av nivåmåleren, for så å erstatte målesignalet med en beregnet verdi for nivået i tanken. Ved tilbakestilling av softsensoren, vil nivået i tanken igjen måles av nivåmåleren. Funksjonsblokken har innganger og utganger som vist i Tabell 9-4. Funksjonsblokken vises i Figur 9-5. IA

41 9 Programmering Tabell 9-4 Inn- og utganger på softsensorblokken Parameter Datatype Kommentar LEVEL STRUCT Nivå i tank fra nivåmåler FLOW_INN1 STRUCT Strømning inn i tanken FLOW_INN2 STRUCT Strømning inn i tanken FLOW_OUT STRUCT Strømning ut av tanken RESET BOOL Tilbakestilling slik at anlegget benytter målingene fra nivåmåleren SIM_SEN_DROP BOOL Simulerer et sensorutfall TOLERANCE REAL Toleranse for hvor mange prosent pr tidskritt(0,1s) som skal regnes som sensorutfall SIM_LEVEL STRUCT Gir ut nivået i tanken i prosent, beregnet nivå hvis det har vært et sensorutfall QERR1 BOOL Gir ut feil hvis det er dårlige signaler inn SIM_LEVEL_L REAL Gir ut simulert nivå i liter SENSOR_DROP BOOL Angir om blokken beregner verdier eller om det er verdiene fra nivåmåleren som er på SIM_LEVEL utgangen Figur 9-5 Funksjonsblokken til softsensoren Softsensorblokken programmeres i programmeringsspråket SCL. SCL koden i denne blokken består av tre deler. Den første delen av koden er initialisering, denne tar for seg parametrisering av softsensor slik at den blir klar for drift. Den andre delen av SCL koden detekterer sensorutfall basert på signalets endringshastighet. Den tredje delen av koden beregner nivået i tanken dersom softsensoren er aktivert. Denne delen av koden bruker strømningen inn og ut fra tanken til å beregne nivået. Inngangene for nivå og gjennomstrømning, samt utgangen for nivå er av datatypen structs, se Tabell 9-4. Grunnen til dette er at inngangsdriver- og monitoreringsblokkene bruker datatypen structs. Det er derfor ikke behov for å konvertere datatypen på inngangene og utgangene før bruk. IA

42 9 Programmering Softsensoren tar ikke høyde for vann som tappes ut igjennom ventilene 3 i bunn av tanken eller ventilene 4 som tapper ut varmtvann fra innløpet. Softsensoren tar heller ikke hensyn til tidsforsinkelsen på vannet fra gjennomstrømningsmålerne til tanken. SCL koden til softsensoren kan ses i Vedlegg R. 9.6 Effektberegning ved settpunktsendring På prosessanlegget er det mulig å velge mellom to reguleringsalternativer, enkeltsløyfe- og forholdsregulering. Det er i den sammenheng ønskelig å implementere effektberegninger. Effektberegningene beregner effektforbruk ved settpunktsendringer, slik at operatøren kan velge den reguleringsstrategien som forbruker minst energi. Figur 9-6 viser en prinsippskisse for effektberegningen. Oppkall fra brukergrensesnitt Beregning av pådrag Simulering av et tidsskritt Begge stabile Ja Tilbakemelding til brukergrensesnitt Nei Figur 9-6 Prinsippskisse for effektberegningen Effektberegningen lages som en funksjonsblokk, der det beregnes forventede prosessverdier til anlegget ved en settpunktsendring. I denne beregningen brukes PI-parametrene til begge reguleringsalternativene. Effektberegningene utføres ved å beregne forbruket av varmtvann for begge reguleringsalternativene. Effektforbruket som regnes ut, er den energimengden som kreves for å varme opp vannet som skal brukes. Funksjonsblokken tar ikke hensyn til treghet i ventiler, varmetap og dødtid. Blokken programmeres i SCL og består av: fire tidsdiskrete PI regulatorer, to simuleringer av prosessen, stoppbetingelser for while-løkker og en utregning av effektforbruk. Blokken må kjøres med tidsskritt på 0,1sekund Utleding av tidsdiskret PI- regulator Det lages en tidsdiskret PI- regulatorer på hastighetsform [10] for å beregne endringer i pådraget til ventilene, som følge av en endring i temperatur eller nivå. PI- regulatoren benytter formelen for en tidsdiskret PI- regulator på hastighetsform, se formel (9-1) og (9-2). u t k = u 0 t k u 0 t k 1 + K p e t k e t k 1 + K P T s Ti e(t k ) (9-1) 3 HV02.012A og HV02.012B 4 HV02.013A og HV02.013B IA

43 9 Programmering u t k = u t k 1 u t k 1 (9-2) Det første leddet i formelen (9-1) som omhandler manuelt pådrag tas ikke med, dette fordi effektberegning bare skjer når regulatorer står i auto Simulering av prosessen Ut i fra pådraget til ventilene, beregnes det hvor mye vann som tilføres tanken. Det tas her utgangspunkt i at forholdet mellom ventilåpning og gjennomstrømning er lineært. Strømningen inn i tanken pr tidsskritt (0,1 s) regnes ut med formelen (9-3) for begge reguleringsalternativene. U(t k ) er ventilens åpning i prosent og q maks er gjennomstrømning i liter per sekund for varmtvannet. Strømning pr tidskritt = u t k q maks (9-3) Nivået beregnes på bakgrunn av strømningen inn og ut av tanken. Endringen av nivået beregnes ved bruk av formel (9-4) [1]. h = 1 π r 2 (q k + q v q ut ) (9-4) Temperaturen beregnes på bakgrunn av strømningen inn og ut av tanken. Endringen i tanktemperaturen beregnes for begge alternativene ved bruk av formel (9-5), og legges til eller trekkes fra den eksisterende tanktemperaturen.[1] T = 1 π r 2 h q v T v + q k T k T q ut + π r 2 h (9-5) Stoppbetingelser for effektberegninger Beregningene utføres i en while-løkke til den simulerte verdien til begge alternativene er stabilisert. Beregningene stopper når begge alternativene er stabile. Systemet er definert som stabilt når nivået er innenfor ±2 %, og temperaturen i tanken er innenfor ±1 C av settpunktet i 10 sekunder. Hvis verdien ikke stabiliseres innen 250 sekunder, vil det gis en logisk én på error utgangen til funksjonsblokken Effektberegning I simuleringsdelen beregnes det hvor mye varmtvann som forbrukes for hver av de to alternativene. Omregning mellom vannforbruk og effektforbruk beregnes ved formel (9-6). Forbruket av kaldtvann regnes ikke som effektforbruk. Varmtvannet derimot, må varmes opp, IA

44 9 Programmering noen som krever energi. Energien i forbrukt varmtvann blir da forskjellen i temperaturen mellom varmt- og kaldtvannet ( T).[11] ΔQ = m c Δ T (9-6) Test og vurdering For å teste blokken brukes S7-PLCSIM og debuggeren i SCL. Det viste seg å være vanskelig å verifisere om programkoden i blokken gav korrekt verdi, fordi størstedelen av programkoden er programmert i en while-løkke. Grunnen til dette er at debuggeren kun viser verdien etter første og siste syklus i løkken. Det viste seg imidlertid at simulatoren gav for lavt antall forbrukt liter, dette skyldes en kombinasjon av flere feil i programmet: Formel for regulatoralgoritmen var skrevet inn feil Utstrømning fra tanken var ikke regnet om til strømning per tidsskritt Blokken ble ikke tilbakestilt for hvert oppkall Blokken tillot negativ verdi for innstrømning under utregning Feilene ble rettet opp og effektberegningsblokken ble testet. For å få en indikasjon på om funksjonsblokken fungerer, sammenlignes resultatene fra to tester, en fra S7-PLCSIM og en fra LabVIEW. Testene gikk ut på å øke settpunktet for nivået i tanken fra 50 % til 70 % med en temperatur på 40 C, ved forholdsregulering. Testen i S7-PLCSIM gir en stabiliseringstid på 26,2 sekunder og forbruk på 2,73 liter varmtvann, se Vedlegg S. Testen i LabVIEW gir en stabiliseringstid på 26 sekunder og forbruk på 2,68 liter varmtvann, se Vedlegg T. Sammenligningen av testresultatene gir en indikasjon på at effektberegningblokken funger tilfredsstillende. Den ferdige SCL koden kan ses i Vedlegg U. 9.7 Reguleringsventiler I biblioteket gruppen har tilgang til i PCS 7 er det ikke en egen funksjonsblokk for reguleringsventiler. Det lages derfor en funksjonsblokk med tilhørende blokkikon og faceplate for styring av reguleringsventiler. Ideelt sett har en funksjonsblokk innebygde funksjoner for alarmgenerering. Fordi implementering av alarmgenerering i funksjonsblokken er en omfattende oppgave, velges det og ikke bruke tid på dette. Det lages derfor en funksjonsblokk for reguleringsventilene som brukes sammen med alarmblokken ALARM_8P, se Figur 9-7. SCL kode til REGVALVE kan ses i Vedlegg V. IA

45 9 Programmering Figur 9-7 Utdrag fra CFC med REGVALVE og ALARM_8P Sammenhengen mellom funksjonsblokker, ikonblokker og faceplate er vist i Figur 9-8 og Figur 9-9. Funksjonsblokker kan generere tag og blokkikoner i WinCC. Faceplate er vinduer knyttet til blokkikonet for detaljstyring av funksjonsblokken. Både blokkikonet og faceplate kan bruke genererte WinCC tag til dynamisk styring av objekter, men kun faceplate styrer funksjoner i funksjonsblokken. Figur 9-8 Funksjonsblokk, blokkikon og faceplate for REGVALVE IA

46 9 Programmering FB 5XX Blokkikon Faceplate <NAVN> <NAVN> <TYPE> <SERVER> <TYPE> Tag med S7_m_c WinCC Tag Dynamiske funksjoner Dynamiske funksjoner Andre Tag Figur 9-9 Sammenheng mellom funksjonsblokk, ikonblokk og faceplate Funksjonsblokk Funksjonsblokken for reguleringsventilen lages i SCL. Funksjonsblokken får navnet REGVALVE og lagres som FB503. For at funksjonsblokken skal ha mulighet til og monitoreres og styres fra WinCC Runtime, må parameteren S7_m_c settes til true først i blokken, vist i punkt 1 i Figur Deretter må hvert tag, som skal kunne monitoreres og styres fra WinCC Runtime, få samme parameter ved deklarering av variabelen. Et annet viktig parameter vises i punkt 2 i Figur Dette parameteret kobles mot blokkikoner av samme type og genererer et blokkikon for hver kopi av funksjonsblokken. Figur 9-10 Utdrag fra SCL kode for reguleringsventil I funksjonsblokken er det mulig å velge mellom manuell eller automatisk styring av pådraget. I manuell modus kan reguleringsventilen styres med inngangen manual. I automatisk modus kan det velges om feedbacksignalet skal være aktivert eller deaktivert. Når feedbacksignalet er aktivert, har funksjonsblokken en innebygd PID regulator som korrigerer avviket. Forekommer det et avvik på mer en 10 % i over 100 tidsskritt, vil det genereres høyt signal på qerr1. Når feedbacksignalet er deaktivert, styres pådraget direkte fra setpoint. Feedbacksignalet er en IA

47 9 Programmering struct som inneholder verdi og status med kvalitetskode. Funksjonsblokken analyserer kvalitetskoden og genererer høyt signal på qerr2 når signalet er dårlig i henhold til Tabell 9-3, i tillegg til at feedback deaktiveres og styres direkte av settpunktet. En oversikt over inn og ut parametre for REGVALVE vises i Tabell 9-5. Funksjonsblokken REGVALVE kobles sammen med ALARM_8P som vist i Figur 9-7. Tabell 9-5 Oversikt inn og ut parametre for REGVALVE Parameter Datatype Kommentar FEEDBACK STRUCT Feedback fra ventilens posisjon med kvalitetskode FB_HI REAL Øvre grense på feedback signalet FB_LO REAL Nedre grense på feedback signalet FB_ON BOOL Velger mellom aktivert eller deaktivert feedback SETPOINT REAL Settpunkt for ventilen MAN_AUT BOOL Velger mellom manuell eller automatisk styring av pådrag MANUAL REAL Manuelt pådragssignal REG_P REAL P-parameter for ventilens regulator REG_I REAL I-parameter for ventilens regulator REG_D REAL D-parameter for ventilens regulator QERR1 BOOL Alarm ved avvik mellom settpunkt og feedback QERR2 BOOL Alarm ved dårlig kvalitet på feedback QCONTROL STRUCT Styresignal til reguleringsventil med kvalitetskode FB_PERCENT REAL Feedbacksignalet vist i prosent Blokkikon Blokkikonet, se Figur 9-11, for reguleringsventilen lages ved å kopiere og gi kopien I det nye bildet fjernes alt bortsett fra blokkikonet MonAnL6. Objektnavnet til blokkikonet endres og i parametergruppen general, settes type og servername til PCS7 regvalve Control. Navnene må stemme med navnet på funksjonsblokken for at blokkikonet for reguleringsventilen skal genereres automatisk. Figur 9-11 Blokkikon for REGVALVE IA

48 9 Programmering For at de dynamiske egenskapene skal kobles til hver kopi av REGVALVE blokken, må det brukes absolutt adressering Faceplate En faceplate kan bestå av et eller flere vinduer som er koblet mot et blokkikon. Det er mulig å navigere mellom vinduene med en nedtrekksmeny. En faceplate brukes til å styre funksjonsblokker samt gi mer detaljert informasjon. En faceplate åpnes når det trykkes på blokkikonet. Faceplate lages ved hjelp av Faceplate Designer i WinCC Explorer. I Faceplate Designer er det mulig å velge faceplate type og hvilke vinduer typen skal inneholde. Siden både faceplate type, blokkikonets type og funksjonsblokkens navn er like, vil hver av kopi av funksjonsblokken generere tilhørende blokkikon og faceplate. Utseende til faceplate standardvindu 6, som vises i Figur 9-12, kopieres fra en eksisterende faceplate 7 for en magnetventil. Standardbildet for reguleringsventilen endres slik at det passer til funksjonsblokken REGVALVE, se Figur Det legges inn dynamisk visning av ventilens posisjon, visning av settpunktet til ventilen og manuell styring av ventilens pådrag. Figur 9-12 Faceplate for REGVALVE, vinduene standard og parameter Utfordringer Det viste seg å være en omfattende oppgave å lære alarmgenerering ved hjelp av SCL, men gruppen fant en alternativ løsning. Løsningen ble å programmere funksjonsblokken slik at den kan kombineres med en alarmblokk 8 fra PSC 7 biblioteket. 5 Ved absolutt adressering vil tag ene som brukes i parametrene ha samme navn som variablene med S7_m_c parameterne med punktum foran. Eksempelvis må det skrives.setpoint for å få tilgang til SETPOINT. 8 ALARM_8P blokken. IA

49 9 Programmering Blokkikonet som ble laget for funksjonsblokken, ville ikke genereres automatisk i WinCC. Dette fordi blokkikonet må kobles mot en type og servernavn. Løsningen ble å kopiere et eksisterende blokkikon i PCS 7 biblioteket 9 og endre type og servernavn til PCS7 regvalve Control. Deretter ble blokkikonet redigert slik at det passet funksjonsblokken. En annen utfordring var bruk av dynamikk i blokkikon og faceplate. For å lage dynamiske egenskaper i blokkikoner og faceplate, må det brukes absolutt adressering. I blokkikoner fungerte absolutt adressering kun i direkte koblinger. I faceplate kan absolutt adressering brukes i dynamiske koblinger i tillegg til direkte koblinger. Det er ikke funnet løsning på absolutt adressering i C-kode for blokkikon og faceplate. Det er heller ikke funnet løsning på dynamiske koblinger til blokkikoner. Gruppen antar at det er mer kode eller parametre bak type- og servernavnegenskapene siden det er den eneste forskjellen til blokkikonet som er laget fra bunnen. Det er ikke funnet noen litteratur om dette temaet, men de fleste hjelpefiler anbefaler å kopiere eksisterende blokkikoner og redigere de til eget bruk. 9.8 Opp- og nedkjøring ved bruk av SFC Det velges å bruke SFC til oppkjøring og nedkjøring av prosessanlegget. SFC for anlegget kan ses i Vedlegg W. Ved oppkjøring blir prosessen gjort klar for regulering. Dette gjøres ved å fylle tanken med varmt vann opp til 50 %. Det fylles varmtvann for å tømme mest mulig av vannet som ligger i rørene frem til anlegget og har blitt nedkjølt. Det velges å deaktivere alle PI- regulatorene i styresystemet i oppstarten av anlegget. På denne måten unngås det konflikt mellom SFC og regulatorene. Et eksempel på en slik konflikt er når både regulatoren og SFC prøver å bestemme pådraget til pumpen. PI- regulatorene blir aktivert når anlegget er i driftstilstand. Settpunkt til nivå, temperatur og pumpe blir satt til standard verdier. Samtidig velges enkeltsløyferegulering. Ved nedkjøring av anlegget deaktiveres regulatorene. Pumpen settes i manuell modus med et pådrag på 100 %, til nivået i tanken er -18 %. Da stoppes pumpen og det resterende vannet i tanken tappes ut gjennom ventilen HV Dette gjøres for å unngå at pumpen kjøres tørr. 9.9 Konfigurering av alarmsystem Alarmene i dette prosjektet konfigureres hovedsakelig på to måter. Den første er å bruke PCS 7 sine egne funksjonsblokker for styring og monitorering av prosessutstyret. Disse blokkene har egne alarmgeneratorer hvor alarmgrenser, hysterese, prioritet og alarmtekst settes i funksjonsblokkene. Den andre måten er å bruke ALARM_8P blokken. Denne blokken genererer IA

50 9 Programmering opp til åtte alarmer ved hjelp av logiske innganger med mulighet for konfigurering av alarmtekster. Ved valg av alarmer for prosessanlegget er alarmfilosofien lagt til grunn. Tabell 9-6 viser en oversikt over de konfigurerte alarmene for prosessanlegget. Tabell 9-6 Konfigurerte alarmer i PCS 7 Tag Prioritet Type Kriteri Verdi T1 4 Alarm Nivå over 95 % T1 3 Advarsel Nivå under 5 % T1 3 Advarsel Nivå over 90 % T1 4 Alarm Nivå under 10 % T1 3 Advarsel Under 20 % nivå, og røreverket går PT Advarsel Trykk under 0,2 bar PT Advarsel Trykk under 0,2 bar TT Alarm Temperatur over 50 C TT Alarm Temperatur under 25 C P1 3 Advarsel Pumpe går uten vann i tank TCV Toleranse Feedback avviker fra SP 10 % TCV Melding Dårlig feedback ikke 16#80 TCV Toleranse Feedback avviker fra SP 10 % TCV Melding Dårlig feedback ikke 16#80 I dette anlegget undertrykkes noen alarmer i opp- og nedkjøringsfasen. Alarmene undertrykkes ved å bruke en funksjonsblokk 10 som lager tilstander for prosessanlegget. Tilstandene benyttes for å avgjøre hvilke alarmer som skal være synlig i de forskjellige prosesstilstandene. Inngangene til denne blokken styres av SFC. Tabell 9-7 viser hvilke alarmer som undertrykkes i de forskjellige prosesstilstandene. 10 STATEREP IA

51 9 Programmering Tabell 9-7 Undertrykte alarmer ved opp- og nedkjøring av anlegget Tag Alarm Verdi Oppkjøring Drift Nedkjøring LZL Høy høy 95 % Undertrykket Synlig Undertrykket LZL Høy 90 % Undertrykket Synlig Undertrykket LZL Lav 10 % Undertrykket Synlig Undertrykket LZL Lav lav 5 % Undertrykket Synlig Undertrykket T1 Røreverk Undertrykket Synlig Undertrykket PT Lav 0,2 bar Undertrykket Synlig Undertrykket PT Lav 0,2 bar Undertrykket Synlig Undertrykket TT Høy høy 50 C Synlig Synlig Undertrykket TT Lav lav 25 C Undertrykket Synlig Undertrykket P1 Tomgang Undertrykket Synlig Undertrykket TCV Avvik ±10 % Undertrykket Synlig Undertrykket TCV Feedback 16#80 Undertrykket Synlig Undertrykket TCV Avvik ±10 % Undertrykket Synlig Undertrykket TCV Feedback 16#80 Undertrykket Synlig Undertrykket IA

52 10 Brukergrensesnitt 10 BRUKERGRENSESNITT Dette kapittelet tar for seg hvordan brukergrensesnittet i dette prosjektet bygges opp med fargerog symbolbruk, trender, alarmer, språk, samt mulighet for å eksportere data til skriver. HMI standarddokumentet, som gruppen laget i 5. semester [12], følges når brukergrensesnittet designes. Gruppens alarmfilosofi, Vedlegg J, benyttes som retningslinje ved alarmkonfigurasjon Bildestruktur Brukergrensesnittet bygges opp med en bildestruktur som vist i Figur Denne bildestrukturen genereres av SIMATIC Manager fra den hierarkiske strukturen til mappene i prosjektet. For hver av mappene i SIMATIC Manager som skal generere bilde i brukergrensesnittet, legges det til et bilde 11 i denne mappen. Bilder i undermapper vil genereres på et lavere hierarkisk nivå enn bildet i den overliggende mappen, se Figur Graphics Designer brukes senere til å tegne rør og tank, samt skrive tekst på bildene. Hovedbildet Tank Innløp Småtrend Figur 10-1 Bildestruktur i brukergrensesnitt Figur 10-2 Viser hvordan bildene fra mappestrukturen genereres i WinCC De fire bildene, se Figur 10-1, som brukes i dette prosjektet er: Prosessanlegg, Tank, Innløp og Småtrend. Bildet Prosessanlegg inneholder grunnleggende oversikt over prosessanlegget, det legges vekt på å gi en hovedoversikt over prosessens tilstand. I bildene tank og innløp er det detaljbilder av prosessanlegget med alle rør, ventiler, tanken, pumpen og rørverket. 11 Insert New Object Picture IA

53 10 Brukergrensesnitt Småtrendbildet viser trender av nivået og temperaturen i tanken, samt strømning ut av tanken. Se Vedlegg D for bilder av brukergrensesnittet. Det er valgt å bruke standardutseende for brukergrensesnitt i PCS 7. Dette utseende inneholder alarmvisning og standardmenyer for navigering mellom bildene, i øvre del av brukergrensesnittet. Programmenyen 12 er plassert i nedre del av brukergrensesnittet Generering av blokkikoner i WinCC Når OS kompileres vil alle funksjonsblokkene som generer blokkikoner, generere disse på bildene som ligger på samme hierarkiske nivå og på høyereliggende nivåer 13. I dette prosjektet vil derfor alle blokkikonene som genereres i Tank-bildet også genereres i Prosessanlegg-bildet. Blokkikonene for blant annet monitorerings-, motor- og regulatorblokker genereres fra PCS 7 biblioteket. Funksjonsblokkene som kan generere blokkikoner, har tilgang til OCM possible i egenskapen for funksjonsblokken som vist i Figur Figur 10-3 Blokkegenskaper En funksjonsblokk kan generere flere forskjellige blokkikoner. Forskjellen på blokkikonene er informasjonsmengde og orientering av prosessymbolet 14. Figur 10-4 viser et utvalg av forskjellige blokkikoner for samme funksjonsblokk. Tallet som vises bak blokkikonet skrives i 12 Inneholder endring av brukertilgang, alarmlister, mulighet for utskrift, trender, søke etter tag, kvittering av lyd, avslutt runtime med mer 13 Det er mulig å velge og ikke generere på høyereliggende nivåer 14 De forskjellige alternativene kan sees, ved å merke funksjonsblokken og trykke F1-tasten, i hjelpefilen for blokken. I hjelpefilen er blokkikonene for denne blokken plassert i: VlvL-Valve Controle and monitoring VlvL block icon IA

54 10 Brukergrensesnitt Create block icon, som vist i Figur På denne måten kan det velges hvilket blokkikon som genereres i WinCC. Figur 10-4 Blokkikoner for ventil 10.3 Fargebruk Prosessmediet følger fargekodingen til NORSOK standarden, hvor grønn er fargekoden for vann. Rør og tank er derfor farget grønn i brukergrensesnittet. Det er valgt å bruke en nøytral grønnfarge 15 som ikke tar for mye av operatørens oppmerksomhet. Ventilene og pumpen er grå i stengt tilstand, og grønn i aktiv tilstand Symbolbruk Symboler for pådragsorganer som benyttes i brukergrensesnittet, vises i Tabell Symbolene følger Norsk Standard NS 1438 og ISO ,2 og 4 [13]. Målinstrumenter og pådragsorganer har informasjonsbokser som viser tilstand og eventuelle alarmer. Tanken har en grafisk visning av nivå, samt en nivåmåler som viser nivået i prosent. I Figur 10-5 vises tanken, to måleinstrumenter, pumpen og en reguleringsventil heksadesimal fargekode IA

55 10 Brukergrensesnitt Tabell 10-1 Symboler brukt i brukergrensesnittet Symbol Bruksområde Magnetventil Reguleringsventil Pumpe M Motor Figur 10-5 Visning av prosjektets tank, måleinstrument, pumpen og en reguleringsventil 10.5 Trender Det lages et eget bilde i prosjektet hvor det vises småtrender. Småtrendene gir en grafisk femstilling av prosessens forløp, noen som gjør det enkelt for operatøren å se om prosessen er på vei mot en uønsket tilstand. I Småtrendbildet lages tre småtrender: et for nivå i tank, et for temperatur i tank og et for utløp av vann fra tank. Småtrendene viser prosessverdi og alarmgrenser. Alarmer indikeres med en blinkende rød ramme rundt småtrendbildet. Ved å trykke på rammen rundt trendbilde vil alarmlisten vises. Det opprettes archive tag for gjennomstrømningsmåleren på utløpet, nivå og temperatur i tanken. Dette gjøres for at historiske data skal vises når småtrendbildet åpnes. IA

56 10 Brukergrensesnitt 10.6 Alarmer Alarmer som er konfigurert i PLS programmet genereres automatisk i brukergrensesnittet. Den siste alarmen med høyest prioritet vises øverst i skjermbildet og i alarmlisten. Ved kvittering flyttes alarmer til en liste for kvitterte alarmer. Når alarmen er kvittert og alarmtilstanden opphører, flyttes alarmen til en historisk alarmliste. Alarmene i anlegget har en prioritet: kritisk alarm, advarselalarm og systemalarm. Lyd og varselsfarger til de forskjellige alarmprioritetene, vises i Tabell Tabell 10-2 Alarmprioriteter Alarmprioritet Prioritetsnummer Farge Lyd Kritisk 3 Rød Kontinuerlig tone Advarsel 2 Gul Støtvis tone System 1 Sort Pip Alarmer som er tiknyttet instrumenter, indikeres med en blinkende A som vist i Figur Figur 10-6 Blokkikon for trykkmåling med aktiv alarm I alarmsystemet til PCS 7 er det en loggingsfunksjon 16 for alarmer. Figur 10-7 viser en alarmliste for kvitterte alarmer. Figur 10-7 Alarmlisten for kvitterte alarmer i PCS 7 16 Inneholder: Dato, tidspunkt, prioritet, blokkadresse, alarmtekst, varighet, status, hvor feilen oppsto og maskinnavn IA

57 10 Brukergrensesnitt 10.7 Brukertilgang For å begrense tilgangen til enkelte brukere opprettes det brukergrupper. Det er valgt å dele inn i gruppene: Administrator, Observatør og Operatør. Hver av brukergruppene har en bruker som heter henholdsvis administrator, observatør og operatør. Passordet er det samme som brukernavnet. I WinCC Explorer settes det opp hvilken tilgang de forskjellige brukergruppene skal ha. Figur 10-8 viser hvilke rettigheter som er satt for de tre gruppene. Når dette er satt, vil tilgangen være begrenset i henhold til valgene. Men dette gjelder kun for blokkikonene som genereres fra SIMATIC Manager. Objekter og faceplate som gruppen selv oppretter, vil ikke ha noen krav til brukertilgang. Dette må bestemmes i Graphic Designer 17. Her velges det krav til brukertilgang for objektet, se Figur Betydningen av kravene er beskrevet i Tabell På denne måten unngås det at en bruker med observatørrettigheter endrer innstillinger eller kjører anlegget. Tabell 10-3 Beskrivelse av brukertilgangsskrav Funksjon User administration Authorization for area System change Monitoring Process controlling Higher process controlling Beskrivelse Hvis denne fullmakten er angitt, gis brukeren tilgang å gjøre endringer i User Administrator. Hvis denne fullmakten er angitt, gis brukeren tilgang til bilder fra de angitte områdene i systemet. Hvis denne fullmakten er angitt, gis brukeren tilgang til å foreta endringer i status, for eksempel å deaktivere runtime. Hvis denne fullmakten er angitt, kan brukeren observere - men ikke kontrollere prosessen. Hvis denne fullmakten er angitt, kan brukeren styre prosessen. Hvis denne fullmakten er angitt, gis brukeren adgang til å utføre kontrolloperasjoner som har permanent effekt på prosessen, for eksempel å endre grenseverdier for en kontroller. 17 Dette gjøres under Object Properties under Miscellaneous og authorization. IA

58 10 Brukergrensesnitt Figur 10-8 Brukergrupper IA

59 10 Brukergrensesnitt Figur 10-9 Krav for brukertilgang 10.8 Engelsk og norsk skjermtekst I PCS 7 er det mulig å endre språk på skjermteksten. Følgende språk er lagt inn som standard: engelsk, tysk, spansk, fransk og italiensk. Dette prosjektet er satt opp med valg mellom norsk og engelsk språk. For å legge til et nytt språk er det tre trinn som må gjennomføres. Det første trinnet er å legge til en ny språkkolonne i Text Library. Her er all tekst som genereres av PLS programmet tilgjengelig. Alle radene i kolonnen må oversettes til det nye språket. Det neste trinnet er å bytte tekst på alle objektene i brukergrensesnittet som har egenskapen tekst. Denne egenskapen henter tekst avhengig av hvilket språk som velges i brukergrensesnittet. Det siste trinnet er å redigere slik at det er mulig å velge det nye språket. I dette prosjektet er standardbildene i PCS 7 ikke oversatt til norsk, da dette er veldig tidkrevende Utveksling av informasjon med MS Office eller skriver I WinCC Runtime er det en egen knapp i nedre del av brukergrensesnittet som muliggjør generering av rapporter som pdf-fil. Under listes det opp tre rapporter og hva de inneholder av informasjon. Document User Administration for brukerinstillinger. ReportAlarmLogging RT OnlineMessagesNew for rapport over alle aktive alarmer. ReportAlarmLogging RT Aequence Archive for rapport over historiske alarmer. Det er mulig å overføre data til MS Office ved hjelp av OPC, men gruppen velger ikke å bruke tid på dette da rapportgenerering til pdf-fil fungerte godt. IA