Моделирование объекта управления и связь модели с симулятором ПЛК

Сообщение **Strohmann** » 18 май 2016, 06:36

Добрый день, товарищи.
Интересно, использует ли кто-то модели объекта управления при разработке и проверке системы управления? Если да, то какое программное обеспечение используется? Насколько целесообразным вы считаете использование моделирования при проектировании системы управления?
Я, например, при работе с SIMATIC использую простенькую связку Process Simulator и PLCSim(к сожалению, не смог организовать связь с "новым" PLCSim для 1200/1500 серии). Это существенно облегчает и ускоряет отладку и проверку как программной части, так и визуализации.
Уверен, что использование более продвинутых средств моделирования (тот же MATLAB Simulink, интеграция с которым обещана в TIA Portal v14) даст еще больше преимуществ.
Сложные модели, конечно, требуют больших ресурсов на разработку, но дают и немалую выгоду, в том числе, открывая дорогу к созданию тренажеров для операторов. Наличие такого тренажера, вероятно, может стать уникальным преимуществом проекта, оправдывающим затраты на создание модели.
P.S.: на сименсовском форуме стоит тишина, возможно здесь дискуссия будет пободрее?

Сообщение **Jackson** » 18 май 2016, 11:26

Strohmann писал(а): Интересно, использует ли кто-то модели объекта управления при разработке и проверке системы управления? Если да, то какое программное обеспечение используется? Насколько целесообразным вы считаете использование моделирования при проектировании системы управления?

Использую я и наши заказчики. Модель является неотъемлемой частью РСУ. С её помощью можно, во-1-х, определить возможность реализации поставленной задачи на этапе согласования ТЗ, и, во-вторых, можно полностью проверить (и сдать надзорным органам) оборудование до того, как оно покинет сборочный цех. На объекте ПНР занимает не больше часа-двух и предъявлять надзорным органам фактически уже нечего - экономия налицо.

Отправлено спустя 1 минуту 49 секунд:
А в-3-х, я пользуюсь этими моделями ежедневно, оказывая тех.поддержку: намного проще посмотреть как работает живьём, чем рыть документацию (хотя документацию читать тоже надо) и рассуждать теоретически. Бывает и потенциальные заказчики приезжают со своим заданием - собираем для них АСУ, тестируем, если всё нравится - покупают.

Сообщение **Strohmann** » 18 май 2016, 13:29

Насколько я понимаю, Вы занимаетесь энергетикой и судовыми системами(притом, не гражданскими судами)? Насколько сложные модели используете? Возможно ли оценить время затрачиваемое на их разработку(Предполагаю, что развитие шло эволюционным путём и сложная модель строится из простых "кирпичиков")? Можете немного подробнее рассказать о применяемых Вами моделях, используется какая-то специализированная среда моделирования или модель обрабатывается средствами ПЛК?
В общем, буду рад любой информации и совету.

Сообщение **Jackson** » 18 май 2016, 19:16

А Вам зачем? Точнее - с какой целью Вам необходимо моделирование?

Мне поделиться не жалко, но от цели вопроса зависит форма ответа.

Вообще то более или менее качественная модель, с которой уже можно работать, в разы (а то и на порядок) сложнее самой системы асу. Так что делаются они (модели) либо в примитивном виде, либо только по очень большой и подкрепленной соответствующими деньгами просьбе заказчика.

Сообщение **Strohmann** » 19 май 2016, 04:59

Наша небольшая организация занимается проектированием металлургических печей и единичных установок, решающих специфичные задачи (как правило, исходящие от одного крупного предприятия). Все объекты являются ОПО, разной степени паршивости.
Моделированием я интересуюсь факультативно и пока могу уделять развитию в этой области не так уж и много времени (ибо и в области АСУТП мне еще многое предстоит изучить). Я вижу несколько применений для моделирования.
Первая цель, частично достигнутая мной - создание примитивных моделей для отработки алгоритмов и операторского интерфейса (в рамках этой цели я бы хотел узнать, какими средствами моделирования и симуляции пользуются коллеги. Особенно интересна связь модели с Simatic PLCSim).
Вторая цель, достижение которой требует уже гораздо больше ресурсов и знаний - создание моделей, ведущих себя адекватно реальному объекту. Это позволило бы существенно сократить срок ПНР. Модели попроще позволили бы отрабатывать более сложные алгоритмы, провести первичную проверку и настройку регуляторов. Комплексные модели уже могли бы выступать в качестве тренажеров для операторов (что помимо повышения качества обучения, влечет за собой коммерческую выгоду).

Сообщение **Jackson** » 19 май 2016, 16:45

Alex question писал(а): Вообще то более или менее качественная модель, с которой уже можно работать, в разы (а то и на порядок) сложнее самой системы асу. Так что делаются они (модели) либо в примитивном виде, либо только по очень большой и подкрепленной соответствующими деньгами просьбе заказчика.

Это Вы говорите про модель вообще. Сделать полную качественную модель объекта действительно не проще чем сделать сам объект, а нередко и сложнее. Поэтому даже иной раз делают натурные модели, то есть те вещи, которые моделировать заметно сложнее и дороже чем иметь реальный такой элемент - эти вещи делаются реальным элементом.

А в общем случае, я уже задавал главный вопрос. Перед тем как создавать модель, необходимо четко определить: какова цель моделирования. Какие именно характеристики объекта нужно воспроизвести моделью, а какие значения не имеют и должны быть просто опущены. Если Вы будете воспроизводить в модели абсолютно все характеристики объекта - скорее всего, эта модель выйдет дороже чем просто купить объект.

Приведу свой пример. Например наш тренажёр я уже описывал - viewtopic.php?f=60&t=5107
На фото представлен береговой тренажёр, хотя больше всего таких тренажёров мы изготовили морских, а там важна ещё и эргономическая составляющая, поэтому внешний вид и функционал выполнялся точно также, как если бы это был обычный морской ГРЩ (ни вид, ни оборудование, ни схема и ни её работа не отличаются от морского ничем, есть и поручни и внешняя подсветка). Если интересно то поищу фото.
Так вот главное - понять, что именно мы хотим промоделировать. В случае с электростанцией это может быть модель в которой не важны переходные электрические процессы, а важна только логика управления. А может быть это модель, в которой важно увидеть именно физику процесса со всеми переходными процессами.

[+] реализация: Реализовано это следующим образом:

1. Модель логическая, где важна только логика управления, реализована исключительно программно. Контроллеры управления (именно те что ставятся на реальных судах) уже имеют эту мат.модель в своём составе, остаётся просто переключить измерительные цепи и цепи входов из режима реального измерения в режим моделирования, когда внешние сигналы (дискретные и аналоговые) можно задавать с помощью сервисного ПО. В такой модели совершенно неважно, как отреагируют генераторы на наброс нагрузки, как будет нарастать возбуждение генератора при его пуске, что будет с напряжениями и частотами при изменениях нагрузок. Эта модель предназначена для отработки стратегии и тактики управления. Кроме управляющих контроллеров не требуется больше ничего. Причем, после отладки алгоритмов контроллеры просто переключаются обратно в режим реальной работы и можно запускать весь объект на котором они стоят.

2. Модель физическая, по сути представляет собой настоящую электростанцию, которая состоит из генераторов сверхмалой мощности. У нас это мотор-генераторы по 0,5 кВт, трёхфазный синхронный с регулятором напряжения, приводной двигатель - асинхронник, питаемый от ПЧ. Весь этот агрегат ведёт себя как обычный генератор: понимает команды пуск, стоп, аварийный стоп, управление оборотами и напряжением, а в силу малой мощности он умещается прямо внутри щита и питается от обычной розетки. Активная нагрузка - резисторы, реактивная нагрузка - конденсаторы и маленькие электродвигатели (обычные асинхронники). По сути, взяли схему живого ГРЩ и уменьшили токи в 1000 раз, соответственно уменьшились коммутационные аппараты главного тока и исчезли шины. В остальном - никаких отличий больше нет. Сделать полноценную математическую модель генераторов - тоже вполне можно, но она достаточно сложная и, самое главное, ненаглядная. Например живые генераторы позволяют вживую увидеть все переходные процессы, выполнить синхронизацию, устроить несинхронное включение и посмотреть как это выглядит: при включение в полной противофазе, как максимум, сгорит регулятор напряжения, который легко заменить, но в обычной жизни я для демонстрации устраиваю включение при рассогласовании фаз где-то 60-80 градусов, не больше - генераторы спокойно это выдерживают, но удар чувствуется. Попробуйте-ка устройте несинхронное включение на настоящих агрегатах - для начала, никто не разрешит, а ремонт может стоить столько что Вы, Ваши дети и Ваши внуки будут за это расплачиваться. Видны просадки напряжения, можно устраивать перетоки мощности и смотреть как на них реагируют как генераторы так и автоматика. Наверное и на математической модели можно устроить несинхронное включение, но ненаглядно и поэтому бессмысленно. А так, я видел полную мат.модель электростанции (тоже со щитом и приборами), изготавливала одна Петербургская фирма - она намного дороже реальной, сложнее, потребовала наличия ещё и комплекса оборудования, который эту модель обеспечивает, трудоемкость создания такой мат.модели намного больше чем физической (мотор-генератор с ПЧ просто купил и привинтил, а над мат.моделью генератора программистам долго корпеть, а труд их весьма дорог).

В работе пользуюсь обоими моделями, как программной так и физической, чаще программной - она не шумит, меньше потребляет, да и вопросы чаще по сратегии и тактике управления, а не по поведению всей станции в целом. Когда нужно посмотреть (скорее "почувствовать") поведение - включаю физическую. И для демонстрации работы заказчикам тоже эффектнее использовать физическую - сразу всё понятно, не картинки с экрана смотришь, а реальную станцию видишь.

Для нас, трудоёмкость разработки мат.модели - 0 рублей 0 копеек, т.к. модель уже входит в комплект управляющих контроллеров, которые мы поставляем, для морских объектов она бесплатна, для береговых - программная опция, которая стОит небольших денег.
Стоимость нашего морского тренажёра тоже могу озвучить, это не секрет. Срок изготовления - порядка 12 недель.