Полунатурное моделирование на КПМ РИТМ (Управление задвижкой по Modbus)¶

Введение¶

В этом примере рассматривается моделирование трубопроводной задвижки с электроприводом на комплексе полунатурного моделирования РИТМ (КПМ РИТМ), при этом приём-передача данных между оператором и моделью Engee осуществляется по протоколу Modbus TCP.

Описание модели¶

Модель этого примера - test_SUI.engee. Объект управления - трубопроводная задвижка с электроприводным управлением, которая заключена в активируемой подсистеме Valve. Сигнал активации enable равен единице при наличии напряжения в цепи питания задвижки (сигнал VoltageOK), корректной фазировке питающего напряжения (сигнал PhaseOK) и отсутствии управляющего сигнала на останов задвижки. Входные сигналы для подсистемы - сигналы на открытие open и закрытие close задвижки. Одновременная подача этих сигналов блокирует изменение положения задвижки. Для подачи сигналов на открытие/закрытие также необходимо наличие питания в цепях управления. Сигнал проверки наличия питания имитируется блоками CO_OK и CC_OK соответственно.
В модели примера реализуется два режима работы - тестирование задвижки моделированием в Engee и работа на КПМ РИТМ в режиме жесткого реального времени. За переключение между режимами отвечает переменная mode. В случае mode = 1 сигналы на открытие/закрытие задвижки поступают от блоков Test_open и Test_close, сигнал на останов - от переменной stop, а при mode = 0 управляющие сигналы поступают от периферийных блоков Modbus TCP. Переменная stop по умолчанию равна "0". Переменные режима и останова заданы в обратных вызовах, функция PreLoadFunc.

На выходе подсистемы задвижки снимаются и выводятся по Modbus TCP сигналы:

состояния задвижки: opened (открыто) и closed (закрыто),
включения магнитных пускателей открытия/закрытия: MPO (МПО включен) и МПЗ (МПЗ включен),
срабатывания моментных выключателей открытия/закрытия: MVO (МВО сработал) и MVZ (МВЗ сработал).

Сигнал Valve_position (положение задвижки) также снимается на выходе подсистемы, но не выводится по Modbus TCP.

Помимо упомянутых сигналов, по Modbus TCP также выводятся сигналы VoltageOK, PhaseOK, CO_OK и CC_OK.

Блоки периферии Modbus¶

Для передачи данных по Modbus TCP в примере используются следующие периферийные блоки КПМ РИТМ:

Modbus TCP Setup - для настройки соединения с сервером,
Modbus Read Coil Status - для чтения регистров флагов,
Modbus Write Coils - для записи битов.

В блоке настройки соединения установлены IP-адрес и номер порта, время ожидания ответа и количество попыток переподключения. Параметр "Идентификатор сервера" устанавливается одинаковым для всех периферийных блоков и может быть использован для реализации работы с несколькими серверами Modbus.

В блоках чтения регистров флагов устанавливается начальный регистр чтения и количество регистров для чтения. В примере эти блоки передают в модель команды на открытие/закрытие и останов задвижки, записанные в регистрах по адресам 863, 864 и 862 соответственно.

В блоках записи битов устанавливаются начальный адрес и количество битов для записи из модели. В примере модель формирует биты для записи в регистры по адресам 1681 - 1688, 1572 - 1573.

Подсистема объекта управления¶

Активируемая подсистема задвижки Valve представлена на рисунке ниже.

Работа задвижки имитируется линейным инерционным элементом с ограничением valve_state. Так, при подаче сигнала на открытие/закрытие задвижки она открывается/закрывается за 1 секунду. Состояние "0" соответствует положению "открыто", а "1" - "закрыто". Начальное состояние - "закрыто". В подсистеме также производится имитация работы моментных выключателей (Блоки MVO и MVZ). Состояние "1" соответствует нормальной работе задвижки, а "0" - перегрузки по моменту и неисправности. Кроме этого, в подсистеме проверяются конечные состояния задвижки.

Моделирование в Engee¶

Загрузим и выполним модель примера.

Путь_примера = "$(@__DIR__)";
Имя_модели = "test_SUI";
Путь_модели = joinpath(Путь_примера, Имя_модели*".engee")

if Имя_модели ∉ getfield.(engee.get_all_models(), :name)
    engee.load(Путь_модели);
end

модель = engee.run(Имя_модели);

Получим переменные модели для построения.

время = модель["valve_position"].time;
открытие = модель["test_open"].value;
закрытие = модель["test_close"].value;
положение_0 = модель["valve_position"].value;
открыто_0 = модель["opened"].value;
закрыто_0 = модель["closed"].value;

длина = length(положение_0)
положение = Vector{Float64}(undef, длина)
открыто = Vector{Float64}(undef, длина)
закрыто = Vector{Float64}(undef, длина)

for i in 1:длина
    положение[i] = положение_0[i][1]
    открыто[i] = открыто_0[i][1]
    закрыто[i] = закрыто_0[i][1]
end

Построим графики открытия и закрытия задвижки - выведем сигналы тестирования открытия и закрытия, положения задвижки и конечных состояний.

using Plots
gr(size=(1000,300), xlims = (0,10))

график_1 = plot(время, [открытие, положение, открыто]; title = "Открытие задвижки")
график_2 = plot(время, [закрытие, положение, закрыто]; title = "Закрытие задвижки")
plot(график_1, график_2; layout = (1,2), label = ["Сигнал" "Положение" "Состояние"])

Как видно из графиков, модель задвижки отрабатывает открытие и закрытие с заданной инерционностью.

Работа модели на КПМ РИТМ¶

Перед началом выполнения модели на КПМ РИТМ нужно убедиться в корректности подключения, после чего перейдём в режим интерактивного выполнения модели.

Рассмотренная модель выполняется на КПМ РИТМ в режиме реального времени в течение 100 секунд. В процессе работы модели происходит обмен данным по Modbus TCP с симулятором ModbusPal.

Запись работы модели задвижки на РИТМ приведена в анимации ritm_valve_record.gif.

При подаче сигнала открытия по тегу 863 устанавливается бит по тегу 1683, что свидетельствует о включении магнитного пускателя открытия задвижки. При этом положение задвижки изменяется. Через 1 секунду устанавливается бит по тегу 1681, что говорит о полном открытии задвижки. При подаче сигнала на закрытие задвижки по тегу 864 сначала устанавливается бит по тегу 1684 магнитного пускателя, а через 1 секунду срабатывает концевой выключатель закрытия, устанавливая бит по тегу 1682. При подаче сигнала на останов задвижки (тег 862) работа задвижки блокируется, и подача сигналов на открытие/закрытие не приводит к каким-либо эффектам.

Вывод¶

В примере была рассмотрена модель Engee для трубопроводной задвижки с электроприводом, выполняемая на КПМ РИТМ в режиме реального времени. Управление задвижкой и считывание её состояний осуществляется по протоколу Modbus TCP.