1

91 KRL, 93 TD, 94 THA, 95 JV, 96 EH, 02 TL, 03 KG,

04 KG, 05 CCG, 07 TL, 09 KG, 10 KRS

TTK4175 Instrumenteringssystemer

Laboratorieoppgave

Motorstyring med

Albatross Integrated Multifunction 2000

(AIM 2000)

Oppgavetekst

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR TEKNISK KYBERNETIKK

THE NORWEGIAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

DIVISION OF ENGINEERING CYBERNETICS

TRONDHEIM

Utgave 12.2

2

Innledning

Lokalisering: D0041

I denne oppgaven skal prosesstyresystemet AIM-2000 benyttes. Dette er en

datamaskinbasert, distribuert prosesstyring og overvåkingssystem levert av Kongsberg

Simrad. Ved å konfigurere systemet skal en kunne styre og overvåke en enkel, trefase/

asynkron- motor tilknyttet en Siemens motorstartermodul. Hensikten med oppgaven

er å illustrere noen av mulighetene med AIM-2000 systemet, blant annet:

Innsamling av data. Innlesning, skalering og verifisering.

Monitorering av data. Kontinuerlig presentere måleverdier og statusvariable på

skjermen.

Styring av prosessen. Styre logiske signaler og forriglinger.

Håndtering av alarmer. Logge og presentere unormale prosesstilstander.

Logging. Kort- og langtidslagring av måleverdier og statussignaler, alarmer,

meldinger og operatørinngrep.

Oppgaven kjøres på prosessdatalabben i kjelleren. (D0041).

Dere må regne med å bruke minst. 7 timer på denne oppgaven.

Beskrivelse av AIM-2000 systemet

Denne beskrivelsen er ikke på noen måte ment å være fullstendig. For en mer

utfyllende beskrivelse henvises til manualene «MODULE USER MANUAL»

(funksjonsbeskrivelse av modulene i AIM 2000) og «AIM 2000 Systemkurs, januar

2000» som står på hyllen). Om disse skulle mangle så finnes denne informasjonen

også i den innebygde «Hjelp» funksjonen til systemet. Dette kan åpnes fra

verktøylinjen, eller høyreklikke på modulen man ønsker informasjon om og

velge «Additional information».

Systemet består av forskjellige typer stasjoner som kommuniserer med hverandre via

et kommunikasjonsnettverk. Stasjonene som er installert på labben er:

Prosesstasjonen (Skapet til venstre), kalt Process Station i AIM (PS)

Operatørstasjonen (PC), kalt Operator Station i AIM (OS)

3

Figur 1: Oversikt over AIM-2000 systemet og dets oppkobling

Prosess-stasjonen (PS)

Prosesstasjonen tar seg av det prosessnære arbeidet. Her avleses og settes inn- og

utgangssignaler, og nødvendig signalbehandling og lagring utføres. Prosesstasjonen

kommuniserer med andre stasjoner i systemet via kommunikasjonsnettverket.

Prosesstasjonen består av datamaskinen RCU502. I tillegg har den I/O-kortet

RMP422, som forbindes via et bakpanel. RMP422 har både digitale og analoge inn-

og utganger. I/O-kortet er på prosessiden koblet til et termineringskort. På dette kortet

gjøres all prosessrelatert signaltilpasning som for eksempel overspennings- og

strømbeskyttelse samt filtrering.

Fysisk vil denne stasjonen stå nær prosessen den behandler signaler fra, og gjerne

langt fra det sentrale kontrollrom. Den kan eventuelt stå i et lokalt kontrollrom hvis

dette finnes.

Redigering av PS skjer i AIM-OS. AIM-OS er et konfigurasjons- og

operatørgrensesnitt installert på en eller flere PCer. På laben er det kun en PC som

kjører AIM-OS. Redigering av OS krevet at dere velger ”System” og haker av for

4

”PS configuration”. I denne modusen kan IO konfigureres, koblinger mellom IO

enheter og moduler i systemet kan opprettes, og moduler kan legges til i Flow og

Prosess images (se neste avsnitt).

Oppsett av IO moduler og koblinger mellom moduler lages i hardware, ikke PCen.

For å lagre PS konfigurasjon til PCen må backup funksjonen i AIM-OS

benyttes. Backup av PS konfigurasjon utføres ved Operation PS operation Store

PS configuration.

Eksport av konfigurasjon:

Hvis dere ønsker å ta vare på konfigurasjonen (neste labgruppe vil overskrive den dere

nå har laget), må dere først huske å lagre endringer i bildene Motorlab og <trend>

(selvvalgt navn i slutten av oppgaven), deretter må dere huske å kjøre backup av PS.

Når dette er gjort må AIM lukkes, så benytte skrivebord Project management

eksporter konfigurasjon. Lagre output i mappen 001 på en egen minnepinne eller

lignende, og deretter slett den slik at ikke neste gruppe bare kan benytte seg av deres

arbeid.

Operatørstasjonen (OS)

Operatørstasjonen er utviklerens/operatørens vindu mot prosessen. Den brukes til overvåking, styring, konfigurering og simulering av prosessen. Den brukes også til

nedlasting av program og konfigureringsdata til prosesstasjonen, til logging av data på

masselager og til å utføre systemtesting.

På laben består OS av en PC med 3 nettverkskort. To av disse går via 2 stk

HUBer til prosesstasjonen. Fysisk bruker denne OS å stå i det sentrale

kontrollrommet, der den over nettverket er forbundet med en eller flere

prosesstasjoner.

Flow og Process Image

Generelt kan man si at OS konfigurasjonen beskriver hvordan tilstanden til systemet

(nivåer, alarmer, logikk, setpunkt med mer) skal presenteres til brukeren. Dette gjøres

med såkalte "Images", eller bilder på norsk. Hvert bilde er plassert i "AIM world

space". I det globale rommet befinner alle opprettede bilder seg. Hvert bilde "rammer"

inn moduler, hotspots og decorations i det globale rommet. Hotspots er klikkbare

områder (usynlig område over grafikk) som utfører funksjoner, typisk visning av et

annet bilde. Decorations er hotspot med grafikk som kan utføre funksjoner. Typiske

decorations er ActiveX objekter, command buttons, andre flow og process images.

Det finnes flere forskjellige type bilder. De viktigste er flow og process images. Et

flow image er en grafisk representasjon av prosessen og signalene mellom

funksjonsblokkene som beskriver den fysiske prosessen og kontroll av denne. Hvert

flow image er en modell som representerer konfigurasjonen og operasjonen av process

5

stations (PS), instrumentering og kontroll funksjoner i en gitt seksjon av prosessen. Et

process image er prinsipielt det samme som et flow image, forskjellen er at et process

image har bedre og utvidede muligheter for grafisk presentasjon. Videre finnes det

Trend Images for visning av tidsserier, web image for visning av websider og event

list image for visning av advarsler og alarmer.

For å opprette bilder må AIM-OS settes i OS configuration Mode. Dette gjøres ved å

velge System --> OS configuration Mode. Alle endringer i bilder må lagres. Dette

gjøres ved å velge <File> → <Save Image>.

Oppstart av AIM-2000 systemet

Se til at støpselet til prosesstasjonen er tilkoblet inne i skapet opp til høyre.

Se til at Sikkerhetsbryteren står i posisjon 1

Se til at nødstoppbryteren står i ytre posisjon

Kontroller at motorstartermodulen står i på-posisjon

Skru på skjerm og PC

Logg på maskinen med dpos/dpos.

På skrivebordet start Project Management.bat og følg anvisningene for å

importere et nytt Motorlab prosjekt (Velg først 1 for importer, så 2 for Motor,

og Enter for å bekrefte overskriving).

Reset RCU502 (se bilde 1 og 2)

Velg fra skrivebordet StartAIM_OS1 Online.bat

Logg inn på systemet med user: Simrad og password: simrad

Systemet vil bruke litt tid på å starte opp, og til slutt vil prosessbildet i figur 2

dukke opp. Fordi dere har kjørt en RESET på hardware kan det ta 2-3 minutter

etter at AIM-OS er ferdig lastet før kontakten med RCU502 er etablert. Bildet

i figur 2 vises ikke før denne kontakten er etablert (motorlab konfigurasjonen

lastes i bakgrunnen). Zoom evt. ut ett nivå hvis bildet ikke synes etter 2-3 min.

Det kan og hende kontakte vises, men alle er rød, da skal dere også vente og

den vil oppdatere seg når kontakt er oppnådd.

6

Bilde 1: Hardware moduler i skap AIM1000

Bilde 2: Plassering av RESET knapp på RCU502

RCU502

RMP422

7

Figur 2: Prosessbilde av motorlab

OBS! Dere må under ingen omstendigheter slette de modulene (Auto, 0 OR 1, Start,

Kontaktor og Motorvern) som finnes i motorlab konfigurasjonen ved første oppstart

(se figur 2). Hvis dere er uheldig, så kan dere avslutte AIM-OS, utføre importeringen

av motorlab igjen, og så kjøre RESET av RCU502 på nytt. Eventuelt kan

stud.ass./und.ass./vitass hjelpe dere.

Oppgaver

I oppgave 1 skal dere gjøre dere litt kjent med motoren, motorstartermodulen og

motorvernet. Oppgave 2 og 3 går på selve AIM-2000 systemet og konfigurasjon av

dette. Oppgave 2 er av typen ”ufullstendig kokeoppskrift”. Den er ment å være en

hjelp til å bli litt kjent med de viktigste funksjonene i menysystemet og konfigurering

av moduler. Mye av arbeidet vil bestå i å bla i manualer for å finne ut av hvordan

systemet fungerer. Det lønner seg å kjapt få en oversikt over hvor man kan slå opp i

manualen. Husk at man også kan høyreklikke modulen man vil ha mer informasjon

om og velge «Additional information» for å åpne en elektronisk manual direkte for

den modulen.

8

Del 1: Test av hardware

Slå på motorstartmodulen fra Siemens, og påse at nødstoppbryteren ikke er inne og at

sikkerhetsbryteren står i posisjon 1. På veggen over motorvernet henger det en tavle

med reléer og rekkeklemmer. Forsøk å tvangskjøre motoren ved å trykke inn blå

knapp på reléet lengst til venstre.

a) Hva skjer da med det midterste reléet og hva indikerer dette?

Sjekk om nødstopp- og sikkerhetsbryteren virker som de skal. Belast motoren ved å

bruke bremsen. Forsøk også å belaste motoren så mye at motorvernet slår inn.

b) Hva skjer med reléene nå?

Reset motorvernet ved å trykke på knappen ved det røde lyset på motorstartemodulen

(man må vente i ca. 1 minutt etter at motorvernet slo inn med å tilbakestille, det er

ikke mulig å tilbakestille før dette).

Figur 3: Motorstarter

Del 2: Konfigurering av Flow Sheet (image) og Trend (image)

Følgende momenter skal gjennomføres i del 2:

9

o Kobling av motorstyringsmodulens terminaler mot I/O-kort og brytermoduler i

henhold til kravspesifikasjon og tabell 1 og 2 (modul <plclg> må benyttes).

o Sette de rette parametrene i motormodulen.

o Legge til verdivisning for last og skalere denne hensiktsmessig.

o Kjøring av motoren ved hjelp av bryterpanelet borte ved motoren, og fra

operatørstasjonen (høyreklikk på motormodulen, velg <Start> og <Stop>).

Figur 4: Oversikt over modulene som skal konfigureres i denne oppgaven

Signaltype Channel Beskrivelse Tag

Analog og digital I/O

(RMP422)

1

2

3

4

5

9

20

Kontaktor ute/inne

Motorvern ute/inne

Start/Stopp-bryter bit-1

Start/Stopp-bryter bit-2

Start/Stopp-bryter bit-3

Start Motor

Motorbelastning

Kontaktor/ProMeas

Motorvern/ProMeas

Auto/ProMeas

0 OR 1/ProMeas

Start/ProMeas

Oppgave 2c

Last/ProMeas

Tabell 1: Oppkobling mot I/O-kort

a) Bli kjent med menyer og funksjoner

Gjør dere litt kjent med menysystemet, popup- menyer osv.

10

b) Legge til motorstyringsmodul

I bildet ”Motorlab”(startbildet): Sørg for at OS og PS configuration mode er huket av

under system. Høyreklikk på den grå bakgrunnen og velg <Add> → Module. Velg

<Module>- katalogen i katalogtreet. Finn ”motor_lt”. Flytt musen til ønsket plassering

og klikk venstre museknapp. En motorstyringsmodul med navn ”motor_lt” (samme

som blokktypens navn / algoritmenummer) blir opprettet. Dere kan finne ut hva

modultypens navn er ved å høyreklikke på modulen og velge <Module Data>. I

dialogboksen som kommer opp kan modultypens navn avleses i boksen <Algorithm

number>. Dobbeltklikk på navnet ”motor_lt” under objektet dere nettopp la til, og

endre navnet til ”Motor”. Oppsett av modulen gjøres senere i oppgaven.

c) Implementering av styringslogikk

Bryteren borte ved motoren (Lokalt bryterpanel med stillingene Auto, 0, 1 og Start)

skal gi følgende funksjonalitet:

Auto Motorstyringsmodulen skal settes i intern modus. Motoren skal kunne

startes fra operatørstasjonen (ved hjelp av motorstyringsmodulen).

Operatøren skal ikke kunne sette motormodulen i ekstern modus.

0 Motormodulen skal settes i ekstern modus og stoppe motoren dersom

den er i gang. Ny startordre fra operatørstasjonen skal blokkeres.

Operatøren skal ikke kunne sette motorstyringsmodulen i intern modus.

1 Motormodulen skal fortsatt stå i ekstern modus. Operatøren skal ikke

kunne sette motorstyringsmodulen i intern modus eller starte og stoppe

motoren.

Start Motoren skal starte ved å vippe bryteren i Start. Motoren skal fortsatt gå

når den slippes tilbake i stilling 1. Operatøren skal ikke kunne sette

motorstyringsmodulen i intern modus eller stoppe motoren.

Før styringslogikken kan implementeres må dere sjekke at de ulike

bryterstillingene gir bitkombinasjonene som er gitt i tabell 2 (I/O kortene

er tilgjengelige i I/O kort bildet):

Bryterstilling Bit 1 Bit 2 Bit 3

Auto

0

1

Start

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

Tabell 2: Bryterkonfigurasjon

11

Dere må selv finne ut hvilke logisk(e) funksjon(er) dere trenger (logikkmodul, legg

denne/disse til på samme måte som motormodulen), og koble sammen alle modulene i

henhold til oppgitt funksjonalitet.

Tips:

o Se nøye på de forskjellige parameterinnstillingene og terminalene til modulene og

hva de lar dere gjøre. (Høyreklikk modul -> Parameter View) Vær spesielt

oppmerksomme på funksjonaliteten til digitale målemoduler.

o Motorstyringsmodulen er avhengig av tilbakemelding fra kontaktoren, slik at

modulen vet om motorstrømmen er slått på eller ikke.

d) Kobling av motormodul mot digital utgang (RMP422)

Dere skal nå koble motorstyringssignalet til motor_lt til oppgitt kanal på RMP422 (se

tabell 1).

Dere må selv finne ut hvilke terminal (utgang) i fra motor_lt som skal kobles til

RMP422 kortet. Studer Module User Manualene.

Navn på terminal skal oppgis i labrapporten

Tips:

o Trykk på ”Process Bus IO image-” knappen på verktøylinjen. Dere får nå opp et

vindu som viser I/O kortet vi har installert. Klikk på kortet for å få opp et bilde

med oversikt over inn- og utganger.

o For å koble sammen en terminal til en modul og en kanal på et I/O kort må man

angi Tagnavn (navn på modulen) og Terminalnavn (navn på utgang i fra

modulen). Formatet er Tagnavn/Terminalnavn

o Det skilles mellom STORE og små bokstaver i Tagnavn og Terminalnavn

o Hvis man dobbelklikker på en celle i kolonnen Connection får man opp en dialog.

I denne dialogen kan man skrive inn Tagnavn og trykke Enter. Hvis tagnavnet

eksisterer vises det en popupliste med alle tilgjengelige Terminalnavn for oppgitt

tagnavn. Velg terminalen og klikk ”Connect” ”OK”

e) Test av styringslogikk

Sjekk at styringslogikken fungerer korrekt, ved å teste ut alle bryterposisjonene.

Forsøk også å starte motoren fra operatørstasjonen i de forskjellige bryterstillingene.

Tips:

o Hvis dere slår av og på motoren raskt flere ganger etter hverandre, kan

motorstyringsmodulen gå i feiltilstand (rød). Da kan man høyreklikke, operate

Reset.

12

f) Konfigurasjon av målemodul for motorbelastning

Målemodulen «Last» skal være konfigurert til å måle belastningen på motoren (koblet

til I/O kort).

o Skaler målesignalet i Parameter View(bruk sunn fornuft).

Hint: Parametrene Gain, Bias og Transformation

o Presenter måleverdien (bruk en Verdifremvisning) på en hensiktsmessig måte

(grafisk søyle, tallverdi eller lignende). Før man får lov til å legge til et verdifelt,

må en lage en uspesifisert alarm for den aktuelle variabelen. Dette gjøres under

module <Alarm Limits…>. Her velger dere parameteren, og trykker <Create

Alarm> og <Apply>.

o For å legge til et verdifremvisningsfelt markerer dere ”Last”, høyreklikker på

bakgrunnsbildet, velger <Add> <Value Display> og velger riktig parameter.

Feltet testes ved å kjøre igang motoren og belaste den middels tungt. Systemet

bruker noen sekunder før verdien vises på søylen.

o Målemodulen skal logge (historisk) motorbelastning over tid (opprett en tidsserie

for målemodulen: Merk ”last” og velg under module <Time Series>. Deretter

ProMeas og New. Huk av for ”historical storage enabled”). Denne loggen skal

benyttes senere i oppgaven.

g) Trendkurve

o Lag en ny trendkurve under fileNew image, og konfigurer den til å måle

motorbelastningen. Trendkurver er beskrevet i hjelpeprogrammet/permen ”AIM

Userguide” og permen ”AIM2000 Systemkurs januar 2000”. Hint: Pass på at navn

på akseparametere må skrives inn eksakt på formen xxx/xxx/PRIM.

o Kjør motoren med ulik belastning (bruk bremsen), og se at signalet endres.

o Hva vil skje hver gang vi går ut og inn av trendbildet (f. eks. Trend → Motorlab

→ Trend) hvis vi ikke oppretter en tidsserie for målemodulen?

h) Alarmer

Legg inn alarmer med angitt prioritet for følgende situasjoner:

o Motorvernet har slått inn. (Høy prioritet)

o Start/Stopp- bryteren står i annen stilling enn Auto. (Lav prioritet)

13

o Belastningen på motoren overstiger en viss grense. Bestem selv en fornuftig

grense. (Lav prioritet)

Del 3: Evaluering

Vi ønsker en tilbakemelding på laboratorieoppgaven. Vennligst svar på følgende

spørsmål og lever til undass eller vitass (epost).

a) Vurdering av oppgaveteksten

o Teoridel: For lite, for mye, for dårlig forklart?

o Arbeidsforskrift: For detaljert, annen rekkefølge?

o Trykkfeil: Fant dere noen?

b) Helhetsvurdering

o Hva har dere lært?

o Noe dere savnet?

o Fungerte utstyret tilfredsstillende?

o Hvor lang tid brukte dere?

Godkjenning og etterarbeid

For å få laboppgaven godkjent kreves en kortfattet rapport som inkluderer:

o Svar på spørsmålene i del 1, 2 og 3

o Skjermbilder fra del 2, samt forklarende tekst

Ta ut de viktigste skjermbildene som viser de forskjellige bryterposisjonene med

resulterende motortilstand (intern/ekstern, start/stopp), lastverdipresentasjon, alarmer

og trendbildet. For å vise de forskjellige tilstandene til styringslogikken, bør dere

knytte verdifremvisningsblokker til sentrale innganger og utganger på de enkelte

modulene.

For å avslutte laben trykk File->Exit og vent til scriptet avslutter alt.