Säätimen toteutus kiertovesiprosessiin Siemens S7-315F -logiikkayksiköllä

Abstract

Tämän opinnäytetyö tehtiin Kymenlaakson ammattikorkeakoululle. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli hyödyntää valmista vesiprosessia Kymenlaakson ammattikorkeakoululla ja suunnitella säätösovellus ohjelmoitavalla logiikkayksiköllä opetustarkoituksiin. Keskeisimpänä syynä työlle oli, että Kymenlaakson ammattikorkeakoululla ei ollut riittävästi säätöprosesseja opetuskäytössä. Vesiprosessi oli valmiiksi instrumentoitu ja johdotettu, joten siihen tässä opinnäytetyössä ei kiinnitetä huomiota.

Työn tavoitteena oli suunnitella toimiva säätösovellus Siemens S7-315F -sarjan logiikkayksikölle ja laatia valvomonäyttö Wonderware Intouch -ohjelmalla. Lähtökohtana oli, että vesiprosessin säädintä voidaan käyttää millaisena säätimenä tahansa. Koska säätösovellus tulee palvelemaan opetustarkoituksia, käyttöohjeiden laadinta oli myös osa työtä. Käyttöohjeet laadittiin logiikkasovelluksen käyttöönottoon, valvomonäytön käyttöönottoon, logiikkayksikön ja valvomonäytönvälisen yhteyden oikeiden asetusten määritykseen ja käyttöönottoon sekä valmiin säätösovelluksen operointiin.

Logiikkasovelluksen ja valvomonäytön laadinta suoritettiin kahdessa vaiheessa. Ensin esitetään teoriaa logiikkayksikön säätimen suunnittelusta ja säätötoimenpiteeseen vaikuttavista tekijöistä kattavasti, mutta lyhyesti. Tämän jälkeen pureudutaan säätösovelluksen suunnitteluun opinnäytetyön Siemensin logiikkayksikölle. Työssä esitetään myös teoriaa säätimen virityksen ongelmista ja kahden viritysmenetelmän käytöstä. Viimeisessä luvussa on esitetty opinnäytetyön PI-säätimen onnistunut viritys prosessikokeiden perusteella kahdessa toimipisteessä ja toimipisteiden ulkopuolisella alueella.

Opinnäytetyössä esitetty säätöteoria ja opinnäytetyön säätösovelluksen tulokset täydentävät toinen toisiaan. Opinnäytetyö säätösovellus osoittautui toimivaksi kokonaisuudeksi opetustarkoituksiin, koska teoriaan pureudutaan maltillisesti, mutta lyhyesti ja sitä verrataan käytännön työhön.

This thesis was made for Kymenlaakso University of Applied Sciences. The purpose of this thesis was to utilize a water circulation process at KyUAS and design a closed loop control circuit with programmable logic controller. The most essential reason for this thesis was, there wasn’t enough closed control loop circuits in educational use. The water circulation process was already wired and equipped with instruments, so wiring and equipping instruments to the process are not part of this thesis.

The subject of this thesis was to design a functional control loop controller for Siemens S7-315 -series programmable logic controller and design a user interface with Wonderware Intouch -program. The basic principle was the control loop controller can be used as any type of PID-controller. As the closed control loop will be used for educational purposes, the instruction manuals were made for implementation of closed control loop program, implementation of user interface, correct settings for data exchange and implementation of settings between programmable logic controller and Intouch user interface as well as operating manual of closed control loop.

The implementation and design of the the closed control loop circuit and Intouch user interface were done in two steps. First, introduce theory of designing a controller for programmable logic and introduce extensively, but briefly the factors that have an impact for the control action. After that comes designing and implementing of controller for Siemens programmable logic controller. In this thesis there are introduced problems of tuning a controller and also introduced two tuning methods for a controller. In the last chapter of this thesis there are represented the results of successful tuning of PI-controller, based on process exams in two pre-defined functional points of the process and outside of pre-defined points.

The results of this thesis and the theory of closed control loop circuits complement each other. The closed control loop turned out to be a functional application for educational usage, because the results of thesis are mirrored against theory.