master gsi1 industrielle informatique ii: supervision travaux

Master GSI – Informatique Industrielle II – Supervision 2011-2012 1/17

MASTER GSI1

Industrielle Informatique II: Supervision

Travaux Pratiques 2011-12

TP1 : Présentation d’InTouch

Introduction

InTouch, de Wonderware est une interface IHM graphique des données d’usine et de procédé. Il permet de mettre en oeuvre et déployer des applications de dialogue homme-machine sous Windows, totalement distribuées et intégrées avec les autres applications de la suite Archestra: automatisation, traçabilité, historisation des données, pilotage de Batch et visualisation via Internet.

Il saisit, affiche et archive des données de procédé et les présente à l’opérateur, idéalement dans un format facile à utiliser. C’est un puissant interface opérateur qui prend des données des dispositifs de contrôles/commande (API, capteurs intelligents, etc…) et les affiche pour qu’elles soient utiles à un opérateur. On retrouve les applications d'InTouch dans tous les environnements industriels : industrie manufacturière, process ou tertiaire, pour le contrôle-commande, la supervision ou l'acquisition de données, etc.

InTouch, tout en étant puissant, demeure simple à utiliser une fois qu’on comprend les concepts de base.

Pour ouvrir ce logiciel, il est suffit de double-cliquer sur le bureau le raccourci de ou en cliquant démarrer→Tous les programmes →Wonderware Factory Suite -->InTouch, comme illustré dessous :

Environnement d’InTouch

Intouch compose principalement de 3 parties : Application Manager, Window Maker et Window Viewer.

1). Application Manager (gestionnaire d'application) : il nous permet de créer une nouvelle application ou d’organiser les applications crées (gestion des répertoires, des paramètres globaux...)

2). Window Maker : il nous permet de développer l'application : la base de données temps-réel, les fenêtres d’animation en utilisant les objets graphiques et leur paramétrage.

3). Window Viewer : c’est l'environnement d’exécution, avec la visualisation dynamique des fenêtres graphiques crées dans Window Maker. Il exécute les QuickScripts, l'historisation des datas, les liens client-serveur DDE, les protocoles de communication SuiteLink. Il lance les alarmes, gère les recettes et les Batch de procédé (fabrication par lot)


Démarrage/ouverture d'un projet

Création d'une application

Dans l'application Wmanager il faut préalablement créer une application.

Création d'une fenêtre synoptique dans Window Maker

Intouch est un outil graphique, il faut créer une modélisation graphique du processus à l'aide des outils de création d'objet. Pour ceci, on crée tout d’abord, un nouveau Windows à partir de Window Maker :

Une application peut comprendre plusieurs fenêtres (appelées synoptiques de supervision).

Le changement de fenêtre se fera par programmation (bouton de commande).

Création d'objets graphiques dans une fenêtre

- Les outils de création d'objet sont illustrés comme suit :

Sélectionner les modes

dessiner les formes texte

figure Button

aligner les positions

changer les plans espaces

faire ou défaire (grouper/dégrouper) un objet, une cellule


New application Find applicationWindow Maker

définir le nom

choisir les propriétés initiales

changer les orientations


Exemple :

Pour créer une vanne qui remplit une cuve:

1.Créer un triangle a l'aide de l'outil de dessin

2.Dupliquer l'élément graphique par …3.Inverser géométriquement l'un des dessins 4.Positionner les deux triangles bout à bout, on obtient le symbole

d'une vanne.5.Grouper (Make Cell ou Make Symbol) les deux entités de dessin

pour former un objet unique, grâce à l’outil Ainsi on obtient très rapidement ce résultat:

Outils "Wizard" :

De nombreux objets industriels ont une représentation graphique conventionnelle. Ces éléments pré-dessinés sont stockés dans une bibliothèque livrée avec le logiciel. Cette bibliothèque est

accessible par le bouton Wizard du menu général.


Il suffit de sélectionner un élément élément par double-clic pour le recopier dans la fenêtre en cours d'édition. L'objet est redimensionnable lors de sa mise en place. Une bibliothèque supplémentaire est contenue dans Symbol Factory .

Ces éléments graphiques permettront de donner un aspect professionnel à l'application.


Définition des tagnames(base de données des variables)

Un tagname est une variable sous Intouch. Ces variables peuvent ensuite être appliquées à des objets pour définir leurs paramètres/propriétés mais aussi utilisées dans des scripts et des protocoles de communications.

Chaque tagname doit être définit selon un type (booléen, entier, réel, chaînes, etc..), ses propriétés spécifiques(variable interne, système, I/O, groupe d'appartenance, limites, unités )

Pour les tagnames I/O, il faut décrire le lien logique et/ou logique qui relie le tag au matériel ou à une application externe ( DDE ou le serveur Galaxy )

Paramétrage d'un élément graphique :

Pour attribuer une propriété dynamique à un élément graphique, il suffit d'un double-clic sur cet élément.

.

exemple : on sélectionne l'option « Fill Color » et on déclare la variable qui influencera ce changement de propriété.

exemple : affectation de la propriété la variable « Vanne1 » et lorsqu’elle sera à 0 la vanne sera de couleur verte et quand « Vanne1 » passera à 1 la vanne sera de couleur marron.


La propriété "Fill Color" appliquée avec une variable analogique applique une fonctionnalité de remplissage. Elle est tr-s utile pour simuler un réservoir.Script

Intouch propose de programmer le séquencement des variables via son module "script". Un script est un élément de code (procédure) de type événementiel . Les principaux événements sont :

- ouverture et fermeture de l'application

- exécution périodique

- changement de valeur d'une variable

- réalisation d'une condition à partir d'une combinaison des variables

Exemple la vanne changera d'état toutes les 5 secondes. On peut ainsi simuler le fonctionnement d'un processus ou programmer certaines commandes.

Window ViewerPour lancer l’exécution d’animations d’objets, on clique sur le menu principal de Window

Maker de la position droite : Runtime !


La visualisation du processus ce fait avec l'application Viewer.

Exercices de base :

Compléter le synoptique précédent en mettant un bouton bascule industriel pour une commande de type marche/arrêt . Faire interagir cette commande avec le fonctionnement de l'animation.

Afficher la valeur de la variable de commande sous forme textuelle (saisir le texte "#" et mettre la propriété "user input" ). Commenter le fonctionnement lorsque l'utilisateur clique sur la valeur.

Créer une variable analogique "niveau" , l'afficher par un texte ("###.#") avec saisie opérateur et par un afficheur de votre choix (modèle simple puis modèle Symbol Factory. Commenter le mode de fonctionnement lorsque l'utilisateur clique sur la valeur. Fixer la valeur avec un curseur puis par deux boutons ("+" et "-"). Afficher le graphe temporel de cette variable.

Travail de synthèse à effectuer :

On souhaite réaliser la simulation d'un mélangeur à préparation de chocolat liquide comprenant trois entrées :

- une entrée de chocolat liquide- une entrée de lait- une entrée de sirop de sucre

Chaque entrée est contrôlée par une vanne qui pourra être commandée en mode manuel ou automatique. Un débitmètre totalisateur est associé à chaque entrée, avec une remise à zéro globale pour les 3 matières.


Le mélangeur est une cuve de capacité 100 litres avec capteurs de niveau bas (0 litres) et niveau haut (100 litres), chauffage par serpentin à 60°C et agitateur . La commande de chauffage est contrôlée par une vanne tout ou rien. La température de cuve est mesurée en continu.

Le mélange est déversé dans une cuve de stockage de capacité 500 l en fin de mélange.

L'ensemble est à commander en mode manuel direct ou automatique en vue de la fabrication de recettes de mélange.


1) Définir les différentes grandeurs logiques et analogiques nécessaires à la supervision/ simulation. Les introduire dans le Tagname Dictionary .

2) Dessiner le synoptique. Vous avez le choix de faire une représentation en symboles normalisés de type "plan" de conception en utilisant la boîte à outils graphique ou une représentation de type "vue réelle" avec les éléments prédéfinis en bibliothèque.

3) Animer l'ensemble en mode manuel (boutons de commande ou activation directe des symboles lorsque cela est possible) pour assurer les fonctions suivantes :

- remplissage avec les divers constituants

- agitation du mélange

- vidange dans la cuve de stockage

- chauffage

Les lois d'évolution des grandeurs seront écrites dans une tâche cyclique "Application" à la cadence de 1s (ou mieux 100ms) .

4) On suppose que les produits entrants sont à la température de 20°C . La température de la cuve est définie selon la loi suivante : la quantité de chaleur transférée est directement proportionnelle à la différence de température entre la température du serpentin et celle du mélange (voir annexe pour la méthodologie de mise en oeuvre)

Ecrire l'équation donnant l'élévation de température du mélange par unité de temps (équation différentielle). Quelle est la température limite que peut atteindre le mélange ? Quelle loi théorique suit la température ?

Simuler dans la tâche cyclique (période 1s ou mieux 100ms) le transfert de chaleur lorsque la vanne de serpentin est commandée (adopter un coefficient d'apport de chaleur permettant d'obtenir une constante de temps de l'ordre de 10 s ).

Mettre en place un écran de visualisation graphique temps réel du niveau de la cuve de mélange, de sa température et du niveau de la cuve de stockage. Cet écran sera appelé par un bouton de commande sur l'écran principal. Le retour à l'écran principal est obtenu par un bouton sur l'écran graphique.

5) Mettre en place une alarme sur le niveau de cuve mélange (niveau > 105 l), sur la température (température > 50°C) et sur la cuve de stockage (volume supérieur à la capacité).

Visualiser les alarmes dans une vue spécifique qui sera appelée automatiquement en cas d'apparition de l'une des trois alarmes.

6) On désire automatiser le cycle de fabrication par Grafcet, le choix du mode étant spécifié par un bouton bascule . En mode "auto", les boutons de commande manuelle seront invalidés.Le cycle automatique sera :

- remplissage des 3 constituants (remplissage séquentiel ou parallèle pour les étudiants les plus avancés)

- mise en chauffe jusqu'à la température de 50°C avec agitation

- vidange dans la cuve de stockage

Ecrire le Grafcet puis le traduire en script dans la feuille "Application"

7) Fixer les recettes de fabrication à partir de l'outil spécialisé "Recipe Manager" :

- créer un "livre de recettes" (fichier) fixant les valeurs de chocolat, lait et sirop.

- prévoir le choix de la recette par l'opérateur en utilisant un bouton et la fonction script "RecipeSelect".

- envisager un changement de recette automatique à chaque cycle de fabrication en mode automatique.


TP 2 Supervision: Echange DDE Intouch- Excel/Serveur OPC

Cette deuxième partie a pour objectif de mettre en place une communication du superviseur avec des E/S réelles .

Liaison DDE de InTouch vers Excel

Le logiciel InTouch est nativement serveur de données DDE. Tout logiciel possédant une interface client de type DDE peut s'y connecter.

Les champs du lien DDE sont les suivants:

– Application name : VIEW (nom imposé)– Topic name : TAGNAME (nom imposé)– Item name: nom du tag exporté par IntouchManipulation :

Ces caractéristiques sont introduites dans une cellule de la feuille excel sous la forme (formule Excel):

1) Ouvrir une feuille Excel . Récupérer les valeurs de niveau et de température dans des cellules via un lien DDE formule

=View|TAGNAME!nom_du_tag

Observer le bon fonctionnement de la liaison.

2) Lien programmé sous VBA : Mettre en place un bouton de commande sur Excel. A chaque appui sur le bouton, écrire une fonction VBA pour ouvrir un lien DDE vers InTouch et récupérer en lecture les valeurs des deux variables ainsi que l'heure d'acquisition. Former un tableau de ces données et les représenter sous forme graphique s. Prévoir un bouton pour la remise à zéro des données.

3) Travail avancé : implanter en VBA une tâche cyclique sous Excel permettant de récupérer les valeurs de niveau, température et heure toutes les 5 secondes lorsque le processus est en mode "marche"

Liaison DDE de Excel vers InTouch

On suppose maintenant qu'Excel est serveur de données et que l'application InTouch est cliente, c'est à dire que les données sont demandées par l'application de supervision.

Dans InTouch, les tags dont les valeurs sont fournies par Excel (ou tout autre logiciel DDE) doivent être déclarés en I/O en précisant les trois champs DEE (Application, Topic, Item).

Manipulation :

- mettre un bouton bascule sur Excel permettant de faire le choix "Auto/Manu". Afficher sa valeur dans une cellule dont vous définirez le nom (menu insertion--> nom)

- dans InTouch, déclarer la variable correspondant à cette cellule en type I/O ; afficher avec tous les détails la variable utilisée.

- définir ses paramètres de couplage à Excel par le menu "Access Name"


- .passer en mode "runtime" et tester l'action du bouton "Auto/Manu" sur l'interface de InTouch.

Liaison DDE de Kepware vers InTouchLe logiciel Kepware V4 est la référence mondiale des logiciels de couplage OPC vers des

automates et modules E/S.

Il sera utilisé ici pour piloter une carte entrée/sortie sous le protocole Modbus. Cette carte possède 4 voyants Led et quatre poussoirs (E/S booléennes dénommées inputs et coils dans le formalisme Modbus).

4 3 2 1

@0x

MA

X2

32

µC

AT

ME

L1

11 2 3 1 2

JP1 JP2

JP3

JP4

Gnd E4 E3 E2 E1

Gnd S4 S3 S2 S1

1234

r v

v1v2v3v4

RESET

JP5

L'objectif de la manipulation est d'interragir avec l'application de production de chocolat faite sous InTouch en temps réel.

Le cahier des charges est le suivant :

- démarrer un cycle de production par un Bouton poussoir

- afficher les alarmes sur deux Leds

Le schéma de fonctionnement est :

Etant donné les restrictions de InTouch10 (couplage DDE seul), le serveur OPC Kepware est utilisé en couplage FastDDE (format propriétaire Wonderware) et non OPC.

Dans ce mode les paramètres sont (mêmes écrans de pour Excel):


4 3 2 1

@0x

MA

X232

µC

AT

ME

L1

11 2 3 1 2

JP1 JP2

JP3

JP4

Gnd E4 E3 E2 E1

Gnd S4 S3 S2 S1

1234

r v

v1v2v3v4

RESET

JP5

Serveur Kepware

liaison matérielle

RS232liaison

OPC ou DDE SuperviseurInTouch

Station de travail

Prise réseau de terrain RS232

Alimentation9V

Sorties Leds(coils)

Poussoirs(inputs)

- domaine : "localhost"- application : "servermain"- topic : "_ddedata- item : le nom complet de l'item (arborescence depuis la racine du serveur)


Manipulation :

- modifier les tags concernés pour qu'ils soient accessibles en E/S

- lancer le logiciel Kepware et ouvrir un nouveau projet.

- paramétrer le projet pour que les leds et boutons soient gérés par le serveur.

- sauvegarder le projet (fichier .opf à rendre avec le CR ) ; le serveur d'entrées/sorties est déjà opérationnel

- vérifier le bon fonctionnement en affichant la valeur du bouton 0 dans Excel (utiliser une formule DDE)

- si tout est OK, l'ensemble devrait être opérationnel ! A vérifier !

Paramétrage du serveur :

La carte communique sur le réseau Modbus avec les paramètres suivants :

- protocole Modbus ASCII

- vitesse 19200 bauds

- 8 bits , pas de parité, 2 bits de stop

Note : il n'est pas impératif de décrire toutes les leds et boutons, ni de les regrouper dans des branches. Les Tag Led0, Led1 et Bouton0 peuvent être décrits directement au niveau de la carte.


Quelques idées pour la simulation du chauffage de la cuve

Principes industriels de chauffage d'une cuve (liste non exhaustive):

- apport d'une puissance calorifique constante (thermo-plongeur à résistance électrique), quel que soit le remplissage de la cuve .

Soit q(t) la puissance calorifique (quantité de chaleur par unité de temps) , m la masse contenue dans la cuve et c sa capacité thermique massique . L'équation de fonctionnement est :

mcd θ(t )

dt=∑ qentrant(t )–∑ qsortant (t)

Si les pertes sont nulles ou négligeables, on obtient pour q (t)=q0 constante la solution suivante :

θ(t )= θ0 +q0

mct

La réponse est une rampe partant de la température initiale (20°C dans l'énoncé).

Pour la simulation, il suffit d'incrémenter la variable de température à intervalle régulier (1s par exemple). Il est aisé de prendre en compte le volume réel de la cuve (variable interne) en considérant que la densité est de 1 et la capacité thermique massique de 1 aussi. Choisir une puissance adaptée pour obtenir une température de 50°C en un temps raisonnable !

- apport de la puissance calorifique par un circuit serpentin interne à la cuve.

L'apport calorifique reste constant quelle que soit le remplissage de la cuve. L'apport se fait exclusivement par conduction thermique avec le mélange ; soit Rth la résistance thermique entre le serpentin et le mélange. Si on considère que la source chaude est une source de température uniforme (60°C ici), la puissance cédée au mélange est :

q (t)=1

R th

(θserpentin(t)− θmélange (t))

L'équation de fonctionnement générale devient :

mcd θ(t )

dt=

1Rth

(θserpentin − θ(t))

D'où l'équation différentielle du système :

mcd θ(t )

dt+

1Rth

θ(t) =1Rth

θserpentin( t)

C'est une équation différentielle du premier ordre de la forme :

τd θ(t )

dt+ θ(t )= θserpentin avec τ constante de temps τ = mc R th

Simulation : pour un intervalle de temps discret Δ t , nous aurons :

τθ(t+ Δ t) −θ(t )

Δ t+ θ( t)= θserpentin(t ) d'où θ(t+ Δ t) = (1−

Δ tτ )θ(t ) +

Δ tτ θserpentin(t)

Il suffit de calculer cette ligne périodiquement (par exemple 1s ou 100ms )

- apport de la puissance calorifique par double paroi (bain marie)

Dans ce cas, la résistance thermique est inversement proportionnelle à la hauteur de cuve (seule la partie de la paroi en contact avec le mélange transmet de la chaleur) donc au volume/masse de


mélange. La constante de temps est donc invariante en fonction du remplissage. C'est la solution la plus simple pour la simulation de la cuve ! Choisir une constante de temps acceptable (10s pae ex).


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