VŠB-TU Ostrava
2006/2007
Prost edky automatického ízení Úloha . 5
Hierarchická struktura ízení
M eno dne: 25.4.2007
Vypracoval: Petr Osadník Spolupracoval: Petr Š evík
Zadání 1. Seznamte se s díl ími pracovišti laboratorní úlohy „Hierarchická strukturu ízení“ a s možnostmi p ístupu k jednotlivým reálným úlohám z r zných úrovní ízení. (Teplovzdušný model, model automatická pra ka). 2. Zkonfigurujte m icí úlohu na druhé úrovni ízení a ov te její funk nost. 3. Prove te m ení na teplovzdušném modelu ze t etí úrovn a vykreslete nam ené hodnoty v grafu pomocí programu Excel a vyjád ete se k pr b h m. 4. Prove te zhodnocení nam ených dat.
Schéma zapojení Control Web 2000
ídicí úloha pro model automatické pra ky a HTTP server k úloze spušt né na IPC
Internet explorer
Unifikace
Model pra ky
AD 512
Sí LAN (TCP/IP)
1/2 IPC
1/2 IPC
Control Web ízení teplovzdušného komunikace v síti LAN modelu Teplovzdušný model
CTRL
RS232 COM2 COM1
COM2 RS 232
Obr.1 Blokové schéma zapojení technických prost edk úlohy
IPC
Standardní - PC Aplikace .1 Control Web
Aplikace .2 Control Web
(Windows - PC)
Modul ur ený pro ízení modelu PRA KY
I/O karta AD 512
Modul komunikace s nad azenou úrovní HTTP server
(Windows – 1/2 IPC)
Sí LAN (TCP/IP)
Modul komunikace s nad azenou úrovní pomocí TCP/IP.
Modul nižší úrove monitorování a konf. TVM RS 232
ídicí úloha TVM
(MS – DOS, 1/2 IPC) 2x algoritmus PID regulátoru Model automatické pra ky
RS 232 Teplovzdušný model s jednotkou CTRL
Obr.2 Logická struktura modul úlohy systém Control Web 2000
Teoretický rozbor V této aplikaci jsou realizovány dv díl í úlohy, tj. ízení modelu automatické pra ky a ízení teplovzdušného obvodu, které mohou fungovat i samostatn . Na Chyba! Nenalezen zdroj odkaz . je znázorn no fyzické uspo ádání úlohy, zatímco logická struktura je na Chyba! Nenalezen zdroj odkaz .. Zde je patrná programová realizace úlohy. ízení a ovládaní teplovzdušného obvodu je možno provád t ve t ech resp. ty ech úrovních. Na nejnižší úrovni je program „regul“ vytvo en v jazyce C, pracující na platform MS DOS. Ten ídí prost ednictvím jednotky CTRL teplovzdušný model a to tak, že nastavuje výstupy CTRL (vstupy do teplovzdušného obvodu) a te vstupy do CTRL (výstupy z teplovzdušného obvodu). Program regul realizuje bu dvoupolohovou, nebo PSD regulaci, nebo vícerozm rovou regulaci, podle pokyn aplikace na druhé úrovni vytvo ené v systému Control Web 2000. Ta se skládá ze dvou lokálních modul . Modul „Comweb1“ se stará o komunikaci s programem regul. Prost ednictvím et zce zasílaného po RS 232 mu dodává instrukce o tom, jaký druh regulace se má použít, v etn pot ebných parametr , jaká veli ina (veli iny) se má regulovat a na jakou hodnotu, a kterým sníma em (sníma i) se má m it výstupní veli ina (veli iny). Modul „MrSl2“ zajiš uje komunikaci s vyšší, tj. 3. úrovní ízení teplovzdušného obvodu po síti LAN. Prost ednictvím TCP/IP ovlada e posílá informace o nam ených hodnotách, zp sobu regulace, regulované veli in , použitém sníma i a p ijímá instrukce nad azené úrovn , které okamžit p edává níže. Další aplikace v systému Control Web 2000 je rovn ž složená ze dvou lokálních modul . Modul „MrSl1“ je vyšší úrovní ízení pro teplovzdušný obvod a zárove ukládá informace jak z této úlohy, tak z modelu automatické pra ky, kterou ídí modul pracka prost ednictvím I/O karty AD 512. Modul „Comweb1“ - vizualiza ní aplikace v systému Control Web 2000
Modul „Comweb1“ je aplikace ídicí teplovzdušný model prost ednictvím programu „regul“. Na obr. 3 je okno modulu. V levé horní ásti se zadávají ídicí parametry pro regulaci, tla ítkem „Pošli et zec“ se data odešlou na sériový komunika ní port. Dále je zde grafické znázorn ní pr b hu regulace, v pravé horní ásti je animace znázor ující innost ízeného objektu. Ve spodní ásti vlevo jsou zobrazovány et zce odesílané a p ijímané na a ze sériové linky. V pravé spodní ásti lze nastavovat režimy práce. Podle vybraného režimu se zobrazují, nebo skrývají p ístroje pro nastavování dalších parametr . Nap . pokud je vybrána regulace pr toku vzduchu pomocí zm ny vstupního nap tí ventilátoru, je zbyte né zobrazovat sníma e pro m ení teploty a p ístroje pro zadávání parametr pro regulaci druhé veli iny.
Obr.3 Vzhled okna modulu „Comweb1“ Krom p ístroj viditelných v okn jsou zde i neviditelné p ístroje. Komunikace pomocí standardního sériového portu je v systému Control Web 2000 realizována prost ednictvím ovlada e ASCII driver. Vyslání dat na sériový port se provede zápisem do výstupního kanálu a p íjem je tení vstupního kanálu. Krom toho jsou k dispozici kanály, pomocí kterých lze zjistit stav portu. Popis modelu automatické pra ky
Model je ízen pomocí diskrétních vstup : napoušt ní teplé vody, napoušt ní studené vody, oh ev vody, vypoušt ní vody ( erpadlo), ty i signály pro ízení krokového motoru (bubnu pra ky). Otá ení bubnu je ízeno spínáním 40 cívek pomocí ty signál . Vždy je tedy sepnuto 10 cívek, a kotva se nato í k nejbližší z nich. Tento p evodník bylo t eba p izp sobit pro p ipojení konektoru CANON25. Pozor na negativní logiku vstupních signál : napoušt ní teplé a studené vody, zapínání erpadla a oh ev vody. Na teplotu vody nemá vliv, jestli napouštíme studenou, nebo teplou vodu. Kontrolka „teplota dosažena“ se rozsvítí, je-li dosaženo teploty nastavené ru n potenciometrem na modelu.
konektor CANON 25
p evodník pro úpravu signál
disrétní signály
analogové signály
zdroj nap tí
svorkovnice oh ev vody teplota dosažena voda napušt na voda vypušt na
studená voda teplá voda
buben pra ky
ru ní nastavení teploty
erpadlo
Obr.4 Schéma modelu automatické pra ky
Obr.5 Okno aplikace ídící model pra ky V levé ásti okna aplikace je provedena vizualizace viz. obr.5. Zde jsou vid t indikátory všech výše uvedených signál . V pravé ásti lze p epínat mezi panely „manuální ovládání“, kde lze ovládat všechny signály vstupující do pra ky a „automatické ízení“,
odkud lze spoušt t p edem vytvo ené programy. Byly vytvo eny t i základní programy: „jednoduché praní“, „b žné praní“, „d kladné praní“. Komunikace v síti LAN
V systému Control Web 2000 jsou dva zp soby komunikace v LAN. Vytvo ení distribuované úlohy složené ze vzdálených modul (lokální moduly nemusejí komunikovat po síti), nebo vytvo ením vzájemn spolupracujících aplikací pomocí TCP/IP ovlada e, který je ur en pro komunikaci mezi dv ma, nebo více aplikacemi po LAN, po telefonní lince pomocí modemu, nebo i po síti Internet, protože je zde využit protokol TCP/IP. Vytvá ení spolupracujících aplikací má proti distribuovaným aplikacím tu výhodu, že takto spolupracující aplikace jsou naprosto nezávislé.
Obr.6 Okno modulu „MrSl1“ Na obr.6 je okno modulu „MrSl1“, který zajiš uje nejvyšší úrove ízení teplovzdušného modelu. Prost ednictvím TCP/IP ovlada e komunikuje s modulem „MrSl2“, odkud dostává informace o ízené technologii a pokud je t eba, m že zm nit, jak zp sob regulace, tak i žádanou hodnotu, regulovanou veli inu a použitý sníma . Ukládání nam ených dat
Modul „Mrsl1“ krom komunikace s nižší úrovní ukládá p ijatá data pomocí p ístroje trend viz. obr.7. Ten je schopen vytvá et relativní, absolutní nebo permanentní datové soubory. V tomto p ípad vytvá í relativní minutové (každou minutu je založen nový soubor). Názvy sobor se generují podle doby vzniku (datum, hodina, minuta) Takto uložená data lze zp tn prohlížet v p ístroji trend jako grafy, nebo pomocí programu InCalc, jako soubor hodnot.
Obr.7 Archivace dat Zp ístupn ní aplikace síti Internet
V sou asné dob spojuje Internet stále více po íta a je p ístupný stále v tšímu po tu uživatel . Za obrovské rozší ení vd í Internet standardizaci poskytovaných služeb od elektronické pošty p es diskusní skupiny až po službu WWW (World Wide Web). Dnes využívají službu WWW nejv tší sv tové firmy k prezentaci svých produkt , ale i milióny soukromých osob, školy a ú ady. Control Web 2000 podporuje t i zp soby tvorby distribuovaných aplikací: • Aplikace Systému Control Web 2000 spolu dokáží komunikovat po všech sítích s protokoly TCP/IP, což je pro uživatele velice výhodné a p íjemné. Na každé takto pracující stanici musí být nainstalován alespo modul Control Web Runtime. • Prezentace dat pomocí Java applet nemá sice takové možnosti jako komunikující moduly Control Web 2000, ale zato lze data zp ístupnit pomocí každého webového prohlíže e i pod jiným opera ním systémem, než Windows. • Nejp ístupn jší je prezentace dat prost ednictvím HTTP serveru a HTML dokumentu, který je p ístupný z kteréhokoliv místa na zemi. Uvedené zp soby lze vhodn kombinovat.
Postup m ení 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Na IPC spus te program „regul“ v adresá i C:\ ….. . Na druhém systému IPC spus te aplikaci „ComWeb1“ v Runtime režimu. Na PC p ipojeném v LAN spus te aplikace „Mrs1“. Na libovolném PC spus te aplikaci IE a do polí ka pro adresu napište IP adresu 158.196.152.91. Vyzkoušejte si ovládání a nastavení parametr regulace na druhé úrovni ízení podle zadání. P ejd te na druhé pracovišt a ov te možnosti konfigurace pomocí sít TCP/IP a spolupracujícího vzdáleného modulu systému Control Web 2000. Pomocí p ístroje „trend“ nam te n kolik pr b h regulace a uložte do souboru *.DBF. Tyto pr b hy v protokolu pat i n okomentujte. Vyzkoušejte si p ístup ze sít Internet na t etím pracovišti. Podkladem pro tento návod byla diplomová práce [JASON K 2000].
Nam ené hodnoty V této ásti se nacházejí data z jednotlivých m ení. Model automatické pra ky:
Teplota a výška hladiny [V]
Jednoduché praní 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 -0,500,00
Hladina Teplota
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
as [s] Obrázek 1 Nam ené hodnoty – jednoduché praní
Teplovzdušný model
Teplota regulovaná ventilátorem, termistor ve vzdálenosti 5 mm, dvoupolohová regulace, žádaná hodnota 3V.
Teplota regulovaná ventilátorem 4,00 3,50
w,y [V]
3,00 2,50
Výstupní veli ina
2,00
Žádaná hodnota
1,50 1,00 0,50 0,00 0
50
100
150
200
250
as [s] Obrázek 2 Teplota regulovaná ventilátorem
Pr tok regulovaný pomocí regulátoru, PSD, žádaná hodnota 5V, vrtulkový pr tokom r.
Pr tok regulovaný pomocí ventilátoru 10,00
u,w,y [V]
8,00 6,00
Žádaná hodnota
4,00
Výstupní veli ina
2,00
Ak ní veli ina
0,00 -2,00 0
200
400
600
as [s] Obrázek 3 Pr tok regulovaný pomocí regulátoru
Pr tok a teplota sou asn , oba regulátory PSD, termistor na žárovce a vrtulkový pr tokom r, žádaná hodnota 4V.
Pr tok a teplota sou asn 6,00 5,00
u1,u2,w,y [V]
4,00 Žádaná hodnota
3,00
Výstupní veli ina
2,00
Ak ní veli ina 1
1,00
Ak ní veli ina 2
0,00 -1,00
0
100
200
300
-2,00 as [s] Obrázek 4 Pr tok a teplota regulovaná sou asn
Teplota regulovaná pomocí žárovky a ventilátoru, termistor na žárovce, regulace v obou PSD, žádaná hodnota 5V. Teplota regulovaná pomocí žárovky a ventilátoru 8,00 7,00 u1,u2,w,y [V]
6,00 5,00
Žádaná hodnota
4,00
Výstupní veli ina
3,00
Ak ní veli ina 1
2,00
Ak ní veli ina 2
1,00 0,00 -1,00 0
200
400
600
as [s] Obrázek 5 Teplota regulovaná pomocí žárovky a ventilátoru
Záv r V tomto m ení jsme si otestovali p ístup k ízenému za ízení na n kolika úrovních ízení. Jako testovací za ízení nám posloužil teplovzdušný model na kterém jsem zkoušeli t i úrovn ízení. Nejnižší úrove umož uje krom volby typu regulace m nit všechny stavitelné parametry regulátoru. Umož uje v podstat neomezený p ístup k úloze, uživatel pracující na této úrovni má možnost zasahovat do všech parametr ovliv ujících pr b h regulace. Druhá úrove komunikace se kterou jsme pracovali na vzdáleném PC v LAN síti, již neumož ovala m nit parametry regulátoru, bylo možné pouze si zvolit typ regulace. Parametry regulátoru si systém nastavoval automaticky. T etí úrove ízení bylo p ipojení k aplikaci p es internetový prohlíže . Tato úrove již neumož uje jakkoli zasahovat do pr b hu regulace, pouze sledovat její pr b h. P i práci na druhé úrovni ízení, jsme provedli n kolik m ení r zných typ regulace a ze získaných dat následn zpracovali grafické pr b hy regulace. Tyto grafy jsou sou ástí tohoto protokolu. P i ukládání dat v aplikaci došlo z neznámých d vod ke ztrát dat z jednoho m ení. Systém ukládání je vytvo en pon kud nešikovným zp sobem, kdy k uložení souboru dojde v každou celou minutu, namísto b žn jšího ukládání p edem definovaného asového intervalu. Sou ástí m ení bylo rovn ž ozkoušení modelu automatické pra ky. Na tomto modelu jsme si pouze otestovali n které z možností ovládání za ízení pomocí aplikace v Control Web 2000.
