IF 1.feltétel. 1.műveletso r. 2.feltétel. Elektronikus jegyzet Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar

IF 1.feltétel THEN 1.műveletso r [ ELSIF 2.feltétel THEN

Zalotay Péter

PROGRAMOZHATÓ IRÁNYÍTÁSOK II.

Elektronikus jegyzet Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar

Zalotay Péter: Programozható irányítások II Elméleti tananyag

2. félév

Tartalomjegyzék Pozicionálás.....................................................................................................................................4 · Az encoder...............................................................................................................................6 · Az inkrementális (növekményes) ..........................................................................................6 · Az abszolút encoder ...............................................................................................................8 · Inkrementális jeladó alkalmazása. ........................................................................................9 1.1. Pozícióba vezérlés léptetőmotorral .......................................................................................9 1.1.1. A léptetőmotor ................................................................................................................ 10 1.1.2. A léptetőmotor működése................................................................................................ 10 1.1.3. A léptetőmotorok statikus jellemzői ................................................................................ 13 1.1.4. Dinamikus jellemzők....................................................................................................... 16 1.1.5. Léptetési módok.............................................................................................................. 21 1.1.6. Vezérlési táblázatok ........................................................................................................ 23 1.1.7. A léptetőmotor vezérlési szakaszai: ................................................................................. 24 1.1.8. A léptetőmotorok illesztő áramkörei................................................................................ 24 1.1.9. A meghajtó áramkörök vezérlése..................................................................................... 27 1.1.10. Példa ............................................................................................................................... 27 1.2. Pozíciószabályozás szervomotoros hajtással...................................................................... 29 1.2.1. A szervomotor................................................................................................................. 29 · Egyenáramú szervomotorok ................................................................................................ 30 1.2.2. Szervomotoros hajtások................................................................................................... 32 · A hajtás főáramköre ............................................................................................................. 33 · A hajtás szabályozása .......................................................................................................... 34 1.3. Pozícióvezérlés aszinkronmotoros hajtással ....................................................................... 36 1.3.1. A frekvenciaváltó ............................................................................................................ 37 1.3.2. Szinuszos jel előállítása PWM-el..................................................................................... 39 2. PLC-k programozása .................................................................................................................... 40 2.1. A PLC típusonkénti programozás......................................................................................... 40 2.2. A PLC programozási nyelvek szabványosítása ................................................................... 41 2.2.1. Sorrendi vezérlésekhez az SFC (Sequential Function Chart)............................................ 41 2.2.2. Strukturált szöveges ST (Structured Text) ...................................................................... 49 2.2.3. .............................................................................................................................................. 49 3. Irányítási rendszerek felügyelete ................................................................................................ 54 3.1. Mérésadatgyűjtés ................................................................................................................. 54 3.1.1. Adatbázis: ....................................................................................................................... 54 3.1.2. Az automatikus mérés (adatbázisgyűjtés): ....................................................................... 55 3.1.3. Mintavételezési idő ......................................................................................................... 55 3.1.4. Mérés-adatgyűjtő rendszerek........................................................................................... 57 3.1.5. Adatgyűjtő rendszerek rendszertechnikai felépítése ......................................................... 57 3.1.6. Adatfeldolgozás: ............................................................................................................. 59 3.2. Folyamatmegjelenítés .......................................................................................................... 60 3.2.1. Megjelenítés fogalma és alkalmazása .............................................................................. 60 3.2.2. Rövid történeti áttekintés................................................................................................. 60 3.2.3. A megjelenítő rendszerek legfőbb típusai ........................................................................ 62 3.2.4. Folyamatterminál. ........................................................................................................... 63 3.2.5. Riport készítés................................................................................................................. 65 3.2.6. Operátori szerviz ............................................................................................................. 65 3.2.7. Megjelenítés.................................................................................................................... 65 3.2.8. Adatfeldolgozás .............................................................................................................. 66 3.2.9. Hozzáférési szintek ......................................................................................................... 66 3.2.10. Alarmkezelés .................................................................................................................. 67 2.oldal 1.


2. félév

3.2.11. Trendkezelés ................................................................................................................... 67 3.2.12. Vezérlések....................................................................................................................... 68 3.3. MODBUSZ .............................................................................................................................. 68 3.3.1. A protokoll...................................................................................................................... 68 3.3.2. Fizikai szint..................................................................................................................... 69 3.3.3. A kommunikáció felépítése ............................................................................................. 69 4. Digitális szabályozók.................................................................................................................... 70 4.1. A numerikus integrálás változatai ....................................................................................... 71 4.1.1. Téglalap formula ............................................................................................................. 71 4.1.2. Egyszerű (kis) trapéz formula.......................................................................................... 71 4.1.3. Összetett (nagy) trapéz formula ....................................................................................... 72 4.1.4. Érintő formula................................................................................................................. 73 4.1.5. Egyszerű (kis) Simpson formula...................................................................................... 73 4.1.6. Összetett (nagy) Simpson formula ................................................................................... 74 4.2. PLC-ben alkalmazott algoritmusok ...................................................................................... 75 4.3. Állásos szabályozók .............................................................................................................. 75 4.3.1. Kétállású (kétpont) szabályozók ...................................................................................... 75 4.3.2. Háromállású (hárompont) szabályozók............................................................................ 76 4.4. Folytonos szabályozók.......................................................................................................... 77

3.oldal


1.

2. félév

P ozicio nál ás

Az ipari automatizálásban sokszor szükséges egy mozgó készülék, berendezés adott helyre történő

mozgatása.

Az

ilyen

feladatokat

látja

el

a

pozícióvezérlés,

vagy

pozíciószabályozás. A feladatok csoportosíthatók a mozgatási irányok száma (koordináta szám, szabadságfok), illetve a mozgató eszköz szerint. Az utóbbi csoportba tartoznak a villamos motorokkal a különböző mechanikai hajtások kombinációja. Használnak léptető-, szervo-, és aszinkron motorokat. A mechanikai megoldások között megtaláljuk a vonóorsót, fogas szíjhajtásokat stb. Meghajtásokban mind a pneumatikus, mind, pedig a hidraulikus erőátvitelt is használják. A fejezetben csak a villamos motorok alkalmazását tárgyaljuk. A pozicionálás megoldások összefoglalása látható az 1. ábrán.

1. ábra Foglaljuk össze tömören, hogy mikor célszerű a vezérlést. Illetve a szabályozást alkalmazni. A pozicionálás minden olyan esetben vezérléssel megoldható, amikor a mozgatott tömeg állandó. Ekkor előre meghatározhatók a mozgatás paraméterei, az út, a sebesség. Értelemszerűen szabályozást kell alkalmazni, amikor a mozgatott tömeg előre nem ismert, illetve menet közben változhat. Ilyenkor a cél megadásán túl mást nem tudunk megadni. A paramétereket a szabályozó állítja be. 4.oldal


2. félév

Mind a vezérlésnél mind, pedig a szabályozásnál a mozgatás sebességét változtatni kell az idő függvényében. A 2. ábrán szemléltettük az általánosságban érvényes mozgatási függvényt.

2. ábra Az ábrán szemléltetett időfüggvény szerinti vezérlés függő változója az idő. Annak feltétele, hogy az egyes szakaszok idejének változtatásával pozícionáljunk, csak akkor lehet, ha a mozgatás egyes sebességeit nagy pontossággal tudjuk beállítani. A gyakorlatban a pontos pozicionáláshoz szüksége helyzet jeladók alkalmazása. Csak a léptetőmotoros hajtásoknál hagyható el az érzékelő akkor, ha lépéstévesztés nélküli vezérlést biztosítunk. A konkrét megoldásokról a fejezet további részeiben ejtünk szót, amikor áttekintést nyújtunk a léptetőmotoros, és frekvenciaváltós vezérlési megoldásról, valamint röviden foglakozunk a szervomotoros szabályozással. A következőkben tömören tekintsük át – ismétlés gyanánt – a helyzet-meghatározásnál alkalmazható jeladókat. Kihagyjuk viszont a legegyszerűbb megoldás tárgyalását, amikor a mozgatott objektum helyzetét egy-egy állás-kapcsoló, vagy optikai érzékelő jelzi. A különböző encoderekről rövid áttekintéssel szolgálunk.

5.oldal


·

2. félév

Az encoder

Az encoder olyan jeladó, amely egy tengely elfordulását érzékeli és az elfordulás szögével arányosan valamilyen elektromos jelet szolgáltat. Sok egyéb névvel is illetik. Pl.: szögadó, forgás jeladó angular encoder, rotary encoder, stb. A jeladó tengelyére rögzített tárcsa általában üveg, amelyre különböző alakzatban nem átlátszó alakzatokat visznek fel. A jeladó tengelyét kell rugalmas tengelykapcsolóval csatlakoztatni a hajtáshoz. Egy változatának felépítése látható a 3. ábrán.

3. ábra (A tárcsa egyik oldalán fényforrás, a másikon fényérzékeny elem helyezkedik el. A tárcsa forgásakor a fényérzékelő elemre hol érkezik fény, hol nem. A vevő részében ennek megfelelő elektromos jel jön létre. Az érzékelők két nagy csoportba sorolhatók, úgymint az o inkrementális, illetve o abszolút jeladók. ( Készítenek olyan változatot is, amelyben mind a két fajta jelelőállítás is megtalálható.) ·

Az inkrementális (növekményes)

jeladóban olyan tárcsa van, amelyiken egyforma távolságra egyforma méretű sávok vannak. A sávokat két db optokapu figyeli, amelyek úgy helyezkednek el, hogy egymáshoz képest 90 fokkal eltolt fázisú jelet szolgáltatnak a tárcsa forgásakor. Ez a két jel az "A" és a "B" fázis. Az optokapu –k jelét beépített elektronika alakítja szabványos jellé. Ez leggyakrabban TTL, nyitott kollektoros, esetleg 24V-os jel, bizonyos esetekben a jelek inverze is ki van vezetve. Az elvi felépítést szemlélteti a 4. ábra. 6.oldal


2. félév

4. ábra A jeladókban rendszerint egy harmadik optokapu is van, ami fordulatonként csak egyszer kap megvilágítást. Neve "Z" vagy "Index". Röviden áttekintjük, hogy miképpen használhatók az inkrementális jeladók pozíció meghatározására.

A

tárcsára

felvitt

sugárirányú

vonalak

száma

adja

a

jeladó

érzékenységét, vagyis azt, hogy a kimeneti jel két azonos irányú változása hány fokos szögelfordulást jelez. A mikor csak azt kívánjuk meghatározni, hogy az iránytól függetlenül mennyit mozdult el a tárgy, akkor elégséges számlálni az egyik jel valamelyik irányú változásait. A számláló mindenkori tartalma – a mozgás sebességétől függetlenül - a tárcsa szögelfordulásával arányos. Amennyiben a jeladó tárcsájára harmadik sávot is felvittek, amelyen csak egy változás van fordulatonként, akkor a számlálás szétbontható a fordulatok és a nem egész fordulaton belüli szögelmozdulás független megállapítására. Amikor a mozgás közben irányváltozás is előfordul, ilyenkor az irányt is meg kell állapítani. Az 5. a. ábrán láthatók a kimenetek 90 fokos fázistolású jelei az egyik forgásiránynál, amikor az J1 felfutó éle érkezik először. A b. ábra a másik forgásirányhoz tartozó viszonyokat szemlélteti. Az egyik forgásirány esetében a J1 pozitív irányú jelváltásakor a J2 alacsony szintű, míg a másik iránynál magas szintű. A két jelből tehát meghatározható a mozgatás iránya.

a.

b. 5. ábra 7.oldal


2. félév

A mozgatás kezdetétől való elmozdulás, vagyis a pozíció pontos meghatározásához reverzibilis számlálást kell végezni. Az egyik iránynál a számláló tartalmát növelni, míg a másiknál csökkenteni kell. Így a számtartalom mindenkor az adott irányba megtett abszolút elmozdulással arányos. Az ilyen megoldásra akkor is szükség van, ha a mozgás meg-meg áll, ugyanis az álló állapotban a berendezés rezgéséből is eredhet jelváltozás, mégpedig mindkét irányba. A kétirányú számlálással csökkenthető a pozíció-meghatározás hibája. ·

Az abszolút encoder

Az abszolút encoderben a tárcsán n db koncentrikusan felvitt sáv van. A sávokon áteresztő és át nem eresztő szakaszok úgy helyezkednek el, hogy adott sugár mentén az n szakasz, az un. Gray (reflektált bináris) kód szerinti változik. Minden sávot egy optokapu érzékel. (6. ábra) Az optokapu -k egy sugár mentén helyezkednek el.

6. ábra Az encoder kimenetén az n bites kód adja meg a tengely szöghelyzetét. A Gray – kód egymás utáni elemei csak egy bitben különböznek és ezért a pozíció meghatározás biztosabb. A kimenetek illesztése lehet párhuzamos TTL jel (a kód minden bitje ki van vezetve) vagy szinkron soros kommunikáció. A működés módjából adódóan az abszolút jeladók felépítése bonyolultabb, ezért drágábbak is. Előnye viszont, hogy nem a pozíció kódja közvetlenül olvasható le a kimeneti jelkombinációból. Nem kell még számlálást is beiktatni a feldolgozásnál és ezzel gyorsabb is az értékelés. A jeladók tárgyalását a jelfeldolgozással fejezzük be. Először azt nézzük meg, hogyan lehet a mikrogéphez illesztett inkrementális adó jeleiből a pozíciót meghatározni.

8.oldal


2. félév

· Inkrementális jeladó alkalmazás a. 1. Először azt az esetet tárgyaljuk, amikor állandó egyirányú mozgás helyzetét kell meghatározni. A művelet folyamatábrája a 7. ábrán látható. Ebben az alkalmazásban, a mozgatás indításától kezdődően

Start

számlálni kell a jel változásainak a számát Zn, és amikor a számtartalom eléri a cél pozíciójához tartozó számot Zp -t

A mozgás indítása

következik a mozgatás leállítása. A

Mozog?

80C552

mikrokontroller

alkalmazásakor

a

jelfe-

ldolgozáshoz célszerű a T2 számlálót használni, amelyik az impulzus-sorozatot számlálja (Zn). A véghelyzet megha-

Számlálás

tározásához felhasználhatjuk a compare funkciót. Pl. a

Komparálás

CMP0 regiszterpárba írjuk a célpozícióhoz tartozó számot (Zp), és az egyezéskor bekövetkező megszakítás rutinja

Zn = Zp?

állítja le a mozgást.

A mozgás leállítása

7. ábra

1. A főirányú mozgás közben irányváltozás, vagy megállás is előfordulhat. Ilyen mozgatásnál megoldás, ha a J1 jel megszakítást kezdeményez, és a megszakítás rutinban– a J2 jelszintjétől függően – egy memória szó tartalmát növeljük (increment) vagy csökkentjük (decrement). Az összehasonlítást és döntést (a célpozíció elérését) szoftverben kell elvégezni.

1. 1. Pozíci óba v ez érl és l ép t ető mo to rr al A

léptetőmotorok

olyan

elektromechanikus

átalakítók,

amelyek

villamos

impulzusokat alakítanak át meghatározott nagyságú szögelfordulásokká. A motor tengelyének pozícióját tehát a vezérlő által kiadott impulzusok száma határozza meg. A pontos pozicionálás tehát ellenőrző jel nélkül is megvalósítható. Miután nem csak egyetlen körülfordulást vezérlünk, ezért vezérlő frekvenciáról szokás beszélni.

9.oldal


2. félév

A motor fordulatszáma igy

n = 60

fi k

n a motor tengelyének percenkénti fordulatszáma,

ahol

fi a vezérlő impulzussorozat frekvenciája, k a motor fordulatonkénti lépésszáma. A szakaszban foglalkozunk a léptetőmotorok működésével, legfontosabb jellemzőivel, valamint működtető vezérlés megoldásaival. 1.1.1. Tulajdonságaik

révén

A léptetőmotor a

léptetőmotorokat

a

digitális

pozícióvezérlésekben,

-

szabályozásokban alkalmazzák. Készülnek állandó-mágneses, lágy-mágneses és hibrid típusok. Az állandó-mágneses motorokat alkalmazzák a legszélesebb körben, mivel jó statikus és

dinamikus tulajdonságaik mellett a hatásfokuk is jó. Lényeges szempont még, hogy tartónyomatékuk van, és csillapításuk is megfelelő. A léptetőmotor működését meghatározza, – mint ahogy az elnevezés is utal rá – hogy tengelye diszkrét lépések sorozatával „forog”. Mindig ugyanannyi lépés után tesz meg egy körülfordulást. A diszkrét léptetés alkalmassá teszi a digitális vezérlőjelekkel történő működtetést. A léptetőmotoros hajtások legjellemzőbb tulajdonságai: Þ Pontos pozicionálás – visszacsatolás nélkül – adott számú léptető-impulzus hatására. Þ Nagy nyomaték kis sebességeknél, még egyedi léptetésnél is. Þ Nyugalmi helyzetben, gerjesztett állapotban nagy tartónyomaték, amely önzárást biztosíthat. 1.1.2.

A léptetőmotor működése

Az állandó-mágnesű léptetőmotoroknál az állórész pólusain helyezkednek

fázistekercsek, míg a forgórész - nagy koercitív erejű - permanens mágnes. Egy kétfázisú léptetőmotor felépítése látható a 8. ábrán. 10.oldal

el a


2. félév

8. ábra Működés fázisait a 9. ábrán látható két - póluspárral felépített motoron keresztül szemléltetjük. A fázistekercseket - két különböző megoldással - helyezik el a pólusokon. Þ unipoláris, minden póluson egy önálló tekercs van (9.a.ábra) illetve Þ a bipoláris, amelynél egy pólus-páron van egy tekercs, és az lehet egyszeres-

, (9.b.ábra). Az unipoláris tekercselésnél a póluson elhelyezkedő „fél” - tekercsnek, vagy Þ mindkettő, vagy Þ csak egyik végük, és egy közösített vég van kivezetve. A geometriailag szembenálló pólusok alkotnak egy póluspárt, és ezeken van egy

fázistekercs. Az unipoláris elnevezés arra utal, hogy mindegyik tekercset azonos polaritású feszültséggel (árammal) kell gerjeszteni.

a.

b. 9. ábra 11.oldal


2. félév

A geometriailag szembenálló pólusok alkotnak egy póluspárt, és ezeken van egy

fázistekercs. Az unipoláris elnevezés arra utal, hogy mindegyik tekercset azonos polaritású feszültséggel (árammal) kell gerjeszteni. Egy fázisnál a két fél tekercset kezdet - vég - kezdet - vég sorrendben kell összekötni. A közösített pont egy fázistekercs két-felének ellentétes pontja. A 10. ábrán egy motor álló-, és forgórészének képe látható. A 11. ábra szemlélteti, hogy miként helyezkedik el az állandó mágnes a forgórészben.

a.

b. 10. ábra

11. ábra Az egyenletesebb léptetést a fázisszám növelésével lehet elérni. A gyakorlatban alkalmazott léptetőmotoroknál az öt-fázisú változat elvi felépítése látható a 11. ábrán.

12.oldal


2. félév

12. ábra 1.1.3.

A léptetőmotorok statikus je lle mzői

A léptetőmotorok statikus jellemzői az álló helyzetre vonatkozó adatok. A legfontosabb jellemzők a követezőek: -

a maximális gerjesztő feszültség,

-

a maximális tartóáram,

-

lépésszög,

-

öntartó nyomaték,

-

tartó nyomaték,

-

statikus nyomatékgörbe.

A nyomatékgörbe (13. ábra) azt mutatja meg, hogy ha a motor áll, és a tengelyére ható nyomatékot folyamatosan növeljük, akkor hogyan változik a forgórész elfordulás

szöge. Az így adódó nyomatékgörbe közel szinuszos lefolyású. Az szemlélteti egy pólus alatt a változást, ha csak az egyik fázistekercset gerjesztjük. Nyugalmi helyzetben az állórész, és a forgórész pólusai szemben helyezkednek el. A nyomaték növelésének kezdetekor a forgórész elmozdul a forgatás irányába, de ha a terhelés megszűnik, akkor

visszatér a stabil helyzetbe. Viszont, ha a terhelő nyomaték egy adott határt meghalad, akkor a forgórész egy pólusosztással tovább mozdul, átbillen. Ezt a terhelést nevezzük a motor Mb billenési nyomatékának, az elfordulási szöget, pedig φb

billenési szögnek.

13.oldal


2. félév

13. ábra A különböző előjelű billenő-nyomatékok között van a labilis tartomány. Amennyiben a tengelyt az átbillenés után is terheli az Mb értéket meghaladó nyomaték, akkor a tengely

továbbfordul. Amikor mindkét fázistekercs gerjesztést kap, akkor az egyes tekercsek nyoma-

tékgörbéinek összegzése adja a motor statikus nyomatékgörbéjét. Kétfázisú léptetőmotor eredő nyomatékgörbéjét mutatja a 14. ábra. Az MH a motor álló állapotbeli tartó nyomatéka. Mint látható ez eléggé hullámos. A két stabil állapot között mérjük, az un. lépésszöget az α –t.

14. ábra 14.oldal


2. félév

A fázisszám növelésével az eredő nyomatékgörbe hullámossága csökken. A 15. ábrán egy ötfázisú léptetőmotor nyomatékgörbéje látható.

15. ábra A továbbiakban csak a kétfázisú motor viszonyival foglalkozunk. A motorok gyártási szórásából, illetve a gerjesztési aszimmetriákból a Δαs

szisztematikus szöghiba léphet fel. Erre mutat példát a 16. ábra. Itt a különböző aszimetriák miatt a két fázis billenő nyomatéka különbözik. Ezért a lépésszög is váltakozik. A gerjesztés módosításával az ilyen eltérés kiküszöbölhető.

16. ábra 15.oldal


2. félév

Az állandó mágnesű forgórésszel készülő léptetőmotoroknál – külső gerjesztés nélkül is – mérhető billenőnyomaték. Ez viszont kétszeres frekvenciájú, mint a gerjesztett motoré, mint ezt a 17.ábra szemlélteti.

17. ábra

Dinamikus jellemzők

1.1.4.

Egy léptetőmotor dinamikus jellemzői azt adják meg, hogy az Þ indításkor, Þ folytonos forgatásnál, Þ nyomatékváltozásnál, Þ leállításkor hogyan viselkedik a motor. A folyamatos váltások

- fázisról-fázisra - történő gerjesztés a tengely léptetését, illetve a

frekvenciájának

növelésével

közel

folytonos

forgást

lehet

elérni.

A

léptetőmotorok tengelyének elfordulása elsősorban a tengelyt terhelő tehetetlenségi

nyomatéktól (Q), a tekercset gerjesztő áram időbeli változásától függ. Mivel a tekercsen átfolyó áram, és így a kialakuló mágneses mező logaritmikusan változik, ezért a forgórész elfordulása csak késve (18. ábra), a billentő-nyomaték elérésekor kezdődik.

16.oldal


2. félév

18. ábra A mennyiben hamarabb szűnik meg a gerjesztő feszültség, akkor lépéskimaradás,

lépéstévesztés következik. A leírt alapján következtethetünk arra, hogy a kívánt – impulzus számmal megegyező – lépést csak egy adott frekvenciánál alacsonyabb impulzussorozattal lehet elérni. A motorok adatai között ezt az értéket az un. start/stop

frekvenciaként adják meg. A megadott érték motor terheletlen állapotára vonatkozik. A valós viszonyok között mindig van terhelés. A 19. ábrán egy léptetőmotor nyomatékváltozását mutatja a lépésfrekvencia függvényében.

19. ábra Az ábrán látható karakterisztika görbék közül az 1, illetve 2 számokkal jelzettek azt mutatják, hogy egy lépésben milyen frekvenciájú impulzussorozattal indítható a motor lépéstévesztés nélkül. Az 1-el jelzett görbe a terheletlen, míg a 2-vel jelzett a terhelt

17.oldal


2. félév

viszonyokat jelzi. A külső karakterisztika-görbe mutatja, hogy forgás közben – léptetési frekvenciánál - mekkora nyomatékkal terhelhető a motor tengelye. A motor müködtetéséhez tehát két szakaszt különböztethetünk meg. Az indítási szakasz az a frekvenciatartomány (0 – f1 Hz) amely hatására lépéstévesztés nélkül indul a motor

“lépegetése”. Látható, hogy az f1 indítási határfrekvencia a terhelő

nyomatéktól is függ. A terheletlen motornak is van saját tehetetlenségi nyomatéka, surlódása, amit figyelembe kell venni a hajtás tervezésekor. A már mozgásban lévő motor léptetési frekvenciája – a gyorsítási tartományon belül -

fokozatosan növelhető az f2 üzemi határfrekvenciáig. A karakterisztika alapján meghatározható, hogy adott üzemi nyomatéknál emkkora az

indítási-, illetve az üzemi határfrekvencia. Természetesen a tényleges működtetési frekvenciákat ezen értékek alatt kell megválasztani, hogy se az indításnál, sem pedig a folytonos forgatásnál ne legyen lépéstévesztés. Az indításhoz hasonlóan a leállításkor is történhet túllendülésből eredő lépéstévesztés. Amennyiben egy lépésben szüntetjük meg a gerjesztő impulzussorozatot, akkor a

tehetetlenségi nyomaték további lépéseket eredményezhet. A pontos pozicióba állításnál, mindhárom üzemelési szakaszban biztosítani kell a tévesztésmentes léptetést. Vezérléskor betartandó viszonyokat a 20. ábra szemlélteti.

20. ábra Az f1 frekvenciájú vezérlőimpulzus egy lépésben be-, vagy kikapcsolható. A nagyobb

f2 frekvenciájú üzemi forgatásra történő felgyorsítás, illetve errőla lelassítás csak fokozatosan történhet. A változás lehet lineáris (c), vagy egyéb időfüggvény szerinti (a,b). A feladat határozza meg, hogy végső pozíció elérésének ideje döntő-e. Amikor nem

lényeges az idő, akkor elégséges a hajtás f1 frekvenciájú léptetése. A gyorsabb pozicióba éréshez, gyorsítási, üzemi mozgatási, és lassítási szakaszokra kell bontani a vezérlést. Az utóbbi választásakor léptetőmotoros hajtás jellemzőinek ismeretében 18.oldal


2. félév

határozhatjuk meg azt a frekvenciaváltoztatási

(df/dt) sebességet, amelynél még

nincs lépéstzévesztés. Az esetek többségében ismerjük a választott motor üresjárási paramétereit – start/stop frekvencia, indítási nyomaték, és a statikus jellemzők -, mivel ezeket a gyártó megadja. A

megvalósítandó hajtás jellemzőit – az üzemi nyomatékot, az indítási-, és az üzemi határfrekvenciákat méréssel célszerű meghatározni. A mért értékek alapján kell kiszámítani a a hajtás indításához, gyorsításához- lassításához, szükséges frekvenciaváltozásokat. A 21. ábrán egy ML nyomatékkal terhelt léptetőmotoros hajtás – méréssel meghatározott

nyomaték-lépésfrekvencia karakterisztikája látható. A karakterisztikából kiindulva határozzuk meg a vezérléshez szükséges léptetési frekvenciákat. A hajtást biztonságos indítása csak az indítási határhoz tartozó értéknél – a határgörbe, és az ML nyomaték-egyenesének metszése - kisebb frekvenciájú jellel történhet. Az ábrán az N munkaponthoz tartozó f1 frekvenciát választjuk, amelyhez az Mgy1 gyorsító nyomaték tartozik. A megengedhető legyorsabb üzemi forgatás frekvenciája ugyancsak alacsonyabb kell legyen a határtákhez tartozónál, mert ekkor már nincs nyomatéktartalék. A szükséges

Mgy2 értékű nyomatékkal biztosíthatjuk a lpéstévesztés nélküli üzemi mozgatást, vagyis a gyorsításnál csak az f2 frekvenciáig szabad eljutni.

21. ábra A választott határfrekvenciák után a frekvenciaváltoztatás sebességét, illetve módját kell meghatároznunk. Előszőr azt állapítsuk meg, hogy az adott nyomaték, és terhelés esetén mekkora lehet a frekvenciaváltoztatás. A szükséges gyorsítónyomaték:

Mgy = Q

dw dt

ahol Q a rendszer tehetetlenségi nyomatéka (inercia), és w a szöggyorsulás. A gyorsítási-lassítási szakaszokban

f = f0 ±

19.oldal

df t dt


2. félév

ahol f0 a változtatás kezdőfrekvenciája, és az előjelet kell megfelelően alkalmazni. A megengedhető frekvenciaváltoztatás az

M df 180 = min dt Q pa

összefüggés alapján számítható ki. A frekvencia lineáris változtatásakor az Mgy gyorsítónyomaték, és a Q tehetetlenségi nyomatéktól, és a léptetőmotor k lépésszámától az alábbi egyenlőtlenség alapján választható meg a változtatás megengedett mértéke: df k M gy £ =K pQ dt

A leírt egyenlőtlenségbe helyettesítve a gyorsítónyomaték minimumát (Mgy2 –t) kiszámíthatjuk a motorra jellemző K értéket. Ennek ismeretében már meghatározhatjuk a frkvenciaváltoztatás léptékét Df-t, és a változtatás időbeli lépéseit Dt–t. A két érték közül egyiket választhatjuk szabadon, majd ezt követően kapjuk a másik változtatásának lépéseit. A változtatás meredekségét a K-t soha nem szaban túllépni. A biztonságot jelenti az, hogy a gyorsítási tartományban megválasztott legkisebb nyomatékkal számolunk. A kétfázisú léptetőmotorok kellemetlen tulajdonsága a lengési hajlam. Mivel a nyomatékgörbe (lásd 7. ábra), ezért minden léptető impulzus hatására a forgórész leng. A lengés mechanikus (pl surlódás növelése), illetve villamos csillapítással ( pl helyes R/L viszony beállítása) csökkenthető. A vezérlés megfelelő kialakítása is hozhat eredményt. A 22. ábrán

látható görbék különböző csillapitási viszonyok melleti szögváltozástokat

mutatja. Az 1 jelű görbe a csillapítatlan eset. A 2 jelű mutatja a surlodó, és villamos csillapítás együttes hatását.

22. ábra

20.oldal


2. félév

Említeni kell még a motor pontos leállításánal szükséges vezérlést is. A 23. ábra a leállítás utolsó impulzusa körüli időbeli változásokat szemlélteti. Az utolsóelötti léptetőimpulzus hatására bekövetkező lengés maximumánál (A időpont) kell az utolsó

léptetést végrehajtani. Ekkor tullendülés, vagy visszalépés nélkül áll le a motor. A forgásirány-váltás (reverzálás) akkor lesz sikeres, ha a D időpontban kapja az impulzust a fázistekercs.

23. ábra A következőekben röviden áttekintjük a kétfázisú léptetőmotorok vezérlési megoldásait. 1.1.5.

Léptetési módok.

A léptetés történhet Þ teljes – természetes – lépéses (Full step), Þ fél – lépésfelezés – lépéses (Half step) és Þ mikrolépés -es üzemmódban. A felosztás az egy pólus-pár által meghatározott szögelfordulás alatt megtett lépések számára utal. A teljes-, és féllépésű léptetésnél a tekercs gerjesztését 0, +Ig és -Ig között kell változtatni. Mikro-lépésnél a gerjesztés - a szélsőértékek között több diszkrét lépésben változik. Az egyes léptetési megoldásokat szemléltetik a következő ábrák két póluspár esetében. A 24. ábrán láthatjuk a teljes lépésű (full-step) léptetést, ha egyidejűleg csak egy fázistekercs egyik fele kap gerjesztést. Ezt a változatot pólus - alatti vezérlésnek is nevezhetjük. A 25. ábra szerinti léptetés ugyancsak teljes lépésű, de mindkét fázistekercs egyik fele kap egyidejűleg gerjesztést, ezért a pólusok közé áll be a forgórész (pólus-

közötti vezérlés). A szemléltetett motor - mindkét vezérlési megoldásnál - négy lépés alatt tesz meg egy teljes körülfordulást.

21.oldal


2. félév

A 26. ábrán látható megoldásban felváltva egy, illetve két féltekercsen folyik át gerjesztő-áram. A motor nyolc lépés alatt fordul egyet. Ezt nevezzük lépés-felezéses vezérlésnek.

24. ábra Teljes – természetes - lépés egy fázis gerjesztésével

25. ábra Teljes – természetes - lépés két fázis gerjesztésével

22.oldal


2. félév

26. ábra Fél – lépésfelezéses - lépésű működés 1.1.6.

Vezérlési táblázatok

A következő táblázatokban foglaljuk össze a különböző meghajtásoknál alkalmazható vezérlési sorrendet. A táblázatok alapján lehet meghatározni a választott meghajtó kapcsolás tranzisztorainak a vezérlését. Az Ig jelölés jelenti, hogy az adott fél-, vagy teljes tekercsen folyik áram. Az előjel pedig – a tekercs kezdethez viszonyított – áramirányt jelziUnipoláris (osztott) fázistekercs Bipoláris (osztatlan) fázistekercs Természetes lépésű üzemmód (Egyidejűleg csak egy tekercsben folyik áram) ütem 1 2 3 4

L11 Ig 0 0 I

L21 0 Ig 0 0

L12 0 0 Ig 0

L22 0 0 0 Ig

ütem L1 1 Ig 2 0 3 - Ig 4 0

L2 0 Ig 0 - Ig

Természetes lépésű üzemmód (Egyidejűleg két tekercsben folyik áram) ütem 1 2 3 4

L11 Ig 0 0 Ig

L21 Ig Ig 0 0

L12 0 Ig Ig 0

L22 0 0 Ig Ig

23.oldal

ütem L1 1 Ig 2 - Ig 3 - Ig 4 Ig

L2 Ig Ig - Ig - Ig


2. félév

Lépésfelezéses üzemmód ütem 1 2 3 4 5 6 7 8 1.1.7.

L11 Ig Ig 0 0 0 0 0 Ig

L21 0 Ig Ig Ig 0 0 0 0

L12 0 0 0 Ig Ig Ig 0 0

L22 0 0 0 0 0 Ig Ig Ig

ütem L1 1 Ig 2 0 3 - Ig 4 - Ig 5 - Ig 6 0 7 Ig 8 Ig

L2 Ig Ig Ig 0 - Ig - Ig - Ig 0

A léptetőmotor vezérlési s zakas zai:

A léptetőmotorral megvalósított hajtásoknál a pozícióba történő vezérlés pontossága mellett, igény még a cél leggyorsabb elérése is. A megvalósításnál cél a megengedhető legnagyobb üzemi frekvenciájú léptetés, amelynél szükséges az alábbi három szakasz szerinti vezérlés megvalósítása. A vezérlési szakaszok az Þ indítás (felfuttatás), az Þ állandó szögsebességű hajtás, és a Þ leállítás (fokozatosan). Mindhárom szakaszban biztosítani kell, hogy ne legyen lépéstévesztés. Ezt egyrészt a megfelelő sorrendű gerjesztéssel másrészt, pedig azzal érhetjük el, hogy a sebesség

változtatásának mértéke nem haladhatja, meg az un. start-stop frekvenciát. A változó forgásirányú hajtásvezérlés is három szakaszú. A forgásirány változtatása, csak a motor nyugalmi helyzetében történhet. Ekkor lesz rángatás-mentes a váltás. A vezérlés csak az adott motor tulajdonságainak figyelembevételével végezhető el. Első lépésben ismerni kell a motort, és a hajtott rendszer nyomatékigényét. Ezek ismeretében határozható meg Þ az indítási-, leállítási határfrekvencia, Þ az alkalmazható üzemi-frekvencia. 1.1.8.

A léptetőmotorok illesztő áramkörei

A léptetőmotor meghajtó áramkörök feladata a szükséges teljesítményillesztés biztosítása. Az egyes tekercseken átfolyó áram nagyságát és irányát is változtatni szükséges. 24.oldal


2. félév

A két-fázisú léptetőmotorokat két alapvetően eltérő tekercselési megoldásban gyártják. Ezek

a

fázisonként egy-, illetve a kettős-, vagy osztott (két fél-tekercs)

fázistekercsű változatok. A fázisonként kéttekercsű megoldásoknál az egyes tekercsek kezdeteinek és végeinek megfelelő bekötésével azonos külső áramirány esetén is változtatható a belső mágnes-

mező iránya, unipoláris vezérlés. Az illesztő-, meghajtó áramkör tekercsenként egy-egy – megfelelő teljesítményű – elektronikus kapcsolóval megoldható. A 27. ábrán látható a meghajtó áramkör elvi kapcsolása. A motor négy fél-tekercsének közösített végei csatlakoznak az Ut tápfeszültség pozitív pólusához. A tekercsek másik végeire egy-egy

teljesítmény tranzisztor (darlington kapcsolású) kapcsolja – a vezérlés sorrendjében – a tápfeszültség negatív pontját.

27. ábra A lengések csökkentésének egyik módja, hogy a motortekercsekkel sorba kötünk ellenállást. Az optimális megoldás, ha a külső ellenállás a tekercs ohmos ellenállásának

háromszorosa. A fázisonként egytekercsű motorok esetében a belső mágnes mező irányának változtatása csak a gerjesztő áramok irányváltoztatásával oldható meg. Ezt híd-kapcsolású illesztő áramkörökkel lehet megoldani. A motorvezérlésekhez fejlesztett (LM 298 típusú) – két teljes hidat tartalmazó – áramkörének kapcsolási vázlata látható a 28. ábrán.

25.oldal


2. félév

28. ábra A motor tekercseinek induktivítása miatt szükséges védő diódákat alkalmazni- A 29. ábrán az egyik hídhoz brkötött diódák láthatók. Ugyanitt szemléltettük a vezérlő áramot valamint a kikapcsoláskor a diodákon záródó kiegyenlítő áramot ----.

29. ábra

26.oldal

_._.


2. félév

1.1.9.

A meghajtó áramkörök vezér lése

1.1.10.

Példa

X irány X irányú vonóorsó

tálca

a tálcát mozgató léptetőmotor LMx

NYÁK x=0 y=0 pozició

kocs

Y irányú vonóorsó Y irány

a kocsit mozgató léptetőmotor LMy

kezelőpult

OE CLK EX IX EZ

G A L

O P x

FHx

LMx

O P y

FHy

LMy

IY

30. ábra

27.oldal


2. félév

31. ábra

32. ábra

28.oldal


2. félév

1. 2. Pozíci ósz abál yozá s sz ervo mo to ro s ha jt ás sal A szervomotorok csaknem minden esetben valamilyen szabályozott hajtás végrehajtó szervei. A leggyakoribb szabályozott jellemzők: az áram, a nyomaték, a fordulatszám (szögsebesség), valamint a pozíció.

A szervomotor

1.2.1. A

villamos szervomotorok

tulajdonságokat

az

olyan

igényeknek

villamos gépek, amelyeknél a jó szabályozási megfelelő

szerkezeti

megoldásokkal

érik

el.

A

szervomotorok bemenö jele a motorra kapcsolt feszültség, vagy áram, kimenő jele pedig szögelfordulás, vagy mechanikai szögsebesség. A szervomotorokkal szemben támasztott követelmények: a) a motor a szőgelfordulást, vagy az üj szögsebességre való beállást minél gyorsabban hajtsa végre. Ehhez az szükséges, hogy a motor idő (T, és T kicsik legyenek; b) a fordulatszámmal arányos szögsebesség széles tartományban legyen változ tatható (az nmax/nmin arány, az ún. átfogás szervomotoroknál szokásos értéke: 100.. 1000, szemben a hagyományos gépekkel, ahol ez az érték 10.. 100); c) a motor nagy indító-, és fékezőnyomatékkal rendelkezzen (egy szervomotor- nál az I. vagy az ezzel arányos M arány értéke 3... 10 szemben egy hagyományos géppel. ahol ez az arány l,53); d) a motor w(M) jelleggörbéje lehetőleg lineáris legyen; e) a forgásirányváltás egyszerűen legyen megoldható; vezérlő feszültség nélkül a motor álljon le. A szervoniotornál a elóbb felsorolt igények teljesítése a fó cél — vagyis nem az elektromechanikus átalakítás — ezért a szervomotorok hatásfoka gyakran rosz szabb, minta hagyományos villamos gépeknél megszokott érték. A motorválasztékban vannak egyenáramú és váltakozóáramú szervomotorok is. A legtöbb alkalmazásban az egyenáramú szervomotorokat használják. A következőkben áttekintjük az egyenáramú szervomotorok leg jellemzőbb változatait és tulajdonságait.

29.oldal


·

2. félév

Egyenáramú s zervomotorok

A korábban felsorolt követelmények teljesítését elsősorban

a szerkezeti felépítéssel

biztosítják. a. A kis tehetetlenségi nyomatékot egyrészt a hossz növelésével érik el. A motor hosszú, csöszerű felépítésű (rúdmolornak Is szokták nevezni). Egy ilyen szervomotor felépítését mutatja a 33.. ábra.

33. ábra b. A mágneses tér kis vezetőképességeet érik el, hogy az

armatúra vezetéket nem

ágyazzák vasba (vas mentes forgórész). Ennek e módszernek az előnyei: a villamos éa az elektromechanikai időllandó egyidejű csökkentésén kívül (a forgórész tehetetlensége lecsökken a kis tömeg miatt) kicsi lesz a kammutáló menetek induktivítása, azzal együtt a reaktancia feszültség is.. Így elhagyható a segédpólus, vagy a kommutáló áram lényegesen nagyobb lehet. Ilyen megoldás a forgórész kosárszerű kialakítása, amit a 34. ábra szemléltet.

34. ábra

A hornyolás hiánya a nyomatékot a kerület mentén – egészen kis fordulatszámoknál – is egyenletessé teszi. A vas hiányának hátránya, hogy az adott teljesítményhez szükséges mágneses térhez nagyobb gerjesztés szükséges. Másik hátrány, hogy a tekersceket rögzítő műgyanta hővezetése kicsi ezért romlik a hőelvezetés. A 35. ábrán a kosaras motor fényképe látható. 30.oldal


2. félév

35. ábra Gyakori a szervomotorok között a forgórész tárcsaszerű kialakítása, és ezzel együtt a hasznos fluxus axiális iránya is. Két motortipus terjedt el: - a nyomtatott áramkörös forgórészú tárcsamotor - és a tekercsett forgórészű tárcsamotor. A nyomtatott áramkörös forgórészű motorokban az armatúra-vezetőket

nyomtatott

áramköri technikával készítik. A nyomtatott áramkör többrétegű is lehet. A nyomtatott áranikör egyben kommutátorként is használt. A motor szerkezeti felépítését a 36.ábra mutatja.

36. ábra

31.oldal


2. félév

A huzaltekercseléses forgórészű tárcsamotor szerkezeti felépítése a 37. ábrán látható. A gép axiális fiuxusú, az armatúra tekercselemek és a mágnesek is körcikk szerűek.

37. ábra c. A szervomotor elektromechanikai időállandóját csökkenti, ha nagy a gép fiuxusa. Ilyen szempontból, és az annatúrareakció közömbösítésére is előnyös nagy koercitív erejű mignesek alkalmazása. 1.2.2.

Szervomotoros hajtások

A pozicióba vezérlés fontos követelménye, hogy a motor adott pozióba történő megállítása aperiodikusan történjen. A 38. ábrán bemutatott lefolyású kell legyen a szögsebesség és az áram időbeli változása.

38. ábra

32.oldal


·

2. félév

A hajtás főáramköre

A szervomotorok esetén a fordulatszám változtaás a motorra jutó kapocsfeszültség változtatásával történik. A 39. ábrán az egy-, két- és négynegyedes IGBT tranzisztoros szaggató áramkörk kapcsolását rajzoltuk fel. A hálózati diódás egyenirónyító híddal egy kőzbensőköri pufferkondenzátort töltünk és a motorra jutó feszültséget szaggató kapcsolással, impuIzus- modulációs (ISZM) módszerei változtatjuk.

39. ábra Az ISZM alapfrekvenciája a jelenleg alkalmazott térvezezérlésü- (FEl’) és szigelell vezérlöelektródájt bipoláris (IGBI tranzisztorok esetén 520 kHz. Az armatúrairam simitásához Igy külön siniitó fojtótekercs legtöbbször nem szükséges, a táplálás feszültséggenerátoros jellegű. Az alkalmazott hídkapcsolás négynegyedes üzemet biztosíL Fékezé a viszáramdiódák működnek, melyek megemelik közbenső egyenáramú kör feszültségét (a és b ábrák). A fékezési energiát vagy ellenállásori fékcsopper segítségével disszipálják (c ábra), vagy egy másik, hálózati koninutíciós árainir segítségével visszatápláljáic a hálózatba.

33.oldal


·

2. félév

A hajtás szabályozása

A 40. ábrán egy ISZM szaggatós egyenáramú hajtás áramszabályazó hurkánakegy kicsit részletesebb felépítését rajzoltuk fel. Figyeljük meg hogy a vezérlés nem függ a forgórész helyzetétől.

40. ábra A kis- és küzepes teljesítményű szervomotorok szabályozását végző ISZM á ramszabályozó körökben ma már szinte kizírólagosan feszültségvezérelt (kisebb feszültségek esetén FET-, közvetlenül a hálózatról táplált főáramkörök esetén pedig FET és a bipoláris tranzisztorok előnyös tulajdonságait kihasználó IGBT-ket használunk kapcsoló elem (FET: Field Effect Traosistor és IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor.) A feszültségvezérlés nagy előny, mert a lassú tirisztorokhoz képest elmaradnak a drága és nagyméretű oltókörök, a bipoláris tranzisztorokhoz képest pedig a viszonylag nagyteljesítményű meghajtó áramkörök. Kisebb feszültségeknél zajvédelmi okokból, nagyobb feszültségeknél pedig a többnyire számitógép-vezérelt

teljesítményelektronika

leválasztására

a

tranzisztorokat

opto-

csatolókon keresztül vezéreljük úgy, ahogy azt a 40. ábrán felrajzolt blokkváziat mutatja. Az ábrában szaggatott vonallal jelöltük az izoláció halárvonalát. A szigetelési szint szokásos értéke 1500…..2500 V amit az alkatrészek elhelyezésénél, vagyis a nyomtatott áramkör tervezésénél figyelembe kell venni.

34.oldal


2. félév

41. ábra Hasonló szigetelési prob lémák lépnek fel egy hídág vezérlésekor a hidág negatív és pozitiv sínhez kapcso lódó meghajtóinak elkészitésénél. Mivel ezeket a tranzisztorokat legtöbbször egyeten teljesítmény modulba építik be, célszerű a meghajtókat is egyetlen nyomtatott áramköri lapon a modul közvetlen közelében, vagy magukon az elemeken elhelyezni, ügyelve az említett szigetelési problémákra. A vezérlő jelátvitele a főáramköri oldalra és az esetleges hibajel vísszajuttatása onnan az ismertetett megoldásban optocsatolókkal történik. Az ilyen célokra használt optocsatolók azonban lényegesen gyorsabbak (késleltetési idejük kisebb, mint 1 us; átviteli sebességia I Mbitls körüli érték) és lényegesen jobb közös módosú zavarvédettséggel rendelkeznek (=10

kV/jas

feszültségváltozási

sebességgel

szemben

érzéketlenek),

minta

hagyományosak. A mikroszámftógéphez illesztésre tervezett infonnációelektronikai oldalon helyezkedik el a hibatároló, valamint az azonos hidágban elhelyezkedő tranzisztorok egymáshoz képesti késleitetését biztosító ún. holtidő (dead-time) generátor. A dead-time generátor biztosítja, hogy azonos hidágban elhelyezkedő tranzisztorok esetén a bekapcsolni kivánt tranzisztort csak a még vezető tranzisztor kikap csolása után bizoayos késleltetéssel (dead-time) 35.oldal


2. félév

tudjuk bekapcsolni. A holtidő érté ke l.3 us, melynek kívánt értékét pl. monostabil multivibrátorral tudjuk beállítani. Olyan alkalmazások esetén, amelyek nem igényelnek ilyen késleltetett bekapcsolást (pi. a kétfázisú vezetésekkel dolgozó elektronikus kommutációjú motorok), holtidő-generátor ki is hagyható a kapcsolásból. A hibatárolót (ami rendszerint egy D-tár) a processzor oldalról a hidengedélyező jellel tudjuk meghajtás-engedélyezésre állítani, a tiltás jellel pedig törölni. Föáramköri oldalról az IGBT hibája esetén a tárolót az OCS2 optocsatolón keresztül a védelmi áranikör törli. Ez úgy történik, hogy hiba, vagy a hidág tiltása esetén a Ti tranzisztor logikai O állapotba húzza a közös hiba-jelvezetéket (amelyre az összes további meghajtó fel van fűzve), és így tiltja az többi meghajtó működését is. A hibát LED-diódajelzi ki szelektiven, továbbá a hiba jelvezetékkel a processzor meg szakitási rutiiiját is aktivizílhatjuk.

1. 3. Pozíci óv ez érl és aszi n kr o n mo t or os h aj tá ssal Egy a lényeg, néha jól jönne ha a motorok fordulatszámát úgy lehetne fokozatmentesen változtatni, hogy közben sem a hatásfok nem romlana, sem a teljesítmény nem csökkenne jelentősen. Erre is több megoldás van, az egyik a speciális motor és motorvezérlő alkalmazása. Pl. egyenáramú hajtás. Ezzel viszont az a probléma, hogy speciális DC motor kell hozzá, ami drága. Az lenne a jó, ha az egyszerű, közönséges és elterjedt, ezért olcsó aszinkron motorok fordulatszámát

tudnánk

fokozatmentesen

változtatni.

Erre

csak

a

frekvencia

változtatásával lehetünk képesek. Pontosan ezt csinálják az úgynevezett frekvenciaváltók, vagy VFD-k (Variable Frequency Drive). A frekvenciaváltó tehát egy olyan készülék, amibe bevezetjük az áramot és a kimenetére aszinkron motort kapcsolunk. A frekvenciaváltó a motorra nem 50Hz-et, hanem egy (bizonyos határok között) tetszőlegesen változtatható frekvenciát ad.

36.oldal


1.3.1.

2. félév

A frekvenciaváltó

Egy háromfázisú frekvenciaváltó tipikus felépítése az alábbi:

42. ábra 1. Betáplálás. Jellemzően 3x400V AC 2. Három fázisú egyenirányító híd, amely egyenáramot állít elő 3. Közbenső kör 4. Szűrőtekercsek 5. Nagy kapacitású szűrőkondenzátor, amelyen előáll a közbenső köri szűrt, kb 520V-os egyenfeszültség 6. Félvezetős kapcsoló üzemű teljesítmény fokozat. Három fázisú tranzisztor híd (általában IGBT), amely a közbenső köri DC feszültségből PWM jel segítségével előállítja a motor számára a változtatható frekvenciát és feszültséget 7. A meghajtott hagyományos 400V AC aszinkron motor Vezérlő elektronika amely vezérli a teljesítmény fokozatot, ellenőrzi az üzemi körülményeket, előállítja a kimenő jeleket, kezeli a bemeneteket, lehetővé teszi a paraméterezést, stb A hálózati feszültséget először egyenirányítja és szűri (2, 3), így egyenfeszültség jön létre. Egy félvezetős 3 fázisú kapcsoló híd (6) ebből az egyenfeszültségből PWM (impulzus szélesség moduláció) segítségével előállítja a tetszőleges frekvenciájú (pl.: 0-132Hz) szinuszos átlagértékű 3 fázisú motorfeszültséget.

43. ábra 37.oldal


2. félév

Az ábra ezt a PWM jelet és a PWM jel átlagértékeként előálló szinuszos jelet ábrázolja egy fázison. A PWM modulációra azért van szükség, mert ezzel lehet megfelelő hatásfokot elérni. A frekvenciaváltó működését a vezérlő egység (8) koordinálja. Ez hozza létre a PWM vezérlő jelet a híd számára, veszi a külső parancsokat, ellenőrzi az üzemi körülményeket, realizálja a több szintű védelmet, stb. A továbbiakban a frekvenciaváltót önálló készüléknek tekintem. Egy "fekete doboz, amiből drótok jönnek ki". A

frekvenciaváltót

digitális és analóg

jelekkel lehet

vezérelni, vagy

valamilyen

szabványos ipari kommunikációs vonalon (közönséges RS422, Modbus, Profibus, stb.). Gyakori a digitális be és kimenetek felhasználása a vezérlésre. A digitális bemenetek általában kontaktust vagy 0/+24V DC feszültséget fogadnak. A digitális kimenetek nyitott kollektoros tranzisztor kimenetek vagy relé kontaktusok. Analóg jel általában 0/10V-os feszültség, vagy 0-20/4-20mA áramjel. Ettől eltérő megoldások is léteznek, pl. impulzus bemenet, ahol az alapjelet egy négyszögjel frekvenciája határozza meg. Egy frekvenciaváltó funkciói ·

Motor fordulatszámának fokozatmentes változtatása

·

Elektromechanikus fékkel szerelt fékmotorok kezelésének képessége

·

A motor védelme (túláram, túlterhelés, hőmérséklet védelem)

·

Motor fáziskiesés és fázis zárlat és földzárlat védelem

·

Hálózati fáziskiesés és túlfeszültség védelem

·

Frekvenciaváltó túlterhelés és túlmelegedés védelem

·

Nyomatékvezérlés

·

Zárt és nyílt hurkú sebesség vagy nyomatékszabályozás

·

Vezérlő ki és bemenetek vagy azok egy részének funkciója programozható

·

Kommunikációs lehetőség számítógéppel, diagnosztikai és beállítási céllal

·

Digitális kommunikáció szabványos terepi buszon

·

Paraméterezés a készülékbe épített kezelőfelülettel

·

Automatikus motorillesztési lehetőség

·

Slip kompenzáció 38.oldal


2. félév

·

Rezonancia csillapítás

·

Beépített PID vezérlő

·

Többféle feszültség-frekvencia és nyomaték karakterisztika

·

Start, stop késleltetési lehetőség

·

Gyors leállítás

·

Egyenáramú fékezés, tartónyomaték

·

A motor generátor üzemű járatása (fékezés)

·

Speciális aszinkron motorok kezelése (pl. kúpos forgórészű emelő motorok, stb.)

·

Nem lineáris rámpa típusok

·

Analóg, több lépcsős, fel/le, buszos módú referencia alapjel

·

Teljesítmény monitor (motor áramfelvétele, számított fordulata, telj. felvétele, feszültsége, nyomatéka, stb.)

·

Statisztika és log (visszanézhető hibanapló, motor és frekv. váltó üzemóra számláló, újraindítás számlálók, stb.)

·

Több frekvenciaváltó esetén terhelés megosztás a DC körök sínre fűzésével

·

Háromfázisú kis teljesítményű motorok használata egy fázisú hálózatról

·

Széles teljesítmény választék (néhány 100W-tól 500-600-kW-ig)

1.3.2.

Szinuszos jel e lőállítása PWM-el

39.oldal


2. félév

2. PLC-k p rog ra mozás a A fejezetben röviden áttekintjük a Programozható Logikai Vezérlők programozási nyelveinek fejlődését. Részletesebben ismertetjük az IEC1131-3 szabványnak megfelelő programnyelveket

2. 1. A P L C t íp us o nké nt i pr o gr a m o zá s A PLC-k fejlesztésének, illetve alkalmazásuknak kezdeti szakaszában cca. 1968 – 1993 között a gyártó cégek saját programozási környezetet, valamint ehhez illeszkedő nyelveket használtak. Bizonyos fokig már ezek között is volt hasonlóság. Mindegyik változatban használták a Þ létra-diagramot, az Þ alapvető funkcionális blokkokat, valamint az Þ utasítás listát. Az Intézet oktatásának keretében a hallgatók megismerkedtek a Modicon, a Siemens, az

Omron cégek programozható vezérlőinek alkalmazásával, valamint programozásukkal. A PC-k megjelenése (1981) előtt – a PLC-k hez soros vonalon illesztett - programozó

készülékeket (bőröndöket) alkalmaztak. A MODICON készített először képernyőn, grafikus szimbólumokkal programozható készüléket a P180, és a P190 típusúakat, amelyek CP/M rendszerben – Intel 8080 mikroprocesszorral – készültek. Jelentős változást a PC-k alkalmazása eredményezett. A kompatibilis személyi számítógépeken futtatott integrált programfejlesztői környezeteket alkalmazták, illetve ma is sok helyen alkalmazzák Az első változatok még DOS környezetben futottak. Az elmúlt mintegy másfél évtizedben a Windows, illetve Unix operációs rendszerekben futó fejlesztői programok hódítottak teret. A multi-taskos programfuttatás biztosítja a segítség (help), és egyéb szolgáltatások, pl adatbázis módosítás valós idejű alkalmazását. Például a MODICON PLC-k az LL984 jelölésű létradiagram nyelvezettel programozhatók. Ez a programozási nyelv a cég első PLC-inél (pl. Modicon 484 képernyős programozása) alkalmazott programozás továbbfejlesztése a PC-s környezetben való programfejlesztéshez. A

MODSOFT jelű program-fejlesztői környezet - DOS alatt futtatható - alap változatát az 1980-as évek közepén fejlesztették ki. A PC-k fejlődése, főleg sebességük számottevő változása újabb verziókat, illetve (update) igényelte. A Windows alatt futó, és multitask-os programfejlesztési környezet a ProWRX. 40.oldal


2. félév

2. 2. A P L C pr o gr a m o z á s i ny e lv e k s za b v á n y o s ít á s a Az első félévben foglalkoztunk a PLC –k programozásának fejlődésével. Röviden vázoltuk a típusonkénti programozásokat. Ismertettük IEC1131-3 szabványnak megfelelő programnyelvek közül a Ø

Ladder Diagram LD

-Létra diagram szimbólumokkal

Ø

Function Block language FBD

-Funkció blokkos programozás

Ø

Instruction list IL

-Utasítás lista írása

Nyelvek utasításait, legfontosabb jellemzőit. A fejezetben a két legújabb programozási nyelv a Ø

Sequential Function Chart SFC

-Gráf jellegű programozás

Ø

Structured text ST

-Strukturált szöveg magas-szintű nyelv

jellemzőit ismertetjük. A jelentősebb PLC gyártók (Schneider, Siemens, Omron, Allen-bradley) a saját készülékeikhez alkalmazható fejlesztői környezeteket kifejlesztették. 2.2.1.

Sorrendi ve zérlésekhe z az SFC ( Sequential

Function Chart). A sorrendi vezérlések tervezésénél már ismertettük az állapot-gráf segítségével való működési leírást. Emlékeztetőül nézzük meg az állapotgráf felépítését. A 44. ábrán látható állapotgráfot elemezzük. X0, X3 Y0 Z0

X0 X2

X1

X2

Y3 Z3

X1, X2, X3 Y1 Z1

X3 X2 X1

X0

Y2 Z2

X0, X1, X3 44. ábra 41.oldal


2. félév

A gráfból leolvasható, hogy a szekvenciális hálózatnak négy állapota (ütem, lépés, step) van. Az ütemekben kiadott állapotkombinációk (állapot azonosítók)

Y0, Y1, Y2, Y3. A bemeneti

kombinációk X0, X1, X2, X3, és a kimeneti jelkombinációk (akciók) Z0, Z1, Z2, Z3 száma is négy. Vizsgáljuk az Y2-vel jelzett állapotot. Ebből az állapotból csak az X2 bemeneti jelkombináció a hálózatot új állapotba vezérli, míg az X0, X1 és X3 nem. Az hogy minden állapothoz csak egyetlen kimeneti kombináció tartozik, utal arra, hogy a megvalósítás Moore modell szerinti. Az SFC egy grafikus programozási nyelv, amely az állapot-gráfhoz hasonlóan írja le a sorrendi folyamatot. Az egyes cégek fejlesztői környezeteiben kissé eltérőek az alkalmazott szimbólumok, a fejlesztési lépések. Mindezek ellenére az alapvető szemlélet azonos.

Megjegyzés: Siemens STEP 7 programozó szoftverben az grafikus sorrendi programot GRAPH -nak nevezi, mivel az SFC rövidítést már használja a rendszer függvények (System Function Control) megnevezésére

Az SFC programozási nyelv „eredete” a Telemecanic cég Graf-cet elnevezésű grafikus programfejlesztő nyelve. Az SFC nyelv alkalmazásával minden típusú – egy-, és több szekvenciájú vezérlés programja viszonylag könnyen fejleszthető. A következőkben a „nyelv” elemeit, a programozás lépéseit foglaljuk össze. A fejezet befejezésében példákon mutatjuk be a különböző fejlesztői környezetekben, hogyan kell programot fejleszteni. A 31. ábrán az előzőleg megrajzolt állapotgráfos függvénymegadás (45. ábra) SFC nyelvű „programja” látható. Külön jelöltük az alapvető funkciókat.

42.oldal


2. félév

Inicializáló ütem

Elágazás

Ütem Akciók

Ütem Ütemváltás

Ugrás az adott ütemre

Ütemváltás feltétele

45. ábra A továbbiakban tekintsük át az egyes elemek funkcióját, valamint a megismert

fejlesztői

környezetbeli eltérő jelölésüket. Ø

Az SFC nyelv elemei

1. Állapototk Az állapotgráfos leírásnál az egyes ütemeket (állapot) körrel jeleztük. A PLC-s programozásnál – szoftverenként kissé eltérően – egy téglalappal adják meg az egyes állapotokat (46. ábra).

Step 7 jelölés (Siemens)

Unity Pro XL jelölés (Schneider)

Programmer jelölés (Omron)

46. ábra A három fejlesztői környezetben különböző az álllapot azonosítása. A baloldali ábrák szemléltetik, hogyan jelenik meg a beíráskor az ütem jele, amelybe automatikusan beíródik a 43.oldal


2. félév

soronkövetkező ütemszám. Az azonosító megváltoztatható. A Step7-ben az S betű utáni számozás, és az ütem neve változtatható. A Unity és a Programmer jelölésekben csak egy azonosító szerepel, amely felülírható. A kettős határoló vonallal jelölt állapot az inicializáló ütem. Egy gráfban csak egyetlen inicializálás alkalmazható.

2. Akciók Akciónak azt a logika műveletet nevezzük, amit az adott ütemben a vezérlésnek végre kell hajtania. Az akciók lehetnek §

egy adott változót (bitet) módosító utasítás, vagy

§

logikai függvénnyel megadott művelet.

A megadható alapvető bit műveletek jelölése és funkciója a következő: Müvelet jele N S R

operandusz bit bit bit

D

time

bit

DS

time

bit

L

time

bit

P0 P1

bit bit

Az adott változóra vonatkozó művelet az ütem időtartama alatt aktív az ütembe lépéskor 1-be írja (SET) az ütembe lépéskor 0-ba írja (RESET) az ütembe lépés után t idő múlva válik altívvá, és az ütem végéig marad aktív (DELAY) az ütembe lépés után t idő múlva válik akltívvá (DELAYSET) az ütembe lépéskor lesz akív, és t idő múlva válik inaktívvá az ütemből kilépéskor egy ciklusig aktív Az ütembe lépéskor egy ciklusig aktív

A felsorolt műveletek mindegyik környezetben alkalmazhatók. Megjegyzés: a SET és a RESET művelet hatása nem szűnik meg az ütem befejezte-kor, ezért egy következő ütemben kell az ellenkező utasítást kiadni.

3. Átmenetek (transition) Az átmenetek az állapotgráfos leírás nyilainak felelnek meg. Jelölésük – mindhárom fejlesztői környezetben – a 47. ábra szerinti. Csupán a szimbólumhoz rendelt feltételek jelölésében térnek el

47. ábra

44.oldal


2. félév

4. Elágazások Amikor egy állapotból több állapotba is lehet átmenet azt az állapotgráfban azzal jelöltük, hogy acsomópontból kiinduló nyilak más-más csomópontban végződtek. Az SFC jelöléseiben az állapot utáni vizszintes vonal, és abból kiinduló átmenetekkel adjuk meg. Kétféle elágazást különböztetünk meg. Az egy-vonalas az un. alternatív elágazás (48. ábra ), ami arra utal, hogy egy adott időpontban csak az egyik átmenet lehetséges. Amennyiben több állapotváltási feltétel is telejesül, akkor a balról első teljesül csak.

48. ábra A két-vonalas jelölést (49. ábra) a párhuzamos elágazás. Ilyen esetben mindegyik elágazásban adott akciók be kell fejeződjenek ( nem feltétlenül egyidejüleg ), és csak azt követően folytatódhatt művelet sor.

49. ábra 45.oldal


2. félév

5. Ugrások Az ugrás azt mutatja meg, hogy az elötte lévő transitio feltételének teljesűlése után melyik ütem végrehajtása következik. Az 50. ábrán mutattuk be, hogy a különböző softverekben ezt hogyan kell jelezni. Az a.ábra Step7, a b. Uniti és a c. a Programer. A Uniti programozásban is lkalmazható a vonalas összekötés.

a.

b.

c.

50. ábra A következőekben tömören ismertetjük azt, hogyan kell az egyes fejlesztői környezetekben megvalósítani az SFC (Graph) nyelvű programozást.

§

Step7

Az adott állapothoz tartozó akciótáblázat egyik sorára kattintva a jobb gombbal jelenik meg az 51.ábrán látható táblázat. Innen választhato ki az új akció. A kiválasztás után kell beírni a megjelenő sorba az utasítást és az operanduszt.

51. ábra

46.oldal


2. félév

Az egyes utasítások kiválasztásában a Help nyújt segítséget. (Az operandusznál a beírás kezdetekor megjelenik a szimbólumtábla). A fejlesztői környezetben a leírtaknál több akció is progrramozható, amelyek szintén a Help-ből ismerhetők meg. Az akcióként funkció (FB) blokkok és egyéb függvények (FC,SFC) is hívhatók. §

Unity

Az adott ütemhez tartozó akciók megadásához elöszőr az ütemre kettőt kattintva megjelenik az 52. ábra szerinti ablak. A baloldali oszloban választható ki a művelet, mellette az időzítés (ha szükséges) majd a operandusz. A művelet a New action gommbal nyugtázható. Lehetőség van egy már beírt művelet módosítására, vagy törlésére.

52. ábra Amikor logíkai függvényben kívánunk akciót megadni, akkor a Section mezőt kell kiválasztani és a függvénynév megadása után írható (Edit Action Section) – a négy kiválasztható nyelv valamelyikén – a függvény. (53. ábra)

53. ábra 47.oldal


2. félév

A megfelelő nyelv kiválasztása és az „Edit Action section” gomb lenyomása után már a nyelv editorában szerkeszthető az új akció függvénye. §

Programmer

54. ábra

55. ábra

48.oldal


Ø

2. félév

Példa az SFC nyelvü programozás alkalmazására

56. ábra 2.2.2.

Strukturált s zöve ges ST (Structured Text)

2.2.3. Ø

Az ST nyelv utasításai

IF...THEN...END_IF

IF NOT...THEN...END_IF

IF FLAG THEN C:=SIN(A) * COS(B) ; B:=C - A ; END_IF ;

IF NOT FLAG THEN C:=SIN_REAL(A) * COS_REAL(B) ; B:=C - A ; END_IF ;

IF A>B THEN C:=SIN(A) * COS(B) ; B:=C - A ; 49.oldal


2. félév

END_IF ;

CASE...OF...END_CASE CASE szaml OF 0 : Lp1:= 0;Lp2:= 0;Lp3:= 0;Lp4:= 0;Lp5:= 0; 1 : Lp1:= 1; 2 : Lp2:= 1; 3 : Lp3:= 1; 4 : Lp4:= 1; 5 : Lp5:= 1; ELSE Lp1:= 0;Lp2:= 0;Lp3:= 0;Lp4:= 0;Lp5:= 0; END_CASE; ELSE

ELSIF...THEN

IF A>B THEN C:=SIN(A) * COS(B) ; B:=C - A ; ELSE C:=A + B ; B:=C * A ; END_IF ;

IF A>B THEN C:=SIN(A) * COS(B) ; B:=SUB(C,A) ; ELSIF A=B THEN C:=ADD(A,B) ; B:=MUL(C,A) ; END_IF ;

IF A>B THEN IF B=C THEN C:=SIN(A) * COS(B) ; ELSE B:=SUB(C,A) ; END_IF ; ELSIF A=B THEN C:=ADD(A,B) ; B:=MUL(C,A) ; ELSE C:=DIV(A,B) ; END_IF ; FOR FOR i:= 10 TO 1 BY -1 DO C:= C * COS(B) ; END_FOR ; FOR i:= 10 TO 10 DO x C:= C * COS(B) ; END_FOR ; FOR i:= 10 TO 10 BY -1 DO

(* BY < 0 : Backwards.loop *) (* Instruction is executed 10 x *) (* Unique Loop *)

(* Unique Loop *) 50.oldal


2. félév

C:= C * COS(B) ; END_FOR ; WHILE...DO...END_WHILE

REPEAT...UNTIL...END_REPEAT

x := 1; WHILE x <= 100 DO x := x + 4; END_WHILE ;

x := -1 REPEAT x := x + 2 UNTIL x >= 101 END_REPEAT ; EXIT FOR I := 1 TO 3 DO FOR J := 1 TO 2 DO IF FLAG=1 THEN EXIT; END_IF ; SUM := SUM + J ; END_FOR ; SUM := SUM + I ; END_FOR

UGRÁS

MŰVELET

IF var1 THEN JMP START;

fut := Be & NOT lep;

: : START: ... FÜGGVÉNY HÍVÁS FBI_3 (IN := fut PT := t#1s Q => lep ET => ido

(*BOOL*), (*TIME*), (*BOOL*), (*TIME*) );

FBI_2 (CU := lep R := veg PV := mo Q => veg CV => szaml

(*BOOL*), (*BOOL*), (*INT*), (*BOOL*), (*INT*) );

51.oldal


Ø

2. félév

Példák az ST nyelvü programozás alkalmazására

Futó fényt vezérlő program a Unity Pro XL környezetben

52.oldal


2. félév

Kombinációs feladat táblázatos megoldására Unity Pro XL környezetben 5

Ki = å (0, 2,5,8,10,13,16,18,21,24,26,29)

MOVE_AREBOOL_INT ( BEM, bemenet );

(* bemeneti tömb beolvasása INT-be*)

eredm := FIND_EQ_ARINT ( Ig_tabl , bemenet ) ; (* érték keresés táblázatban*) IF eredm >= 0 THEN Ki := 1 ; ELSE Ki := 0 ; END_IF;

(* kimeneti érték állítása*)

FB létrehozása a STEP 7 fejlesztői környezetben FUNCTION_BLOCK FOR_EXA VAR INDEX: INT ; IDWORD: ARRAY [1..50] OF STRING; END_VAR BEGIN FOR INDEX := 1 TO 50 BY 2 DO IF IDWORD [INDEX] = ’KEY’ THEN EXIT; END_IF; END_FOR; END_FUNCTION_BLOCK

53.oldal


2. félév

3. Ir án yí tá si r endsz er ek f el üg yelet e

3. 1. M é r é s a da t gy űjt é s Ø

A mérésadatgyűjtés célja, és feladata

Mérésadatgyűjtésnek azt az automatikus méréssorozatot nevezzük, amely az irányított folyamat kiválasztott jellemzőinek értékét - meghatározott időpontokban (mintavételezés időpontja) - leméri és azokat egy adatbázisba, írja. A mintavételezés általában minden mért jellemzőnél azonos. Akkor, ha az egyes jellemzők változási sebessége nagyságrendekkel különbözik a mérési időpontok gyakoriságát is célszerű eltérőnek választani. Az osztott intelligenciájú irányítási rendszerekben a mérésadatgyűjtés szolgáltatja az alapadatokat ·

az irányítási stratégia meghatározásához,

·

az irányítás végrehajtásához,

·

a naplózáshoz,

·

az ellenőrzéshez,

·

a hibadiagnózishoz, stb.

3.1.1. Adatbázisnak

Adatbázis :

az adatok rendezett halmazát

nevezik. A

rendezés

szempontjai

különbözőek lehetnek. Gyakori az időpont szerinti rendezés, amely a mérésadatgyűjtésre is jellemző. Rekord az adatok azon csoportja, amely a rendező mennyiség ugyanazon értékéhez tartozik. Pl. az irányítási jellemzők azonos időpontban mért értékei. Mező a rendező mennyiség különböző értékeihez tartozó egyazon adatok csoportja. Pl. az egyik irányítási jellemző különböző időpontokban mért értékei. Az adatbázis értelmezéséhez, kiértékeléséhez leggyakrabban a táblázatos, vagy a grafikus megjelenítést használják. A táblázat egy sora a rekord, és oszlopai a mezők. A grafikus ábrázolásnál használhatók paraméterezett síkbeli, vagy térbeli - különböző formátumú és elrendezésű - megjelenítések. 54.oldal


3.1.2.

2. félév

Az autom atikus mérés (adatbázisgyűjtés) :

A hierarchikus szervezésű irányítási rendszerekben a jellemzők mérését és tárolását azon a szinten végzik, ahol az elsődleges felhasználásuk történik. Így az irányításban közvetlenül is használt változókat - pl. a szabályozás érzékelt jellemzői - az irányítási szinten, míg a csak a stratégiai, vagy naplózási célra szükséges jellemzőket a felügyeleti szinten mérik. Az egyes szintek között ipari-, vagy számítógépes hálózaton történik az adatösszesítés az egységes adatbázisba. Ahhoz, hogy a méréssorozat minél kevesebb időt vegyen igénybe célszerű szétválasztani a "nyers adat" mérését az adat feldolgozásától (konvertálásától, dimenzionálásától). Pl. egy analóg jellemzőt mérve a nyers adat az A/D átalakító kimenő jele. A jellemző dimenzióhelyes - tényleges mérőszámát az adatok feldolgozása során - a méréstől időben elkülönítve - kell meghatározni. 3.1.3. A mintavételezési idő

Mintavétele zési idő

tm

az az idő, amely egy adott jel két egymás utáni mérése között

eltelik. A mintavételes mérés pontossága javul, ha növeljük az időegység alatt végrehajtott mérések számát, vagyis csökkentjük mintavételezési időt. Azonos mérési pontosság más-más jelformáknál különböző mintavételezési idővel valósítható meg. Nézzük a leggyakoribb jelformáknál, hogyan célszerű megválasztani az időegység alatti mérések számát. §

Periodikus jelek:

A periodikus jelek mérésénél elfogadható közelítés, hogy a jel egy periódusa alatt vett minták száma, és mérési pontosság között fordított arányosság érvényes. Természetesen a mintavételezési idő csak az egyik tényező. Az alkalmazott mérő rendszer pontossága alapvetően megszabja az elérhető mérési pontosságot. A leírtakból következik, hogy 1 % mérési pontosságú mérőeszköz alkalmazáskor, periódusonként 100 mintánál több vétele már nem javít mérés minőségén. Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a periódusonként szükséges minták száma (n), és a mérőrendszer pontossága (p) között kapcsolatot az

n@ 55.oldal

1 p


2. félév

A mért jelek, az alábbi két csoportba sorolhatók: Ø állandó, vagy nagyon lassan, illetve Ø gyorsan változó jelek. (A változást mind a frekvenciára (periódusidő) mind, pedig az amplitúdóra vonatkoztatjuk). Az állandó, illetve a mérés időtartama alatt nem változó jelek esetében érvényes a Shannon elv, mely szerint periódusonként elégséges két mintát ismernünk Ilyen méréseknél a mintavételezési idő a periódusidő (Tj) fele. A mérést, és az adatok tárolását n/2 számú perióduson keresztül kell ismételni φ = 360/n fokos fázistolással. (42 .ábra)

φ

tp

57. ábra A gyorsan változó jeleknél egy periódus alatt kell az n db mintát lemérni és tárolni.(43. ábra) J

t

n minta periódusonként 58. ábra §

Nem periodikus jelek

A nem periodikus jelek kívánt p pontosságú méréséhez szükséges mintavételezési időt a jel legnagyobb meredekségű szakaszából lehet meghatározni. A leggyorsabban változó jelszakasz p értékű megváltozásához tartozó időt kell választani a mintavételezés ismétléséhez.(44. ábra) 56.oldal


2. félév

J

P t

tm

59. ábra A vizsgált jelnél megválasztható legkisebb

tm,

és ezzel a mérés pontossága függ a mérés-

adat gyűjtő rendszer felépítésétől. 3.1.4.

Mérés-adatgyűjtő rendszerek

A mérés-adatgyűjtés során mind analóg mind, pedig diszkrét (digitális) jelek sorozatos

mérése, és tárolása történik. A mérő-tároló rendszer felépítése alapvetően meghatározza, hogy mekkora lehet a leggyorsabb mintavételezés, amiből következik a mérhető jelek

határfrekvenciája. A rendszereket csoportosíthatjuk: Ø csatornaszám (a mérhető jelek száma), Ø a méréssorozat-, Ø és az adattárolás időbeli végrehajtása alapján. 3.1.5.

Adatgyűjtő rendszerek rends zertechnikai

felépítése Ahogyan az előzőekben már említettük a csatornaszám, valamint a mérés és adattárolás időbeli végrehajtása alapján – a többcsatornás rendszerekben - megkülönböztetünk: Ø soros mérést, soros tárolást, Ø párhuzamos mérést, soros tárolást, valamint Ø párhuzamos mérést, párhuzamos tárolást. A következőkben tekintsük át az említett megoldásokra alkalmas rendszerfelépítéseket.

57.oldal


2. félév

Soros mérésről, adattárolásról akkor beszélünk, ha az egyes csatornák jeleit időben egymás után méri, majd tárolja a rendszer. Értelemszerűen a párhuzamos eljárásnál az egyidejű mérés, és az azt követő tárolás is egyidejűleg történik minden csatornánál.

Csatornák.

A 60. ábra szemlélteti a soros mérő, soros tároló rendszer felépítését.

. .

Mérő átalakító

MUX

Adat tároló

… Vezérlő egység

60. ábra A vezérlő (program) először kiválasztja a mérendő csatornát, majd indítja a mérőátalakítót (pl. A/D átalakítást), majd az átalakítás befejezését követően tárolja a mért adatot a memóriába. Az eljárást idő-multiplex módszernek is nevezzük. Az eljárás a leglassúbb, ezért csak a nagy mintavételezési idők esetén, tehát „lassú” jelek mérésénél alkalmazható. A 61. ábrán a párhuzamos mérő, soros tároló rendszer felépítését.

......

......

2. mérő átalakító ......

Csatornák.

1. mérő . átalakító .

MUX

n. mérő átalakító

Vezérlő egység

61. ábra 58.oldal

Adat tároló


2. félév

A vezérlő (program) először elindítja az összes csatorna jelének mérését, majd az átalakítás befejezését követően a MUX adatelosztón keresztül, időben egymás után tárolja a mért adatot a memóriába. A mérés jelentősen gyorsul, vagyis nagyobb frekvenciájú jelek pontos méréséhez alkalmazható rendszer.

2. mérő átalakító

2. adat tároló

n. mérő átalakító

......

1. adat tároló

..... .....

1. mérő . átalakító .

......

......

Csatornák.

A 62. ábra szemlélteti a soros mérő, soros tároló rendszer felépítését.

n. adat tároló

Vezérlő egység 62. ábra A vezérlő (program) először elindítja az összes csatorna jelének mérését, majd az átalakítás befejezését követően egyidejűleg tárolja a mért adatokat a memóriákba. A mérés ekkor a leggyorsabb. Az emulátorok felépítése ilyen.

3.1.6.

Adatfeldolgozás:

A valósidejű méréssorozat "nyers" értékeiből álló adatbázis értékelésre, elemzésre felhasználható formába az adatfeldolgozás során kerül. Ehhez a feladathoz a különböző adatbázis kezelő programok használhatók. Ezek közé tartozik a Microsoft Excel táblázat-, és adatbázis kezelő programja, amely kis-, és közepes méretű adatbázis nagyon változatos feldolgozására alkalmas. Segítségével megoldhatók a szükséges átszámítások (dimenzionálás), rendezés, keresés, táblázatos és sokféle grafikus megjelenítés.

59.oldal


2. félév

3.2. Fol ya ma t meg j el enít és 3.2.1.

Megjelenítés fogalma és alkalm azása

Folyamatmegjelenítés alatt szűkebb értelemben valamely (ipari) folyamat állapotának a

szemléltetését értjük. Tágabb értelemben az ipari folyamat felügyeletét ellátó operator és a számítástechnikai rendszer között fennálló interaktív kapcsolatot nevezzük folyamatmegjelenítésnek. Ez magában fogtalaja mindazon feladatokat amely e kapcsolat kialakításához elengedhetetlen - tehát a kommunikációt, az adatok felkínálását, a grafikus szemléltetést, a figyelmeztetéseket, a vezérlési funkciókat, az adatok tárolását és az operátori parancsokat. A folyamatmegjelenítésre jellemző grafikus ábrázolás éppen e kapcsolat hathatós megvalósítása érdekében alakult ki. A grafikus folyamatsémákon a kezelő egyetlen szempillantással áttekintheti a rendszer állapotát. Azonban a jól átgondolt szöveges információ (alarm) legalább ilyen fontos momentuma a folyamatmegjelenítésnek. Éppúgy

mint

a

különféle

hangjelzések,

az

egyszerű

beep-től

a

számítógépes

beszédhangig. A modern megjelenítő rendszerek az információszolgálat felsorolt eszközeit kombinációban alkalmazzák. A folyamatmegjelenítő rendszereket általánosan alkalmazzák az ipari automatizálás minden területén. Az hardware és a software árak elmúlt években megfigyelhető jelentős zuhanása miatt ma már számos egyéb területen is találkozhatunk e rendszerekkel. Ilyenek a lakóház-biztonságtechnikai alkalmazások, számos új orvosi alkalmazás, modellezés, laboratóriumi alkalmazások, oktatás, stb. A definíció szerinti megjelenítő rendszerek meglehetősen bonyolult számítástechnikai

programcsomagok. Nem csoda, hiszen a legnehezebb programozási feladatok itt mind megtalálhatók. Önmagában

a kommunikáció, a hálózatkezelés, a grafika és a

menürendszerek is elegendő problémát takarnak - hát még azok összessége. Részben ennek a körülménynek köszönhető, hogy a megjelenítésre mind a mai napig nincs igazán kiforrott megoldás, a szabványosítás is csak a kezdeteknél tart. 3.2.2.

Rövid történeti áttekintés

A folyamatmegjelenítés gyakorlatilag egyidejű az ipari automatizálással, számítógépes folyamatmegjelenítés pedig azóta létezik, amióta a számítógép. Az 1970-es évek közepéig azonban csak a komolyabb alkalmazások kaptak felügyeleti számítógépet 60.oldal


2. félév

tekintettel a korszak irányítási célra alkalmas berendezéseinek magas árára (Id. PDP sorozat).

A

grafikai

szolgáltatások

folyamattáblákon ábrázolták

kezdetlegessége

a gyártás

állapotát.

miatt Nem

még

így

véletlen

is

inkább

hát, hogy a

folyamatmegjelenítés e kezdeti korszakában még elválaszthatatlan részét képezte a teljes folyamatirányítási rendszernek, amely tipikusan centrális kialakítású volt. Tehát egyetlen nagyteljesítményű számítógép végezte a rendszer teljes felügyeletét. Olyan nevek fémjelzik e korszakot, mint a Honeywell, Foxborrow, Ferranti, Yokogawa, stb. A komplett folyamatirányító rendszerek 1980-as években megjelenő új generációja mellet ekkor kezdődött meg az irányítási rendszertől részben vagy egészben független önálló folyamatmegjelenítő rendszerek kifejlesztése. Az osztott intelligenciájú rendszerek és a hálózati szabványok kialakulásával lehetővé vált, hogy a megjelenítésért felelős számítógép kapcsolatban

kizárólag áll

a

az

ember

gép

folyamatirányító

kapcsolattal rendszer

foglalkozzék,

további

amely

elemeivel,

a

interaktív

vezérlőkkel,

szabályozókkal, stb. Az adatok az alkalmazott kommunikáció rendszer révén kerülnek továbbításra Ez a folyamat tette lehetővé az 1980-as évek végétől az olcsó irodai készülékek, többnyire PC folyamatmegjelenítés céljára való felhasználását is, hiszen elvileg lehetővé vált a folyamatmegjelenítő terminál olcsó számítógéppel való kiváltása. Megjegyezzük, hogy a PC-k létjogosultságát a megbízhatóság és a teljesítmény elmúlt években megfigyelhető lényegi javulása alapozta meg. Ma már az ipari PC-k mellett egyre inkább elfogadható

az

irodai

készülékek

alkalmazása

is

-

részben

a

berendezések

megbízhatóságának a növekedése, részben a rendszerek moduláris kialakítása miatt is. A hagyományos komplett folyamatirányító rendszerek tehát mindinkább kiszorulnak az alkalmazásokból. A PC-k forradalma mellett az önálló nagyteljesítményű grafikus munkaállomások (Workstation) terjedése is megfigyelhető (pl. Sun-Station), mivel ezek ára is meredeken tart lefelé. Az itt vázolt folyamatokat szemlélteti a következő ábra:

61.oldal


2. félév

3.2.3.

A megje lenítő rendszere k legfőb b típusai

A megjelenítő rendszerek többféle szempont szerint csoportosíthatók. A következőkben az irányítási rendszer nyitottsága szempontjából állítunk fel kategóriákat. Ezek a következők: § Komplett centralizált folyamatirányító rendszerek. A komplett folyamatirányító rendszer magában foglalja az irányítási és megjelenítési feladatok valamennyi aspektusát. Bár osztott felépítésük tekintetében nem mutatnak lényegi architektúrális eltéréseket a moduláris rendszerektől, a bővíthetőség és hozzáférhetőség tekintetében teljesen zártak. Tipikus példa a nagy múltú CENTUM a Yokogawa Hokushin Electronics cégtől. Hátrányaik ellenére e rendszerek létjogosultságát kiforrottságuk indokolja, minthogy e gyártmányok mögött sok esetben 10-20 év tapasztalata húzódik meg. § Elosztott intelligenciájú moduláris rendszerek. A

moduláris

rendszerek

számítógép-modulokból

felépített

osztott

intelligenciájú

rendszerek. Itt tehát a megjelenítési és irányítási feladatok már részben elválnak egymástól. A moduláris rendszer elemei valamilyen széles körben alkalmazott operációs rendszer felügyelete alatt futnak (RSX, UNIX, stb.). A portabilitás (nyitottság) tehát az 62.oldal


2. félév

operációs rendszer szintjén jelentkezik, de a kommunikáció és az ipari perifériák illesztése többnyire továbbra is zárt rendszert alkot. A modularitás egy adott elemkészletből való építkezést jelenti. Ma már a legtöbb komplett folyamatirányító rendszernek is van moduláris változata. Az előző pontban említett Yokogawa Yewpack folyamatterminálja már a modularitás figyelembevételével született meg. További tipikus példa a 68020 bázisú PEP számítógép család, vagy a TDC3000 rendszer. Hasonló kategóriájú rendszerek PC bázison is léteznek. Ilyen a QNX alapú PROMETHEUS, és a számos PLC -hez készített megjelenítő célprogram, amely egy-egy konkrét PLC illesztését végzi (pl. FESTO-VIP). § Univerzális folyamatmegjelenítő rendszerek, Bizonyos, hogy a jövő útja az univerzális folyamatmegjelenítő rendszerek alkalmazása. Ezeknél már teljesen különválik a megjelenítés és az irányítás. A folyamatmegjelenítő rendszer szempontjából teljesen mindegy, hogy az irányítás milyen PLC -k, számítógépek közreműködésével valósul meg. Az univerzális meg jelenítő rendszer elterjedt operációs rendszer felügyelete alatt fut, és ahol csak lehet a szabványokra támaszkodik - éppen a nyitottság

teljes

megvalósítása

érdekében.

E

kategóriába

sorolható

a

VISION

folyamatmegjelenítő rendszer is. Az univerzális rendszerek fontos tulajdonsága a vezérlőfüggetlenség, szemben a komplett és moduláris rendszerekkel, ahol a perifériális szolgáltatások köre kötött. Természetesen a fenti felsorolás egyes tagjai között átmenetek vannak, ahogy ezt az ábrán is szemléltettük. 3.2.4.

Folyamatterminál.

Folyamatterminálnak nevezzük az irányítástechnikai rendszer interaktív ember-gép kapcsolat megvalósításáért felelős számítógépét. E pontban a folyamatterminál legfőbb funkcióit foglaljuk össze: § Folyamatterminál helye a rendszerben. A folyamatterminál általában különálló számítógép amely a grafikus vagy semi-

grafikus munkaállomás képességeivel rendelkezik. A folyamatterminál kommunikációs hálózatok útján tart kapcsolatot a megjelenített ipari folyamattal és a rendszer egyéb erőforrásaival. A rendszer felépítését VISION alkalmazása esetén az alábbi ábra szemlélteti.

63.oldal


§

2. félév

Folyamatterminál funkciók.

A következőkben a legfontosabb folyamatterminál funkciókat vesszük sorra Ø

Kommunikáció

A folyamatterminál kommunikáció révén teremt kapcsolatot a irányított folyamattal és a teljes rendszer további számítástechnikai egységeivel. Mint az ábrán látható, az általános folyamatterminál egyszerre három irányban termet kapcsolatot a külvilággal. Ø

Alsó szintű hálózat:

Kommunikáció az Input-Output rendszerrel, amely általában PLC -kből és egyéb irányító számítógépekből áll. E kommunikáció részben ciklikusan beolvasott bemeneti állapotokat, másrészt az operator ill. a terminál szintű automatika parancsait továbbítja. Tipikus hálózatfajták a különféle sodort buszhálózatok (RS422/485), mint a BITBÚS vagy a PROFIBUS, de elképzelhető csillag kialakítású pont-pont kapcsolat is (RS232). Ø Párhuzamos

Terminál hálózat:

kapcsolatteremtés

mellérendelt

folyamatterminálokkal.

A

különböző

terminálok különféle hozzáférési jogokkal rendelkezhetnek. Amennyiben a rendszer további termináljai is ugyanazon az IO hálózaton lógnak, külön terminálhálózatra nincs 64.oldal


2. félév

szükség. Ellenkező esetben a kitüntettet funkciójú szerver-terminál gondoskodik az adatok szétosztásáról. Tipikus hálózatfajták a NOVELL és a TCP/IP.

Kapcsolattartás

Ø

Felső szintű hálózat:

a

fölérendelt

(main-frame)

felügyelő

számítógéppel

és

a

gyártásirányítással. A felső szintű kapcsolatot opusát a main-frame igényei határozzák meg. Gyakori az egyszerű RS232 soros vonal. A kommunikáció általában az ISO hétszintű protokoll-hierarchiája szerint épül fel. Gyakori a MAP szabványok különféle változatainak az alkalmazása (pl. Mini MAP).

Riport készítés

3.2.5.

A riport valamely gyártás vagy egy folyamat eredményének az összefoglalása. A riport általában a nyomtatóra kerül kezelői parancsra vagy a program által automatikusan. A riport általában egy táblázat, amely szabadon konfigurálható felépítésű kijelölve a helyet a megfelelő adatok számára

Operátori szerviz

3.2.6.

Az operatori szerviz az operator kéréseinek a kiszolgálására szolgál. Ezen felhasználói programrészek

gondoskodnak

a

megfelelő

parancsok

ellenőrzéséről

majd

végrehajtásáról, szerviz képek ill. menük felrajzolásáról stb. Így az operátori szerviz keretében

valósul

meg

a

rendszervédelem

változtatások. 3.2.7. M e g j e l e n í t é s 65.oldal

(kulcsszó

bekérése),

az

üzemmód


2. félév

A megjelenítés a működő folyamat adatait ábrázolja az operátor számára. Az ábrázolás módját

tekintve

beszélhetünk

grafikus

(semi-grafikus)

és

szöveges

(táblázatos)

megjelenítésről. 3.2.8. A d a t f e l d o l g o z á s A

folyamatmegjelenítő

rendszernek

általában

képesnek

kell

lennie

bizonyos

adatfeldolgozási feladatok ellátására. Ilyenek az átlagkézén, integrálás, számítási képletek végrehajtása, stb. 3.2.9.

Hozzáférési szintek

A folyamatterminál funkciók általánosan három szinten férhetők hozzá: a programozó számára,

(1) (2) (3) §

a felhasználó számára, és a karbantartó személyzet (általában néhány kitüntetett operátor) számára.

Programozói szint.

Ez a szint teszi lehetővé a fejlesztői környezet szolgál tatásainak hozzáférését. Tipikusan a képszerkesztési, adatdefiníciós és programozási szolgáltatásokat tartalmazza. §

Operátori szint.

Ez a normál felhasználói hozzáférés szintje. Mindazon funkciók összessége, amely a felhasználói program különböző képeinek és adatainak az elérését teszi lehetővé. Ezenkívül e szint biztosítja az operátori parancsok végrehajtását, beavatkozásokat, nyomtatásokat, archiválást, feldolgozási műveleteket stb. §

Karbantartási szint.

E szinthez tartoznak mindazon funkciók, amelyek a felhasználói program bosszútávú működését biztosítják. Ide tartoznak a tárolt adatok (diszk) karbantartása, régi archívumok törlése, fele-ok, adattáblák inicializálása, védelmi kulcsok beállítása, lényeges paraméterek feltöltése, stb. Mindezen feladatok speciális képzésben részesült kezelőt feltételeznek. A szint megvalósítását külön is figyelmébe ajánljuk az olvasónak. Tapasztalat szerint ui. e szint megvalósítása általában elmarad. A legtöbb utánjárásnak, utazásnak, kínos telefonbeszélgetésnek a kiindulópontja ez

66.oldal


2. félév

Grafikus megjelenítés esetén az adatok az ipari folyamat számítógépes modelljén kerülnek ábrázolásra az adat forrására jellemző módon. Azt a módot, ahogy az adat megjelenik nevezzük animációnak. Az animáció lényegében attól függ, hogy a kérdéses grafikus objektum mely paraméteréhez (attribútumához) rendeltük hozzá az adatot. Tipikus a szín és kitöltési minták változtatása, a feltételtől függő szövegkiíratás (pl. hibajelzés), a mért értek közvetlen kiírása és az egyszerű grafikonok, mint a bárgróf és a trend. Az igényesebb folyamatmegjelenítő rendszerek az előbb felsorolt animációs technikákon túlmenő további lehetőségeket is felkínálnak. Ilyen az objektumok alak- és pozíció változtatása, forgatása, bitmap-animáció lejátszása, stb. Vannak olyan rendszerek is, amik képesek videó anyag ablakban való megjelenítésére is. A szöveges (táblázatos) megjelenítés esetén az adatok mért értékükkel, dimenziójukkal és a hozzájuk tartozó további szöveges információval kerülnek ábrázolásra. Ez bár rendkívül egyszerű módszer, az esetek többségében kielégítő - sokszor a táblázat áttekinthetősége miatt még jobb is mint az sok részletet tartalmazó bonyolult folyamatséma. 3.2.10.

Alarmkezelés

Az alarm speciális szöveges információ, ami valamely kritikus állapot vagy feltétel alapján generálódik. Az alarm -ot kísérheti hangjelzés (sziréna vagy beep), emberi beszéd, figyelemfelkeltő színjelzés, popup ablak, stb. Maga a szöveges információ dátummal kiegészítve a naplóban kerül rögzítésre. Ez az alarm napló (history log). Az alarmot gyakran prioritási osztályok szerint csoportosítjuk. Egy további osztályozási elv lehet az alarm kezelésének a módja. Eszerint megkülönböztetünk generáló alarmot és megszüntető alarmot. Ez utóbbi akkor keletkezik, ha az alarm feltétele szűnik meg, tehát pl. elmúlt a hiba. Az éppen aktív alarmok az alarm állapotlistán jelennek meg. Sok rendszerben e listát nevezik alarm listának, ami nem tévesztendő össze az eseménynaplóval, mivel az állapotlistáról az esemény megszűntével és (vagy) nyugtázásával a bejegyzések eltüntethetők. Az alarm napló ezzel szemben minden eseményt bekövetkezésük sorrendjében tárol. 3.2.11.

Trendke zelés 67.oldal


2. félév

Fontossága miatt külön szokták vizsgálni a történeti adatok megjelenítésének és kezelésének a technikáit. A tárolt adatokat a leglátványosabban ím. trendeken ábrázolhatjuk. E görbék a mért folyamat lefutását regisztrálják az idő függvényében. A legtöbb rendszer lehetővé teszi az adatok koszú idejű tárolását és visszakérdezését. Sokszor lehetőség van a megfigyelő ablak nagyítására és az adatok ún. pásztázására, vagyis az adat kurzorral történő gyors leolvasására is. 3.2.12.

Vezérlések

A vezérlések megvalósítására a háromféle lehetőség van:

Automatikus:

Ilyenkor a folyamatmegjelenítő alkalmazói program

közvetlenül irányítja a folyamatot.

Félautomatikus:

A beavatkozásról most is a felhasználói program dönt, azonban

ehhez a kezelő engedélyét kéri.

Kézi:

A beavatkozás teljes egészében operatori hatáskörben történik. Az is kézi beavatkozásnak számít, ha az operátor a beavatkozás közvetlen

végrehajtására

azonban

a

számítógép

parancsait

használja.

3. 3. MOD BU SZ Definíciók, és protokoll 3.3.1.

A protokoll

A MODBUS eredetileg a MODICON PLC-k számára kialakított Ipari Kommunikációs Busz. Ezt a soros kommunikációs eljárást ma már nem csak a MODICON PLC-k alkalmazzák, hanem nemzetközi szinten is számtalan helyen. E rövid összeállításban – a teljesség igénye nélkül – foglaljuk össze a busz-rendszer alapvető ismérveit.

68.oldal


2. félév

Az osztott felépítésű irányítási rendszerekben - a résztvevő egységek között – soros kommunikációs összeköttetésen keresztül történik az adatátvitel. A kommunikáció elsődleges célja - a résztvevők között - adat, vagy státusz ·

lekérdezése,

·

módosítása,

·

hiba jelzése.

A MODBUS protokoll, mint nemzetközi szabvány rögzíti ·

az átvitel fizikai szintjét,

·

az egyes bájtok átviteli keretét,

·

az üzenetek, válaszok módjait, és keretét,

·

a kommunikációban résztvevők szerepét,

·

a különböző utasítások kódjait,

·

az adatok küldésének sorrendjét,

·

a hibaüzeneteket.

3.3.2.

Fizikai szint

3.3.3.

A kommunikáció felépítése

Az alábbi táblázat szemlélteti a Példában megadott bájtokat hogyan épül fel a master ÜZENET – e és a slave VÁLASZ - a ASCII, illetve RTU keret szerint. ÜZENET Példa Mezők (Hex)

ASCII

RTU

Karakterek

8-Bit Field

69.oldal


2. félév

Fej

: (colon)

Slave Címe

06

’0’ ’6’

0000 0110

Funkció (parancs)

03

’0’ ’3’

0000 0011

Kezdő cím Hi

00

’0’ ’ 0’

0000 0000

Kezdő cím Lo

6B

’6’ ’B’

0110 1011

Regiszterek száma Hi 00

’0’ ’0’

0000 0000

Regiszterek száma Lo 03

’0’ ’3’

0000 0011

Ellenőrző kód

LRC (2 kar.)

Lezárás

CR LF

Összes bájt-szám:

( 3,5 Tb )

CRC (16 bit)

( 3,5 Tb ) 17

8

VÁLASZ Példa Mezők Fej

4.

ASCII (Hex)

RTU Karakterek

: (colon)

( 3,5 Tb )

Slave Címe

06

’0’ ’6’

0000 0110

Funkció (parancs)

03

’0’ ’3’

0000 0011

Bájtok száma

06

’0’ ’6’

0000 0110

1.Regiszter Hi

02

’0’ ’2’

0000 0010

1.Regiszter Lo

2B

’2’ ’B’

0010 1011

2.Regiszter Hi

00

’0’ ’0’

0000 0000

2.Regiszter Lo

00

’0’ ’0’

0000 0000

3.Regiszter Hi

00

’0’ ’0’

0000 0000

3.Regiszter Lo

63

’6’ ’3’

0110 0011

Ellenőrző kód

LRC (2 kar.)

CRC (16 bit)

Lezárás

CR LF

( 3,5 Tb )

Összes bájt-szám:

23

11

Digit ális szabályozók 70.oldal

8-Bit


4. 1.

2. félév

A n um e r i kus in t e gr á lás v ált o z at a i 4.1.1.

Téglalap formula

A n = 0 esetén kapjuk a téglalap formulát, ilyenkor a görbe alatti területet téglalappal helyettesítjük. Ritkán szokás használni. Ilyenkor li(x) = 1

1. ábra Téglalap formula alkalmazása

ahol x0 tetszőlegesen választható, de gyakori az x0 = a (alsó téglalap), vagy az x0 = b (felső téglalap) választása. Összetett kvadratúra esetén minden xi szerepel, kivéve az y(a) vagy az y(b).

4.1.2.

Egyszerű ( kis) trapéz form ula

Az n = 1 választás mellett a görbe alatti területet trapézzal helyettesítjük.

71.oldal


2. félév

2. ábra Egyszerű trapéz formula alkalmazása Az egyszerű trapéz formulát, amely egy h alapú, y(a) és y(b) párhuzamos oldalú trapéz területét adja:

4.1.3.

Összetett (nagy) trapéz formula

Ha egy [x0, xn ] intervallum részintervallumaira alkalmazzuk az egyszerű trapéz formulát, akkor kapjuk meg az összetett vagy az ún. nagy trapéz formulát. Ekkor minden xi az előző részintervallum végpontja és a következő kezdőpontja, kivéve az a,b pontokat, amelyek csak egyszer szerepelnek.

3. ábra Összetett trapéz formula alkalmazása

ahol n az osztások száma.

72.oldal


4.1.4.

2. félév

Érintő formula

Az elsőfokú közelítés egy másik lehetséges megoldása az érintő formulához vezet. Ekkor a függvényt az [a,b] tartomány közepén felvett alappontban az érintője egyenletével közelítjük.

4. ábra Érintő formula alkalmazása Az összetett érintő formula:

4.1.5.

Egyszerű ( kis) Sim pson formula

A görbe alatti területet másodfokú polinomokkal (parabola) határolt trapézszerű alakzattal helyettesítjük. A Newton-Cotes formulából n = 2 választás mellett,

73.oldal


2. félév

5. ábra Egyszerű Simpson formula alkalmazása az eddigiekhez hasonlóan, bizonyítható (illetve a Lagrange-féle interpolációs polinomokból integrálással levezethető) a másodfokú (parabola) közelítést felhasználó kvadratúra képlet, amelyet az egyszerű vagy kis Simpson formula néven ismerünk:

4.1.6.

Összetett (nagy) Sim pson formula

Az összetett Simpson formulát akkor kapjuk meg, ha n számú, 2h hosszúságú intervallum szakaszra képezzük az összeget.

6. ábra Összetett Simpson formula alkalmazása

74.oldal


2. félév

4. 2.

P L C- b e n al ka lm a zo t t a lg o r it m us o k A fejezetben tömören áttekintjük a PLC-k által alkalmazott szabályozó algoritmusokat.

4. 3. Ál lá s o s s z a b á ly o zó k Az ipari alkalmazásokban több helyen is találkozhatunk állásos szabályozó alkalmazásával. A hőmérséklet, egyszerű nyomásszabályozók rendszerint állásos megoldásuak. 4.3.1. Kétállású (kétpont) szabályozók

75.oldal


2. félév

4.3.2. Háromállású (három pont) s zabályozók

Prinzip des Dreipunktreglers

Dem eigentlichen Dreipunktregler werden 2 dynamische Rückführungen (PT1- Glieder) hinzugefügt. Durch geeignete Wahl der Zeitkonstanten dieser Rückführ-glieder erhält derDreipunktregler ein dynamisches Verhalten, daß dem Verhalten eines PID-Reglers entspricht. Rückführung Der Funktionsbaustein hat einen Parametersatz für die internen Rückführungen, bestehend aus der Rückführverstärkung gain und den Rückführzeitkonstanten lag_neg und lag_pos.

76.oldal


2. félév

4. 4. Fo ly t o n o s s za b á ly o zó k PID2 A PID2 utasítás az arányos-integráló-differenciáló (PID) szabályozó megvalósító „függvény” A rendszertechnikai felépítését szemlélteti a 3.ábra.

algoritmusát

3.ábra

§ § § § § § § § § § § § § § § § § §

where: E = error, expressed in raw analog units SP = set point, in the range 0 ... 4095 PV = process variable, in the range 0 ... 4095 x = filtered PV K2 = integral mode gain constant, expressed in 0.01 min ˜1 K3 = derivative mode gain constant, expressed in hundredths of a minute RGL = rate gain limiting filter constant, in the range 2 ... 30 T s = solution time, expressed in hundredths of a second PB = proportional band, in the range 5 ... 500% bias = loop output bias factor, in the range 0 ... 4095 M = loop output GE = gross error, the proportional-derivative contribution to the loop output Z = derivative mode contribution to GE Q n = unbiased loop output F = feedback value, in the range 0 ... 4095 I = integral mode contribution to the loop output I low = anti-reset-windup low SP, in the range 0 ... 4095 I high = anti-reset-windup high SP, in the range 0 ... 4095 77.oldal


2. félév

K1 =

100 PB

Note: The integral mode contribution calculation actually integratesthe difference of the output and the integral sum—this is effectivelythe same as integrating the error. Proportional Control With proportional-only control (P), you can calculate the manipulatedvariable by multiplying error by a proportional constant, K1 , then adding a bias:

M v = K1 × E + bias However, process conditions in most applications are changed by other system variables so that the bias does not remain constant; the result is offset error, where PV is constantly offset from the SP. This condition limits the capability of proportional-only control. Note: The value in the integral term—in registers 4y + 3, 4y + 4, and 4y + 5—is always used, even when the integral mode is not enabled. Using this value is necessary to preserve bumpless transfer between modes. If you wish to disable bumpless transfer, these three registers must be cleared. Proportional-Integral Control To eliminate this offset error without forcing you to manually change the bias, an integral function can be added to the control equation: t

M v = K1 × ( E + K 2 × ò E Dt ) 0

Proportional-integral control (PI) eliminates offset by integrating E as a function of time. K1 is the integral constant expressed as rep/min. As long as E ¹ 0, the integrator increases (or decreases) its value, adjusting Mv. This continues until the offset error is eliminated. Proportional-Integral-Derivative Control You may want to add derivative functionality to the control equation to minimize the effects of frequent load changes or to override the integral function in order to get to the SP condition more quickly: t

M v = K1 × ( E + K 2 × ò E Dt + K 3 × E 0

DPV ) Dt

Proportional-integral-derivative (PID) control can be used to save energy in the process or as a safety valve in the event of a sudden, unexpected change in process flow. K3 is the derivative time constant expressed as min. DPV is the change in the process variable over a time period of dt.

78.oldal


2. félév

COMP_PID: Komplexer PID-Regler Parametrierung Die Struktur des COMP_PID-Reglers ist im Strukturbild, S. 62 dargestellt. Die Parametrierung des Funktionsbausteins erfolgt zunächst durch die reinen PID-Parameter, nämlich den Proportionalbeiwert gain, der Nachstellzeit ti und der Vorhaltezeit td. Der D-Anteil wird mit der Zeit td_lag verzögert. Das Verhältnis von td/td_lag nennt man Differenzierverstärkung und wird im allgemeinen zwischen 3 und 10 gewählt.

Der D-Anteil kann entweder basierend auf der Regeldifferenz ERR (d_on_pv = 0) oder basierend auf der Regelgröße PV (d_on_pv = 1) gebildet werden. Wird der D-Anteil aufgrund der Regelgröße PV bestimmt, so wird bei Führungsgrößenände-rungen (Änderungen im Eingang SP ) kein Sprung bedingt durch den D-Anteil entstehen. Der DAnteil wirkt sich im Prinzip nur auf Störungen und Prozeßände-rungen aus.

79.oldal


2. félév

80.oldal

IF 1.feltétel. 1.műveletso r. 2.feltétel. Elektronikus jegyzet Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar

Recommend Documents