LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Upustva za izvođenje
Milan Adžić
Subotica
februar 2008. god.
Spisak laboratorijskih vežbi iz Upravljanja procesima za školsku 2007/2008 godinu R.br. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Naziv vežbe Klasično upravljanje u elektromotornim pogonima PLC u elektromotornim pogonima Osnovi o koračnim motorima Podešavanje regulatora ZN metodom Identifikacija termičkog procesa Dvopozicioni regulatori u termičkim procesima Web aplikacija na FESTO PLC uređaju Upravljanje u prostoru stanja Četvorokvadrantni pogon DC motora Pogon AC motora sa frekventnim pretvaračem Podešavanje regulatora termičkog procesa Tropozicioni regulatori u termičkim procesima Kompenzacija smetnji, kaskadna regulacija Upravljanje koračnim motorima sa PLC-om Primena programabilnih terminala Upravljanje principom faznog sečenja Programiranje PLC uređaja tipa ZEN Upravljanje pneumatskim ventilima sa PLC uređajima Pogon DC motora sa slabljenjem polja Pogon AC motora sa naponskom regulacijom
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
II. vežba PRIMENA I PROGRAMIRANJE PROGRAMIBILNIH KONTROLERA U ELEKTROMOTORNIM POGONIMA 1. Cilj laboratorijske vežbe: • •
Odvežbati priložene primere upravljačkih zadataka u elektromotornim pogonima rešenih sa PLC-em CQM1H firme "Omron". Odvežbati samostalno dodatno zadate primere upravljačkih zadataka u elektromotornim pogonima.
2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • • •
PC računara sa instaliranim softverom SYSWIN za upravljanje PLC kontrolerima firme OMRON; Tabla sa PLC kontrolerom CPM1; Simulator ulaza i izlaza PLC kontrolera.
2.1. Raspored priključnih stezaljki na tabli sa PLC kontrolerom
00
01
02
03
04
05
DIGITALNI ULAZI COM 0CH
0VU
+ 24VU
NAPAJANJE ULAZA
1
2
3
4
5
6
7
DIGITALNI IZLAZI
COM
00
COM
01
COM
02
03
0VI
+ 24VI
NAPAJANJE IZLAZA
1
2
3
4
5
6
7
II / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
2.2. Raspored priključnih stezaljki na simulatoru ulaza i izlaza
+24VI
0 1 2 3 4 5
13 14 15 Napomena: Izlaze pri simulaciji rešenja zadataka, nije potrebno povezati, njihovo stanje može se pratiti jednostavno preko LED indikatora stanja digitalnih izlaza na samom PLC-u. 3. Primeri upravljačkih zadataka Primeri počinju od jednostavnijih i idu postupno ka složenijim. Potreban preduslov za programiranje je poznavanje upravljačkog programa SISWIN firme "Omron". 3.1 Jednomotorni jednokvadrantni pogon sa zaštitama Zaštita od pregrevanja trofaznog asinhronog motora izvodena je ugradnjom davača temperature PT100 ugrađenim u njegov namotaj. Merenje otpora temperaturnog davača izvodi se kontrolnikom sa relejnim kontaktom. Relejni kontakt je mirni, a raskida se pri prekoračenju temperature namotaja iznad maksimalne vrednosti, određene klasom izolacije namotaja motora. Motor se sem toga štiti i od preopterećenja motornom zaštitnom sklopkom. Upravljanje motorom izvodi se tasterom "START" i "STOP". Na osnovu zadatka utvrđujemo da upravljanje ima četiri ulaza i jedan izlaz. Tablica ulaza i izlaza je:
II / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
000.00 000.01 000.02 000.03
adrese ulaza taster STOP S1 taster START S2 zaštita motora F4 kontrolnik temperature A1
010.00
PLC U EMP
adrese izlaza kontaktor motora K1
Relejna šema upravljanja bazira se na upravljanju sklopkom za uključenjem motora sa samodržanjem. Primer samodržanja je čest u konkretnim primerima. Zasniva se na sledećem, mirni kontakti uslova koji isključuju kontaktor (resetuju ga) vezuju se na red sa namotajem kontaktora. Na red se vezuje i radni kontakt uslova koji uključuje kontaktor (setuje ga). Paralelno sa njim vezuje se slobodni radni kontakt kontaktora (kontakt za samodržanje), kao i drugi radni kontakti koji takođe uključuju kontaktor. Ako nije pritisnut nijedan od mirnih kontakata uslova za isključenje, ako se pritisne radni kontakt uslova za uključenje, namotaj kontaktora se aktivira i premošćava uslov (uslove) za uključenje kontaktom za samodržanje. Pošto je uslov za uključenje premošćen on se može i ukinuti, te kontaktor i dalje ostaje aktiviran. Isključenje se vrši aktiviranjem bilo kog mirnog kontakta uslova za isključenje, koji prekida napajanje kontaktora te se raskida i kontakt za samodržanje, te kontaktor ostaje na dalje deaktiviran. Relejna šema je:
II / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
Na osnovu tabele ulaza i izlaza crta se šema povezivanja sa PLC uređajem:
Na osnovu relejne šeme i tablice ulaza i izlaza dobija se lestvičasti dijagram. Primetimo da i mirni kontakti tastera S1 i kontrolnika temperature A1 moraju u lestvičastom dijagramu da se nacrtaju kao radni jer u normalnom stanju provode. ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Ladder Diagram Primer 3.1 │ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ 000.00 000.02 000.03 000.01 010.00 ├──────┤ ├──────────┤ ├───────────┤ ├────────┬────┤ ├───────┬────( )─┤ │ Stop_S1 Zastita_F4 Zastita_A1 │ Start_S2 │Kontaktor_K1 │ │ 010.00 │ ├─ └────┤ ├───────┘ │ Kontaktor_K1 │ │ │ ┌───────────────┐ ├─┤END(01) │ │ └───────────────┘
3.2. Jednomotorni pogon sa zaštitom od zaglavljivanja Zaštita od zaglavljivanja pogona sa trofaznim asinhronim motorom izvodi se kontrolnikom obrtanja postavljenim na njegovu osovinu. Kontrolnik ima na svom izlazu mirni kontakt koji se raskida pri padu broja obrtaja ispod minimalne vrednosti. Motor se sem toga štiti i od preopterećenja motornom zaštitnom sklopkom. Upravljanje motorom izvodi se tasterom "START" i "STOP". Relejna šema, slična je šemi iz prethodnog primera, data je na sledećoj slici. Vremenski rele K2 pri startovanju premošćuje kontakt kontrolnika obrtanja u trajanju od 10 [s], sve do dostizanja nominalne brzine obrtanja. II / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
Na osnovu relejne šeme dobijamo tabelu ulaza i izlaza: 000.00 000.01 000.02 000.03
Na osnovu tabele ulaza i izlaza dobija se šema povezivanja sa PLC uređajem ista kao i u prethodnom primeru. Na osnovu uslova zadatka dobija se konačno lestvičasti dijagram: ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Ladder Diagram Primer 3.2 │ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ 000.00 000.02 000.03 000.01 010.00 ├──────┤ ├───────────┤ ├─────────┬────┤ ├───────┬────┤ ├──────┬────( )─┤ │ Stop_S1 Zastita_F4 │ Zastita_A1 │ Start_S2 │Kontaktor_K1 │ │ TIM000 │ 010.00 │ ├─ └────┤/├───────┴────┤ ├──────┘ │ Prem_uslova Kontaktor_K1 │ 010.00 ┌───────────────┐ ├──────┤/├─────────┤TIM │ │ Kontaktor_K1 ├───────────────┤ │ │000 │ ├─ │Prem_uslova │ │ ├───────────────┤ │ │#0100 │ │ └───────────────┘ │ ┌───────────────┐ ├─┤END(01) │ │ └───────────────┘
II / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
3.3. Jednomotorni pogon sa promenom smera obrtanja Promena smera obrtanja trofaznog asinhronog motora izvodi se promenom redosleda faza napona napajanja motora. Upravljanje motorom izvodi se tasterima "START-DESNO", "STARTLEVO" i "STOP". Motor se sem toga štiti i od preopterećenja motornom zaštitnom sklopkom. Tablica ulaza i izlaza je: 000.00 000.01 000.02 000.03
adrese izlaza kontaktor za desno K1 kontaktor za levo K2
Relejna šema, slična je šemama iz prethodnih primera, data je na sledećoj slici. Promena smera obrtanja motora izvodi se spajanjem dva kontaktora K1 i K2 paralelno između mreže i izvoda motora. Ako se uključi kontaktor K1 motor se okreće u desnom smeru a ako se ukljući kontaktor K2 motor se okreće u levom smeru. Jasno je da pri tome nikad ne smeju biti uključena oba kontaktora jer u tom slučaju nastaje kratak spoj. Šema je izvedena sa dve grane u kom se obezbeđuje samodržanje pojedinačnih sklopki posle pritiska na taster koji zahteva određeni smer. pri tome mirni kontakti sklopki su stavljeni u grane samodržanja sklopke za suprotan smer, da bi se onemogućilo uključenje obe sklopke istovremeno. Samodržanje se raskida ili pritiskom na taster STOP" ili po proradi motorne zaštitne sklopke.
Na osnovu tabele ulaza i izlaza crta se šema povezivanja sa PLC uređajem: II / 6
3.4. Uključenje pretvarača sa kašnjenjem po isključenju Pretvarač frekvencije posle isključenja, može se ponovo uključiti po isteku vremenskog intervala od 30 [s]. Pre isteka ovog vremenskog intervala zaštita od prevelike struje punjenja kapaciteta u jednosmernom međukolu funkcioniše nekorektno, pa se mora obezbediti zaštita od mogućnosti uključenja tokom njega. Komande za upravljanje pretvaračem ostvaruju se komandnim tasterima "START", "STOP" i "NUŽNI STOP". Zaštita pretvarača izvedena je sa motornom zaštitnom sklopkom sa dojavnim kontaktom. Tablica ulaza i izlaza, relejna šema upravljanja i šema povezivanja sa PLC uređajem date su na sledećoj strani: II / 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
000.00 000.01 000.02 000.03
adrese ulaza taster START S1 taster STOP S2 taster NUŽNI STOP S3 zaštita motora F1
3.5. Upuštač asinhronog motora sa namotanim rotorom. Elektromotorni pogon je rešen sa asinhronim motorom sa namotanim rotorom. Upuštanje asinhronog motora izvodi se trostepenim rotorskim otpornim upuštačem sa vremenskim upravljanjem. Trajanje pojedinih vremena upuštanja iznosi pet sekundi. Komande za upravljanje upuštačem ostvaruju se komandnim tasterima "START", "STOP" i "NUŽNI STOP". Zaštita motora izvedena je sa bimetalom sa dojavnim kontaktom. Tablica ulaza i izlaza je: 000.00 000.01 000.02 000.03
3.6. Autotransformatorski upuštač asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom. Elektromotorni pogon je rešen sa asinhronim motorom sa kratkospojenim rotorom. Upuštanje asinhronog motora izvodi se jednostepenim autotransformatorskim upuštačem sa vremenskim upravljanjem. Trajanje upuštanja iznosi pet sekundi. Komande za upravljanje upuštačem ostvaruju se komandnim tasterima "START", "STOP" i "NUŽNI STOP". Zaštita motora izvedena je sa bimetalom sa dojavnim kontaktom. Tablica ulaza i izlaza je: 000.00 000.01 000.02 000.03
3.7. Elektromotorni pogon asinhronog motora sa kočenjem pri isključenju Elektromotorni pogon mlina rešen je sa asinhronim motorom sa upuštačem zvezda / trougao. Vremensko trajanje upuštanja iznosi pet sekundi. Pri isključenju pogon se mora što pre zakočiti. Kočenje se izvodi jednosmernom strujom, priključenjem regulisanog ispravljača na namotaj motora u trajanju od pet sekundi, nakon isključenja. Pre isključenju motora sa mreže na njegovim namotajima nastaje prenapon, izazvan nagomilanom elektromagnetnom energijom. Prenapon može izazvati proboj energetskih poluprovodnika u ispravljaču, ako se on odmah priključi po isključenju sa mreže. Zbog toga se po isključenju prvo namotaj motora kratko spaja u trajanju od jedne sekunde, radi pražnjenja elektromagnetne energije, a tek onda uključuje ispravljač. Radi izbegavanja nastanka prenapona na namotajima kod isključenja ispravljača, mora se prvo isključiti njegovo mrežno napajanje a tek onda prekinuti jednosmerni krug napajanja namotaja. Komande za upravljanje pogonom ostvaruju se komandnim tasterima "START" i "STOP". Zaštita motora izvedena je sa bimetalom sa dojavnim kontaktom. Energetska šema upravljanja pogonom prikazana je na sledećoj slici, gde je deo šeme koji se odnosi na upuštač zvezda / trougao povezan punim linijama, a deo koji se odnosi na kočenje jednosmernom strujom povezan isprekidanim linijama. II / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
Potreban broj izlaza šest je veći od četiri, koji ima osnovna jedinica PLC-a, pa se mora koristiti odgovarajuće proširenje, pa je prema tome tablica ulaza i izlaza: 000.00 000.01 000.02
Prema uslovima zadatka crta se dijagram vremenskog procesa uključenja i isključenja pojedinih energetskih kontaktora: II / 15
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
K1
t
K3 5[s]
t
K4
t
K6
1[s] K8
t
5[s]
t
K9
50[ms]
t
Na osnovu vremenskog dijagrama sintetizuje se relejna šema upravljanja. Posle komande za uključenje odmah se motor povezuje u zvezdu (–K1 = –K4 = uključ.), a nakon kašnjenja određenog vremenskim releom –K2 sa kašnjenjem pri uključenju motor se povezuje u trougao (–K1 = –K3 = uključ. –K4 = isključ.). Pri isključenju procesom kočenja upravlja vremenski rele –K5 sa kašnjenjem pri isključenju, tokom koga se uključuje ispravljač (–K6 = uključ.), pri čemu se tokom vremena zatezanja vremenskog relea –K7, prvo kratko spaja namotaj (–K4 = –K8 = uključ.) a zatim u preostalom vremenu predviđenom za kočenje priključuje ispravljač na namotaj (–K8 = –K9 = uključ. –K4 = isključ.). Po isteku vremena kašnjenja pri isključenju određenog releom –K5, prvo se isključuje napajanje ispravljača (–K6 ) a zatim jednosmerni krug (–K8 ; –K9 ) nakon kašnjenja koje ostvaruje vreme otpuštanja samog kontaktora (cca. 50 [ms]). To kašnjenje je dovoljno za pražnjenje akumulisane elektromagnetne energije, pa nije potrebno koristiti poseban vremenski rele.
II / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
Šema povezivanja spoljašnjih upravljačkih elemenata sa osnovnim PLC uređajem i njegovim proširenjem je:
Lestvičasti dijagram PLC upravljanja pogonom dobija se na osnovu vremenskog dijagrama, relejne šeme i šeme povezivanja. Pri tome za ostvarenje potrebnog kašnjenja pri isključenju između napajanja i jednosmernog kola ispravljača mora se dodati poseban vremenski član, pošto fiktivni relei u programa PLC upravljanja ne ostvaruju kašnjenje otvaranja kontakata. ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Ladder Diagram Primer 3.7 │ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
3.8 Pogon centrifuge sa zaštitom od debalansa Vertikalna centrifuga štiti se od debalansa induktivnim davačem postavljenim u blizini donjeg kraja osovine centrifuge. Pojava debalansa isključuje motor centrifuge i pali trubu za signalizaciju opasnosti. Komande za upravljanje pogonom su ostvarene tasterima: “Start“,“Stop“ i “Nužni stop“. Taster “Nužni stop“ ujedno služi i za kvitiranje zvučnog signala trube, tako da treba obezbediti da motor centrifuge ne može da krene dok se ne zaustavi posle pojave debalansa, odnosno kvitira zvučni signal. Zaštita motora izvedena je sa zaštitnom sklopkom sa dojavnim kontaktom.
II / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
M
-M1
-S1
-S2
-S3
-F4
-T1
-ID1
Tablica ulaza i izlaza je: 000.00 000.01 000.02 000.03 000.04
3.9. Višemotorni pogon štamparske mašine Razraditi rešenje upravljanja štamparskom mašinom za štampanje na mehaničkim delovima, sa automatskim prinošenjem delova. Tehnološka šema mašine data je na slici. Magacin -MP1 -SP1
M
Senzori klipa -SK2
Pritiskivač -SP2
-MK1
-SK1
Senzori pritiskivača
M Klip
-SM1 Senzor magacina
Pokretanje klipa za dodavanje delova i pritiskivača za štampanje izvedeno je sa trofaznim asinhronim motorima. Detekcija krajnjih položaja pritiskivača, klipa i detekcija popunjenosti magacina izvedena je krajnjim induktivnim prekidačima. Komande za upravljanje pogonom su ostvarene tasterima: “Start“ i “Stop“. Tablica ulaza i izlaza je: 000.00 000.01 000.02 000.03 000.04 000.05 003.00
adrese izlaza motor klipa MK1 LEVO motor klipa MK1 DESNO motor pritiskivača MP1 DOLE motor pritiskivača MP1 GORE
Energetska šema upravljanja motora, pretstavljena je na sledećoj slici, a obezbeđuje sa po dva kontaktora smeštena u vodove za napajanje motora njihovo pokretanje u oba smera, radi pokretanja klipa levo - desno i pritiskivača dole – gore. II / 22
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC U EMP
Relejna šema upravljanja crta se na osnovu logičkih uslova zadatka, te obezbeđuje ciklični red operacija štamparske mašine. Jedan ciklus rada sastoji se od sledećih operacija, koje se izvode redom: • Pomeranje klipa u levo iz levog krajnjeg položaja do krajnjeg desnog položaja, radi pomeranja dela do pritiskivača. II / 23
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA • • •
PLC U EMP
Po dostizanju krajnjeg desnog položaja, klip se vraća nazad u početni položaj, a istovremeno pritiskivač se spušta naniže iz gornjeg krajnjeg položaja na niže. Pritiskivač pri dostizanju krajnjeg donjeg položaja, štampa i odmah se vraća na gore u početni položaj. Po dostizanju krajnjeg gornjeg položaja pritiskivača, ako je i klip u krajnjem desnom položaju i ako je magacin pun, ponavlja se postupak, odnosno ciklus.
Relejna šema koja obezbeđuje opisano upravljanje prikazana je na slici iznad. Ciklus se automatski pokreće pritiskom na taster “Start“ ako su pritiskivač i klip u početnim položajima, a prekida se pritiskom na taster “Stop“. Ako pritiskivač i klip nisu u početnim položajima, potrebno ih je prvo dovesti u njih. Deo upravljačke šeme koji to obezbeđuje na slici je prikazan isprekidanim linijama. Lestvičasti dijagram se dobija na osnovu upravljačke relejne šeme: ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │ Ladder Diagram Primer 3.9 │ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ 000.00 000.05 000.03 000.01 200.01 200.00 ├──────┤ ├────────┤ ├────────┤ ├─────┬───────┤ ├────────┤/├─────────( )─┤ │ Start_S1 Senzor_SK1 Senzor_SP1 │ Stop_S2 Memorija_2 Memorija_1 │ 200.00 │ ├──────┤ ├───────────────────────────┘ │ Memorija_1 │ │ 000.00 000.05 000.01 200.00 200.01 ├──────┤ ├─────┬──────┤/├───────┬───────┤ ├────────┤/├─────────( )─┤ │ Start_S1 │ Senzor_SK1 │ Stop_S2 Memorija_1 Memorija_2 │ 200.01 │ 000.03 │ ├──────┤ ├─────┴──────┤/├───────┘ │ Memorija_2 Senzor_SP1 │ │ 000.02 000.05 000.03 003.00 200.00 010.00 ├──────┤ ├────────┤ ├────────┤ ├──────┬──────┤/├────────┤ ├─────────( )─┤ │ Senzor_SM1 Senzor_SK1 Senzor_SP1 │ Senzor_SK2 Memorija_1 Kontaktor_K3 │ 010.00 │ ├──────┤ ├────────────────────────────┘ │ Kontaktor_K3 │ │ 000.03 003.00 200.00 000.05 010.01 ├──────┤ ├────────┤ ├──────┬───────┤ ├──────┬───────┤/├───────────( )─┤ │ Senzor_SP1 Senzor_SK2 │ Memorija_1 │ Senzor_SK1 Kontaktor_K4 │ 010.01 │ │ ├──────┤ ├─────────────────┘ │ │ Kontaktor_K4 │ │ 200.01 │ ├──────┤ ├──────────────────────────────────┘ │ Memorija_2 │ │ 010.01 000.04 200.00 010.02 ├──────┤ ├───────┬─────────┤/├──────────┤ ├───────────( )─┤ │ Kontaktor_K4 │ Senzor_SP2 Memorija_1 Kontaktor_K5 │ 010.02 │ ├──────┤ ├───────┘ │ Kontaktor_K5 │
Razraditi rešenje upravljanja glodalicom na slici, po sledećem algoritmu: Komande za upravljanje su ostvarene tasterima: “Start“ i “Stop“. Kada se uključi start motor za posmak se obrće tako da pomera suport na desno, sve do desnog krajnjeg položaja koji se detektuje aktiviranjem graničnog prekidača –SP2. Tada se motor isključuje na dve sekunde, nakon čega se obrće na drugu stranu tako da pomera suport na levo, sve do levog krajnjeg položaja koji se detektuje aktiviranjem graničnog prekidača –SP1, nakon čega se ceo postupak ponavlja.
adrese izlaza motor posmaka MP1 LEVO motor posmaka MP1 DESNO
Relejna šema upravljanja crta se na osnovu logičkih uslova zadatka, te obezbeđuje : Upravljanje se pokreće pritiskom na taster “Start“, a prekida se pritiskom na taster “Stop“ (Rele – K1). Potrebna inverzija logičkih stanja graničnih prekidača izvedena je releima –K2 i –K3. Motor ide na desno (kontaktor –K4) ako je startovan pogon i ako nije izdata komanda za kretanje levo, sve do pritiska na desni granični prekidač –SP2. Dostizanje desnog graničnog prekidača se pamti (rele –K5 sa pamćenjem). Pamćenje se resetuje sa sledećim pritiskom na levi granični prekidač –SP1. Potrebno vreme mirovanja motora posle dostizanja desnog graničnog položaja obezbeđeno je vremenskim releom –K6, čijim se radnim kontaktom upravlja radom motora na desno (kontaktor –K7). Isključuje se istovremena mogućnost uključenja rada motora na levo i desno.
Relejna šema koja obezbeđuje opisano upravljanje prikazana je na slici ispod.
Lestvičasti dijagram se dobija na osnovu upravljačke relejne šeme:
Upoznati se sa osnovima rada koračnih motora. Upoznati se sa elementima za upravljanje koračnim motorom.
2. Laboratorijska vežba se sastoji od: •
Sistema sa koračnim motorom, pogonskom i upravljačkom opremom.
3. Koračni motori Koračni motor pretvara seriju ulaznih impulsa snage u diskretne ugaone pomeraje, jedan za svaki impuls. Koračni motori imaju bar dve stabilne ugaone pozicije rotora u okviru jednog obrtaja. U zavisnosti od konstrukcije motora, kao i namene, ulazni impulsi mogu biti istog polariteta, ili naizmjenično suprotnog polariteta. Ovi impulsi mogu biti dovedeni na isti namotaj ili sekvencilalno na različite namotaje motora. Koračni motor sposoban je i da se kontinualno obrće. Koračni motori konstroiču se u dve varijante: sa stalnim magnetima i sa promenljivom reluktansom. Postoje, takode, i hibridni motori koji se ne razlikuju od motora sa stalnim magnetima kada se razmatra njihovo upravljanje. Kod koračnih motora sa stalnim magnetima rotor teži da. se "zakači" za polje. statora, dok kod motora sa promenljivom reluktansom rotor slobodno rotira. Motori sa promenljivom reluktansom imaju obično tri namotaja na statoru, čiji su izlazi spojeni u jednu tačku, dok motori sa stalnim magnetima imaju dva namotaja sa ili bez izvoda u centralnoj tački. Motori koji imaju izvode u centralnoj tački zovu se unipolarni motori sa stalnim magnetima. Broj faza koračnog motora označava broj nezavisnih namotaja na statoru. U opštem slučaju broj zubaca na statoru Ns i rotoru Nr su povezani preko broja statorovih zubaca po fazi: Ns = Nr ± P gdje je P broj statorovih zubaca po fazi. Ugao koraka u stepenima dat je kao:
θo =
360 N
gde je N broj koraka po obrtaju i dat je kao: N=
Ns ⋅ Nr Ns − Nr
Koračni motori se često klasificiraju prema broju izvoda.
III / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
3.1. Koračni motori sa promenljivom reluktansom
Kod motora sa promenljivom reluktansom i rotor i stator na kom se nalaze.namotaji, imaju zupce. Motor sa promenljivom reluktansom ima rotor od mekog gvožđa koji rotira kada su zupci na rotoru privučeni silama koje stvaraju zupci statora. Rotori sa šupljim gvožđem imaju manju inerciju od ostalih tipova, što obezbeđuje brži odziv. Kako na rotoru nema stalnih magneta onda je on slododan kada motor nije pobuđen. U opštem slučaju korak ovih notora je 7.5 ° ili 15 °. Kada motor ima tri namotaja, kao što je to prikazano na slici 1, sa jednim krajem koji je zajednički za sve namotaje, onda je to najčešće motor sa promjenllivom reluktansom.
Slika 1. Koračni motor sa tri namotaja Zajednički kraj namotaja spaja se na pozitivan kraj izvora napajanja a namotaji se pobuđuju u sekvencama. Za slučaj motora na slici, kada je statorski namotaj 1 pobuđen, pol rotora označen sa X biva privučen statorovom polu. Kada se namotaj 1 isključi, a namotaj 2 pobudi, rotor se zarotira za 30 ° u smjeru kazaljke na satu tako da se rotorov pol označen sa Y dolazi u liniju sa statorskim polom označenim sa 2. Očigledno je da ovaj motor nema moment držanja ukoliko namotaji statora nisu pobuđeni, što je suprotno etektu koji se javlja kod koračnih motora sa stalnim magnetima. Da bi se osiguralo da ne dođe do gubitka položaja rotora, odnosno gubljenja koraka, namotaj 2 mora biti poduđen pre nego što se isključi namotaj 1, namotaj 3 mora biti pobuđen pre nego što se isključi namotaj 2, itd. Ukoliko se na namotaje primene impulsi suprotnog redoseda, rotor će se okretati u suprotnom smeru. Može se lako pokazati da je za rotor sa 8 polova jedinični korak 15° za svaki impuls, odnosno sa tri statorska namotaja i 8 polova na rotoru za jedan obrtaj potrebno je 24 koraka. Da bi se rotor okretao kontinualno potrebno je statorske namotaje pobuđivati u sekvencama. Šema pobuđivanja namotaja koja proizvoditi rotiranje u smeru kazaljke na satu je: Namotaj 1: 1001001001001001001001001 Namotaj 2: 0100100100100100100100100 Namotaj 3: 0010010010010010010010070 Postoje, takođe, motori sa promenljivom reluktansom sa 4 i 5 namotaja, koji imaju 5 ili 6 izvoda. Princip pokretanja ovih motora je identičan kao i u prethodnom slučaju.
III / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
3.2. Koračni motori sa stalnim magnetima
Za razliku od sinhronih motora, stator koračnih motora ima istaknute polove. Broj pari polova svakog upravljačkog namotaja jednak je onom na rotoru. Najčešće je rotor napravljen od stalnih magneta koji su organizovani u određeni broj polova. Princip rada ovih motora može se razumna primeru dvofaznog motora prikazanog na slici 2. Upravljački impulsi na statorskom namotaju stvaraju magnetni fluks Φ s pomera se za odgovarajući ugao. Zbog toga stvara se sinhronizacioni moment koji teži da pokrene rotor u položaj u kom su sile privlačenja izmedu statorskog i rotorskog polja najveće. Tačno, rotor napravi kretanje za korak koji je jednak uglu pomeraja vektora statorskog magnetnog fluksa (pozicije a, b, c na slici 2). Broj koraka koji će napraviti rotor, paran ili neparan, zavisi od namotaja, kao i od broja impulsa. U tom smislu prekidački mehanizam je simetričan, ako je jednak broju upravljačkih namotaja pobuđenih u svim sekvencama rada. Kao što se vidi sa slike, korak je dva puta veći sa simetritčim okidanjem, dok je rezultantni statorski fluks isti pri svim koracima.
Slika 2. Princip rada koračnog motora sa stalnim magnetima III / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Motori sa stalnim magnetima poseduju moment držanja i kada motor nije pobuđen. Kod nekih motora su i na statoru ugrađeni stalni magneti kako bi se povećao elektromagnetni moment Ovi motori se mogu naći u širokom spektru ugaonih pomeraja: 1.8°, 7.5°, 15°, 30°, 45° I 90°. 3.3. Unipolarni koračni motori
Unipolarni koračni motor, kako sa stalnim magnetima tako i hibridni sa 5 ili 6 izvoda, obično je konstruisan kao na slici 3, gdje su prikazani centralni izvodi na svakom od dva namotaja. Centralni izvodi su obično povezani na pozitivan kraj napajanja, dok se dva kraja svakog namotaja naizmenično uzemljuju kako bi se reverzirao smer magnetnog fluksa koji proizvodi taj namotaj.
Slika 3. Unipolarni koračni motor Na siici 3 prikazan je motor sa korakom od 30°. Rotor ima šest stalnih polova. Za veću ugaonu rezoluciju rotor mora imati više polova. Rezolucija od 30° po koraku je najčešći slučaj, mada su i motori sa rezolucijom od 15° i 7.5° široko rasprostranjeni. Koračni motori sa stalnim magnetima prave se i za korak od 1.8°. Hibridni motori se prave za 3.6° i 1.8° po koraku, pa čak i za rezoluciju od 0. 72° po koraku. Shodno pobudi namotaji proizvode magnetni fluks koji privlači polove rotora i tako okreće rotor. Da bi se rotor okretao kontinualno, potrebno je pobuđivati dva namotaja u sekvencama. Sledeća šema pobuđivanja namotaja okreće rotor 24 koraka u smeru kazaljke na satu: Namotaj 1a: 1000100010001000100010001 Namotaj 1b: 0010001000100010901000100 Namotaj 2a: 0100010001000100010001000 Namotaj 2b: 0001000100010001000100010 ili Namotaj 1a: 1100110011001100110011001 Namotaj 1b: 0011001100110011001100110 Namotaj 2a: 0110011001100110011001100 Namotaj 2b: 1001100110011001100110011 Treba uočiti da dve polovine jednog namotaja nisu nikada pobuđene istovremeno. Prva šema paljenja pobuđuje samo jedan namotaj u sekvencama te tako koristi manju snagu. Druga šema pobuđuje jednovremeno dva namotaja i generalno proizvodi 1.4 puta veću snagu nego prethodna. Kako veličina koraka koju proizvode ove dvije sekvence nije ista, njihovom kombinacijom se može III / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA obezediti i pomeraj pojedinačno: Namotaj 1a: Namotaj 1b: Namotaj 2a: Namotaj 2b:
KORAČNI MOTORI
od polovine koraka proizvedanog prvom i1i drugom šemom pobuđivanja 11000001110000011100000111 00011100000111000001110000 01110000011100000111000001 00000111000001110000011100
3.4. Bipolarni koračni motor
Bipolarni koračni motor je hibridni motor koji je konstruisan na isti način kao i unipolarni, ali su dva namotaja napravljena bez centralnih izvoda. Na taj način se dobija jednostavnija konstrukcija motora, ali se zato upravljačko elektronsko kolo komplikuje. Na slici 4 prikazan je ovaj motor.
Slika 4. Bipolarni koračni motor Upravljačko kolo ovog motora mora imati H-most za svaki namotaj kako bi se polaritet pojedinačnog namotaja mogao menjati. Kontrolna šema za ovaj motor je sledeća: Izvod 1a: +---+----+---+--++--++--++--++-Izvod 1b: --+---+---+---+--++--++--++--++ Izvod 2a: -+---+---+---+--++--++--++--++Izvod 2b: ---+---+---+---+ +--++--++--++--+ Postoje namenski konstruisana integralna kola za upravljanje H mostovima. Na njima se preko jednog kontrolnog ulaza omogućava kontrola izlaza te se postiže isti rezultat kao i u prethodnoj tabeli upravljanja, ako se primeni sledeća šema upravljanja: Omogućiti 1 1010101010101010 1111111111111111 Smer 1 Ix0xlx0xlx0xlx0x 1100110011001100 Omogućiti 2 0101010101010101 1111111111111111 Smer 2 x1x0xix0xlx0xlx0 0110011001100110 Ređe se koračni motori sa stalnim magnetima prave tako da su svi namotaji spojeni u krug sa izvodima između njih. To je najčešći dizajn u kategoriji trotaznih ili petofaznih motora. U tom slučaju upravljanje zahteva polovinu H mosta za svaki kraj na motoru. Ovakvi motori obezbeđuju veći moment za istu fizičku veličinu. Neki petofazni motori imaju visoku rezoluciju i od 0.72° po koraku.
III / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
3.5 Statički moment
Upravljački namotaj se napaja jednosmernom strujom pri čemu uspostavlja stacionarno magnetno polje. Pod tim uslovima sinhronizacioni moment se uspostavlja kao posledica ugla nepodudaranja (γel) direktne ose rotora i ose statorove mms. Sinhronizacioni moment je periodična funkcija ugla nepodudaranja osa Ms = f(γel). Osnovna komponenta sinhronizacionog momenta je: M s = M smax sinγ = M smax sin(θ sel − θ rel ) gde je Msmax maksimalna vrijednost sinhronizacionog momenta, θsel i θrel su uglovi ose magmetno motorne sile statorskog namotaja i rotorske magnetne ose izraženih u električnim stepenima. Pri momentu opterećenja Mst = 0 prema slici 5 stabilna taćka je O, a nestabilne tačke A i B, odnosno stabilna oblast je AOB koja je ujedno i simetrična.
Slika 5. Ugaona karakterislika koračnog motora Pri momentu Mst ≠ 0 stabilna oblast postaje nesimetrična, kao na slici, A1O1B1 pri Mst > 0. Maksimalni polazni moment koačnog motorao određen je tačkom C: M pol = M smax sin
π k korak
k korak ≥ 2
Ugao jednog koraka generisaće se pri pokretanju, pod uslovom:
γ stab > γ nestab + γ elkor gde su γstab i γnestab pozicije stabilne i nestabilne ravnoteže na ugaonoj karakteristici a γelkor kao na slici.
III / 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Minimalan broj okidačkih signala potrebnih da bi motor krenuo (pri Mst = 0) je kkorak > 2. Naime, aktivni tip koračnog motora, kod koga je moguće višepolarno okidanje, mora imati najmanje dva upravljačka namotaja, dok reluktantni i induktorski tip koračnog motora moraju imati najmanje tri upravljačka namotaja. Ovo le karakteristična osobina svih sinhronih motora gde je Ms = 0 pri γel = 180° i 360°. Koračni motori se mogu praviii kao jednofazni sa kkorak = 2. U tim uslovima reluktantni koračni motor ima nesimetričnu konstrukciju zubaca. Netačnost u pomeraju rotora (statička greška) kod koračnih motora, odnosno razilaženje osa slatorske magnetno motorne sile i rotorskog polja, zavisi od veličine i znaka momenta opterećenja kao i strmine ugaone karakteristike. Pošto le pobuđen, rotor se zaustavlja u ravnotežnom položaju između para polova. Svaki pokušaj da se rotor pomeri izazvaće suprotan moment koji se naziva moment držanja. Moment držanja je jednak: M = −M n
360 o
θo
θ
gdje je θo ugao koraka. dM/dθ zajedne sa mehaničkom inercijom proizvodi odziv drugog reda: M =J
d 2θ dt 2
pri čemu je mala vrednost unutrašnjih prigušnih oscilacija zanemarena. Ako se koračni motor pobuđuje u dovoljno sporim intervalima onda on dostiže položaj mirovanja posle svakog koraka i osciluje kao što je prikazano na slici 6.
Slika 6. Pomeraj rotora za jedan korak u funkciji vremena Nelinearnost prethodne jednačine rezultira u rezonantnim učestanostlma u opsegu između: III / 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ω n1 =
M n 360 J θ0
i
ω n1 =
KORAČNI MOTORI
M n 720 J θ0
Ukoliko se radi sa koračnim motorom na učestanostima između prethodnih može doći do oscilacija, pa i do preskakanja koraka. Nekoliko tehnika može biti uspešno primijenjeno u cilju smanjenja rezonantnih oscilacija: mehanički prigušivač na osovini, manji korak, povećanje inercije opterećenja radi smanjenja renonantne učestanosti, polukoračni način rada, itd. 3.6. Dinamički moment
Dinamički moment se manifestuje kao posledica oscilacija koje nastaju kao prelazne pojave pri svakom koraku, ili na početku sledećeg koraka. U trenutku tr, na slici 7, rotor je napravio jedan korak, ali on nastavlja da se kreće maksimalnom brzinom dθrmax/dt, posedujući, pri tom, kinetičku energiju koja održava kretanje nasuprot sila koje proizvodi magnetno polje. Rotor počinje da se njiše oko stabilne tačke, kao što je slučaj i kod drugih sinhronih mašina. Njihanje nestaje kada se sva kinetička energija potroši na električne, mehaničke i ostale gubitke. Što su veći ovi gubici to je i vreme njihanja kraće. Glavni uslovi koji određuju uslove ovakvog režima rada su: • skok vrednosti u prelaznom periodu, ∆θt0, odnosno maksimalna devijacija položaja rotora u odnosu na novu stabilnu tačku, • maksimalna trenutna brzina rotora dθrmax/dt, kada rotor pravi korak, • rotorovo vreme kašnjenja po koraku, tkašnjenja.
Slika 7. Ugaoni pomeraj i brzina rotora koračnog motora III / 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Dobra je praksa da se minimizira ∆θt0 i tkašnjenja koračnog motora, u isto vreme održavajući trenutnu brzinu rotora dθr/dt u željenim granicama. Srednja brzina koračnog motora može se naći na osnovu:
ωr =
π 180
fγ kor
Kako se povećava brzina i broj koraka, kretanje se menja od diskretnog ka kontinualnom. U slučaju kada se ustali okretanje motora onda brzina malo osciluje oko srednje vrednosti kao posledica toga što se rotor potpuno ne zaustavlja. Amplituda ovih oscilacija postiže maksimum pri učestanosti upravljačkih impulsa jednakoj rezonantnoj učestanosti što je detinisano samom konstrukcijom rotora. Kretanje neopterećenog rotora može se opisati sledećom relacijom:
M s = M din + M prig ± M t gde je Mdin dinamički moment, Mprig prigušni moment, Mt moment trenja. Dinamički moment zavisi od rotorove inercije i opterećenja: M din = J
d 2θ r J d 2θ rel = p dt 2 dt 2
Unutrašnje elektromagnetsko prigušenje oscilacija rotora obezbijeđeno je na račun ems indukovane u upravljačkom namotaju. Koa aktivnih tipova koračnih motora ova ems je indukovana od strane magnetskog fluksa koji stvara rotor, dok je kod induktorskog i reluktantnog tipa ona posledica naizmenične komponente fluksa pobude koja je posledica promene reluktanse usled obrtanja rotora. Obrtna ems rezultira u dodatnim strujama u upravljačkim namotajima koji su u interakciji sa fluksom koji gradi te struje, stvarajući tako dodatni prigušni moment koji obezbeđuje konstantnu brzinu rotora. Prigušni moment proporcionalan je brzini rotora: M prig = D
dθ r dt
gde je D faktor prigušenja. Ovaj taktor zavisi primarno od odnosa rotorskog i statorskog fluksa. Pri jednakim uslovima ovaj faktor je najveći kod aktivnih tipova koračnih motora. Ukoliko se zanemari trenje, kao i mali ugao razmimoilaženja osa (sinγel~γel) iz prethodnih relacija može se dobiti diferencijalna jednačina koja opisuje kretanje rotora:
d 2θ rel Dp dθ rel M smax p M p + + θ rel = smax θ sel 2 J dt J J dt gde je:
Kod realnih motora kod kojih kriva moment/brzina nije linearna glavna rezonantna učestanost je nešto niža od f0 . Iz gornje jednačine vidi se da je relativni faktor prigušenja oscilacija: 2λ =
Dp J
Važna karakteristika ustaljenog radnog stanja je karakteristika moment/brzina impulsa, pri koloj se rotor pokreće. Moment koračnog motora se smanjuje sa povećanjem broja impulsa što može biti posledica dva faktora: (a) akcije prigušnog momenta koji je posledica indukovane ems, (b) indukovanog napona u upravljačkom namotaju koji postaje merljiv, po veličini, sa naponom napajanja, tako da struja u upravljačkom namotaju nema vremena da u okviru jednog koraka dostigne ustaljenu vrednost, što rezultira u smanjenju vrijednosti fluksa pobude.
Slika 8. Pomeraj rotora u funkciji vremena u ustaljenom stanju Najvažnija osobina koračnog motora je ustaljeni izlazni moment. Opseg momenta u funkciji brzine u kom motor zadovoljavajuće radi prikazan je na slici 9. Koračni motori razvijaju najveći moment polasku. Kako se učestanost uključivanja upravljačkih namotaja povećava, induktivnost namotaja sprečava da struja dostigne ustaljenu vrednost, tako da se moment smanjuje.
III / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Slika 9. Opseg polaznog i radnog momenta Kako ovaj motor radi na principu promene magnetskog fluksa na polovima statora, to rotor mora biti sposoban da postigne punu brzinu u vremenu u kome se vrši promena fluksa na polovima statora. Deo momenta koji pokreće rotor troši se na savladavanje inercije kako bi se rotcr zaleteo. Kada je brzina postignuta pojavljuje se moment trenja. Razlika između prevalnog i radnog momenta koristi se da se savlada inercija. Ova površina se naziva opsegom "okretanja", slika 9. 4. Upravljanje koračnim motorima
Karakteristike momenta, bryine i ubrzanja zavise od karakteristika kontrolnih kola. Kontrolna kola (elektronika) su postala komplikovana, ali kao posledica toga poboljšale su se karakteristike koračnih motora, naročito pri većim brzinama. U isto vreme, ova kola su postala dominantan investicioni trošak kod koračnih motora, često prevazilazeći troškove samog motora. 4. 1. Motor sa promjenljivom reluktansom
Tipičan kontroler za koračni motor sa promjenljivom reluktansom prikazan je na slici 10, na kojoj su četvorougaonicima označeni prekidači. Najčešće, kontrolna jedinica je ili računar ili programabilni kontroler čiji softver generiše naponske izlaze potrebne da se kontrolišu prekiči.
III / 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
+ napajanje NAMOTAJI MOTORA
PREKIDACI
kontrolni signali
Slika 10. Princip kontrolnog kola Kako su namotaji induktvni potrošači to je nemoguće uspostaviti ili isključiti struju trenutno, a da se pri tom ne pojavi značajan napon. Tako da će u stučaju, kada se prekidač uključuje struja polako rasti, dok će se, pri isključivanju pojaviti prenapon koji može oštetiti namotaj motora, ukoliko se o tome ne vodi računa. Postoje dva osnovna načina da se ovaj prenapon eliminiše: koristeći diodu ili kondenzator u paraleli sa namotajem kako je to pokazano na slici 11. Dioda, na slici, će provesti tek onda kada se prekidač iskijuči, obezbeđujući put induktivnoj struji statora.
+ napajanje
+ napajanje
kontrola
kontrola
Slika 11. Princip eliminisanja prenapona Vrednost kapacitivnosti na slici teško je odrediti. Kada je prekidaš zatvoren onda će se kondenzator isprazniti kroz prekidač ka zemlji, pri čemu prekidač mora biti dimenzionisan da izdrži odgovarajući prenapon i struju. Kada se prekidać otvori akumulisana energija u namotaju motora napuniće kondenzator na napon značajno veći od napona napajanja. Da bi se odredila veličina III / 12
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
kondenzatora može se pribeći sledećem. Dve jednačine koje opisuju akumulisanu energiju u rezonantnom kolu su: 1 1 CU 2 i P = LI 2 2 2 gde su: P akumulisana energija [Ws], C kapacitivnost kondenzatora [F], U napon na kondenzatoru [V], L induktivnost namotaja motora [H] i I struja kroz namotaj motora [A]. Izjednačavanjem gornje dvie jednačine, dobija se kapacitivnost kondenzatora kojim se sprečavaju prenaponi:
P=
C>
LI 2
(U b − U s )2
gde su: Ub napon proboja prekidaču i Us napon napapanja. Kod motora sa promjenljivom reluktansom problem je u tome što induktivnosti najčešće nijesu poznate. Kapacitivnost i namotaj motora čine rezonanmo kolo. Ukoliko upravljačko kolo radi na učestanosti koja je bliska rezonantnoj tada će struja motora kroz namotaj a time i moment biti različiti u odnosu na na moment pri naznačenom radnom naponu. Rezonantna učestanost je: f =
1 2π LC
4. 2. Unipolarni motori sa stalnim magnetima i hibridni motori
Tipičan kontroler za unipolarni mo!er sa stalnim magnetima predstavljen je na slici 12.
+ napajanje
kontrola
Slika 12. Kontrolno kolo unipolarnog koračnog motora
Kao i kod motora sa promjenljivom reluktansom i kod motora pojavljuje se problem sa induktivnostima pri uključivanju i isključivanju prekidača. Kao i ranije, da bi se ovaj problem rešio induktivnosti se prespajaju, ali sada sa četiri diode, kao što je to pokazano na slici 13. Razlog za III / 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
upotrebu četiri diode leži u tome što namotaji više nisu jedinstveni. Oni kod unipolarnog motora deluju kao autotransformatori. Takođe, može se koristiti i kondenzator sa istom namenom. Određivanje kapacitivnosti kondenzatora vrši se na isti način kao i kod koračnog motora sa promenljivom reluktansom. + napajanje
kontrolni signali
Slika 13. Zaštita sa četiri diode 4. 3. Elektronski uređaji za unipolarni koračni motor i motor sa promenljivom reluktansom
Kontrolna kola za generisanje okidačkih impulsnih signala kojim se pobuđuju prekidači koji napajaju namotaje konstruišu se kao šeme sa tranzistorima ili namenski projektovanim elektronskim kolima. Neka jednostavnija rešenja prikazana su na slici 14. +5V
470 Ω
namotaj motora
namotaj motora
100 Ω 7407
IRC IRL 540
RCA SK3180 5.1 V
Slika 14. Kola za upravljanje prekidačima za namotaje koračnih motora
Izlazni tranzistori koji se pri tome koriste su obično darlington ili mosfet sa zaštitnim diodama u istom kućištu, čime se obezbeđuje mala snaga pobude i prenaponska zaštita. III / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Kod bipolarnih koračnih motora sa stalnim magnetima nema centralnih izvoda na namotajima. Da bi se promenio smer obrtanja potrebno je promeniti smer struje kroz namotaj. Za to se može koristiti posebni elektromehanički prekidač sa dvostrukim polovima čiji ekvivalent je u elektronskom smislu H-most pokazan na slici 15. + napajanje
A
C
kontrolni signali
B
D
Slika 15. H-most za kontrolu bipolarnog koračnog motora
Sa četiri prekidaša osnovni H-most nudi 16 mogućih radnih stanja: • Kretanje napred: prekidači A i D zatvoreni; • Kretanje u suprotnom smeru: A i C zatvoreni. Ovo su uobičajena radna stanja; • Struje brzo opadaju - svi prekidači uključeni. Ovaj način rada ne proizvodi efekte dinamičkog kočenja; • Sporo kašnjenje ili dinamičko kočenje, D zatvoren, A i C otvoreni dok B može biti ili otvoren ili zatvoren. Kada se rotor obrće onda će se indukovati struja koja će delovati na kočenje motora. Sama konstrukcija H-mosta je takva da je onemogućen kratak spoj. Takva jedna šema prikazana je na slici 16. + napajanje
X
A
C
B
D
Slika 16. Zaštita od kratkog spoja
Sa kolom sa slike je moguće ostvariti sledeće režime rada: III / 15
Y
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
XY ABCD Način rada 00 0000 brzo kašnjenje 01 1001 napred 10 0110 nazad 11 0101 sporo kašnjenje Na tržištu postoje mnoga integrisana kola, ali je zgodno videti princip na kome radi H-most kod bipolarnih motora. Jedno od rešenja je i ono pokazano na slici 17. + napajanje +5V BD679
+5V
2k 1N4007
BD679
X
1N4007
Y
Slika 17. Kontrola bipolarnog koračnog motora H-mostom
Ulazi X i Y mogu biti napajani iz različitih izvora (TTL kolektora). Namotaj motora pobuđen je ukoliko je jedan od X i Y ulaza na visokom nivou, a drugi na niskom. Ukoliko se desi da su i X i Y ulazi na visokom i niskom nivou onda će, kao što se vidi sa slike, motor biti u režimu dinamićkog kočenja. Kolo na slici se sastoji od dve identične polovine koje se mogu iretirati kao puš-pul drajveri. Ovi mostovi se nazivaju često polovični H-mostovi. Kao zamena za prethodno kolo mogu biti korišćeni i TTL drajveri u slučaju manjih opterećenja. Takvo jedno rešenje prikazano je na slici 18. +5 8
12
6
14
4
16
2
18
X
Y
E
1
1/2 LS244
Slika 18. Drajver za bipolarni motor
III / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Ovo kolo je pogodno za upravljanje motorima čiji namotaji imaju otpornosti do 50 Ω pri naponima do 4.5 V. Način rada je sledeći: XYE Način rada --1 brzo kašnjenje 000 sporije kašnjenje 010 napred 100 nazad 110 sporo kašnjenje Mnogi proizvođaći proizvode namenske čipove za upravljanje koračnim motorima. Takva kola, za različite slučajeve upravljanja koračnim motorima su: L293, L298 (SGS-Thompson), IR2101, IR2102, IR2103 International Rectifier), TA7288, GL7438, TA8400 i TA8405 (Toshiba). 5. Opis laboratorijskog modela pogona sa koračnim motorom
Model pogona sa koračnim motorom koristi se i vežbi 19 tako da je tamo dat spoljni izgled sa dispozicijom elemenata (slika 18) i raspored priključnih stezaljki (slika 19), tako da se taj deo opisa ovde ne ponavlja.
Koračni motor
Upravljanje
Uključenje/Isključenje
Slika 19. Pogon sa koračnim motorom i upravljačkom elektronikom
III / 17
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
5.1 Koračni motor
Kaišni prenos
Impulsni tahogenerator
Koračni motor
Slika 20. Koračni motor
Motor tip: Struja: Rezolucija:
34 PM – C042 SHINKON 3 Amax 1.8 o/step
5.2. Upravljanje koračnim motorom
Upravljanje je predviženo za kontrolu brzine i smera obrtanja unipolarnog četvorofaznog koračnog motora. Upravljanje je izvedeno na bazi primene integrisanog kola UCN5804B, a izvedeno je tako da se može sa motorom upravljati direktno zadavanjem frekvencije sa lokalnim oscilatorom ili pojedinačnim impulsima, pri čemu se mod rada odabira sa prekidačima, ili daljinski uz pomoć PLC ili mikrokontrolera kada on zadaje frekvenciju i modove rada. Lokalni mod rada je idealan za demostriranje različitih modova rada koračnog motora, pri čemu indikacija moda rada ostvarena je pojedinačno sa LED diodama. Daljinski mod rada koristi se kada se želi motor iskoristiti za ugradnju u kompletan sistem za pozicioniranje, na primer ploter, robot i slično. Kolo UCN 5804B sadrži sekvencijalnu logiku i H most sa bipolarnim tranzistorima za upravljanje koračnim motorom. Ulazi su mu kompatibilni sa CMOS i TTL logikom. U lokalnom modu frekvencu rada u kontinualnom i tip režimu zadaje mu se preko dva oscilatora sa integrisanim kolima NE555, kao na šemi prikazanoj na slici 21. III / 18
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KORAČNI MOTORI
Šema veze Slika 21. Šema veze upravljanja sa koračnim motorom
Slika 22. Unutrašnje veze kola UCN5804B
U lokalnom režimu modovi rada se zadaju prekidačima čija je dispozicija zadata na slici 23. Važno je uočiti kako izbor pojedinih modova utiče na rad koračnog motora da bi se u daljinskom radu preko PLC kontrolera mogao izvršiti pravilan izbor načina rada. III / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Blokada ON Enable
Modulacija puna pola Smer levo desno
Uključenje / Isključenje
Izbor kontinualno pojedinačno
Brzina puna niska
Moment ceo pola
KORAČNI MOTORI
Indikacija pobude namotaja
Kontinualna promena brzine
Izbor lokalno daljinski
Pojedinačni korak
Priključci za PLC i motor
6. Upustvo za izvođenje vežbe
Goniti koračni motor u svim mogućim kombinacijama modova rada i uočiti njihov uticaj na parametre pogona pre svega na ugaono pomeranja po koraku. Zabeležiti frekvencije pri kojima koračni motor prelazi u kontinualni rad i pri kojima dolazi do zaustavljanja pogona pri različitim opterećenjima.
III / 20
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
IV. vežba
IDENTIFIKACIJA OBJEKTA REGULACIJE I PODEŠAVANJE PARAMETARA PID REGULATORA PO ZIEGLER – NICHOLS - OVOJ METODI 1. Cilj laboratorijske vežbe: • •
Upoznavanje sa jednom metodom identifikacije objekta regulacije i Ziegler – Nichols-ovim postupkom podešavanja parametara PI regulatora. Realizovati sistem jednokonturnog regulatora i izvršiti na njemu merenja odziva u cilju utvrđivanja njegove efikasnosti.
2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • • • • • •
Tri analogna PI-regulatora; Tri proporcionalna člana sa kašnjenjem prvog reda, koji čine objekt upravljanja; Jednog diferencijalnog člana sa kašnjenjem prvog reda, koji čini kompenzator; Dva potenciometra za zadavanje skoka zadate vrednosti i smetnje; Univerzalnog instrumenta za merenje zadate vrednosti i smetnje; PC računara sa A/D karticom i softverom za praćenje vremenskog odziva sistema.
3. Uvod Pod identifikacijom objekta podrazumeva se proces pronalaženja skupa formula, tabela i grafova koji kvantitativno opisuju statičke i dinamičke veze među veličinama (matematički model) objekta kojim se želi upravljati. Postojeće metode identifikacije dele se na eksperimentalne i analitičke. Pri izvođenju eksperimenta za određivanje dinamičkih karakteristika na ulaz ispitivanog objekta dovode se ispitna delovanja (pobude) određene forme. Na ovoj laboratorijskoj vežbi kao ispitna funkcija koristiće se jedinična odskočna funkcija.
Slika 1. Odziv PT1 člana na odskočnu pobudu IV / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
gde je: K ob =
y (∞ ) u (∞)
Vremensku konstantu Tob možemo dobiti na više načina: 1. Povlačenjem tangente na krivu u koordinatnom početku. Ona predstavlja ono vreme koje protekne od početnog trenutka do mesta gde tangenta seče pravu koja određuje stacionarno stanje. 2. Na osnovu činjenice da odziv na izlazu nakon vremena od jedne vremenske konstante (Tob) dostigne 63% svoje konačne vrednosti u stacionarnom stanju. 3. Grubo se može odrediti na osnovu činjenice da odziv nakon vremena od približno pet vremenskih konstanti dostiže svoju konačnu vrednost u stacionarnom stanju. Amplituda odziva definiše pojačanje objekta kao veličinu promene izlazne veličine objekta pri prelazu iz starog u novo stacionarno stanje pri jediničnoj ulaznoj ispitnoj funkciji: K ob = gde je:
y(∞) y(0) u(0)
y (∞ ) − y (0) u (0) - veličina odziva u novom stacionarnom stanju - veličina odziva u starom stacionarnom stanju - amplituda ispitne funkcije
Funkcija prenosa PT1 člana je:
WPT 1 ( p) =
K ob 1 + Tob p
Regulator je onaj deo zatvorenog sistema upravljanja koji vrši upoređivanje signala i u zavisnosti od razlike između zadate i stvarne vrednosti tj. greške regulacije, određuje veličinu upravljačkog tj. izvršnog signala. Mesto i uloga regulatora se jasno vidi na slici 2.
Slika 2. Jednokonturni regulisani krug Osnovni tipovi kontinualnih regulatora su P; I; PI; PD i PID regulatori. U industrijskoj praksi se najčešće koristi PI regulator. Ovaj regulator poseduje dobre osobine i P i I regulatora tj. daje brz odziv bez greške ustaljenog stanja. Integralna jednačina i prenosna funkcija PI regulatora je: IV / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Slika 3. Prelazna karakteristika PI regulatora i način određivanja integralnog vremena Integralno vreme TI se određuje na osnovu vremenskog odziva PI člana. Ako se na ulaz PI člana dovede skokovita pobuda, onda prođe integralno vreme TI pa se upravljačka veličina y pod uticajem I delovanja promeni za onu vrednost za koju se pod uticajem P delovanja skokovito promenila. Sa slike 3 se vidi da mora da važi: KITI=KR. Iz sličnosti trouglova se može zaključiti da PI delovanje odgovara I delovanju koje je počelo za TI vremena ranije. Podešavanje parametara PI regulatora po metodi Ziegler-Nicholsu
Ziegler-Nicholsova metoda je jedna od najstarijih metoda podešavanja parametara regulatora, a ujedno je i jedna od najčešće primenjivanih. Primenljiva je za sve procese sa najmanje tri akumulatora energije., tj. za procese minimalno trećeg reda. IV / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Metoda podešavanja realizuje se eksperimentalno na realnom zatvorenom sistemu automatskog upravljanja prema sledećim koracima: 1. Iskjuče se integralno i diferencijalno dejstvo (integralno vreme TI se podesi na maksimalnu vrednost, a diferencijalno vreme TD na minimalnu. 2. Postupnim povećavanjem pojačanja tj. smanjenjem proporcionalnog područja sistem se dovede na granicu stabilnosti. Vrednost pojačanja KKRIT pri kojem nastaju neprigušene oscilacije je kritično pojačanje. 3. Izmerimo periodu TKRIT neprigušenih oscilacija odziva od minimuma do minimuma (ili od maksimuma do maksimuma). Na osnovu određenih vrednosti KKRIT i TKRIT i izraza datih u sledećim tabelama proračunaju se parametri regulatora. Tabela za izbor po Ziegler-Nichols-ovoj metodi: Tip regulatora
KR ≤
TI ≥
Td ≤
P
0,5 KKRIT
∞
0
PI
0,45 KKRIT
0,8 TKRIT
0
PID
0,6 KKRIT
0,5 TKRIT
0,125 TKRIT
Tip regulatora
KR
TI
Td
P
0,5 KKRIT
∞
0
PI
0,35 KKRIT
1,25 TKRIT
0
PID
0,6 KKRIT
0,8 TKRIT
0,2 TKRIT
Preporučene vrednosti:
Prvo nadvišenje ovog regulatora po ovom postupku se kreće između 35 i 55%. Regulator je dobro podešen tada ako je svaka naredna amplituda prigušenih oscilacija odziva jednaka polovini prethodne. 4. Opis sistema
Model sistema automatskog upravljanja sastoji se od proporcionalna člana prvog reda (PT1) koji čine objekt upravljanja, jednog diferencijalnog člana (DT) kao kompenzatora i tri regulatora (PI). Elemente zadate vrednosti čine tri potenciometra u sprezi sa preklopnicima kojima se zadaje skok zadatih vrednosti odnosno smetnji. Ovaj sklop omogućuje izvođenje nekoliko različitih koncepcija upravljanja između ostalog i kompenzaciju smetnji i kaskadnu regulaciju, uz primenu različitih metoda podešavanja regulatora (Ziegler-Nicholsova metoda, tehnički optimum, simetrični optimum i slično).
IV / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Regularori
Zadavanje Kr
Zadavanje TI
Zadata vrednost na ulazu
Zadavanje greske
Zadate vrednosti na ulazu PT-clanovi PI-clanovi
zadavanj TD i TK
Slika 4. Prednji izgled sistema automatskog upravljanja 4.1. PT1 članovi
Prvi, drugi i treći PT1 član imaju respektivno prenosne karakteristike:
Na slikama 5, 6 i 7 takođe respektivno prikazani su njihovi odzivi na skokovitu promenu ulaza:
IV / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Slika 5. Odziv PT1-člana (K1 = 4, TI = 5s) na skokovitu pomenu od 1V
Slika 6. Odziv PT1-člana (K2 = 2.13, T2 = 20s) na skokovitu promenu ulaza od 1V
IV / 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Slika 7. Odziv PT1-člana (K3 = 1,T3 = 40s) na skokovitu promenu ulaza od 1V Merenja se izvode sa softverom Visual Designer-om i PC A/D karticom. Napomenimo ipak da su svi elementi sistema izvedeni sa kapacitetima koji imaju paralelno vezane tastere, pomoću kojih se mogu brzo isprazniti da bi se merenje odziva sistema skratilo. Kapaciteti u regulatorima prazne se pri blokadi regulatora. 5. Izvođenje vežbe 5.1. Identifikacija PT1 članova
a) Spojiti sve kao što je prikazano na slici slici 8 i snimiti odziv jednog PT1 člana na odskočnu pobudu. Nivo ulaznog skoka podesite pomoću potenciometra na 2V. b) Odrediti vremensku konstantu na sva tri načina (grafički i računski). c) Proračunati pojačanje datog PT1 člana i napišite njegovu prenosnu funkciju.
Slika 8. Snimanje odziva PT1 člana na odskočnu pobudu IV / 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
5.2. Karakteristike PI regulatora
a)
Spojiti sve kao što je prikazano na slici slici 9 i snimiti odziv PI člana na odskočnu pobudu. Zadane vrednosti (odskočna funkcija) podesite pomoću potenciometra na 5V. Parametri regulatora treba da budu podešeni na sledeće vrednosti: Xp=100, a za TI uzimati vrednosti: 2; 10; 20; 60 s. Za svaki novi vrednost TI snimati odziv.
b) Sa snimka očitati integralna vremena TI i Kr na način koji je prikazan na slici slici 3.
Slika 9. Snimanje odziva PI člana na odskočnu pobudu 5.3. Podešavanje PI regulatora
a) Spojiti sve kao što je prikazano na slici 10. Zadane vrednosti (odskočna funkcija) podesite pomoću potenciometra na 5V. Postaviti TI na maksimalnu vrednost, kao i Xp. Postepeno smanjujući Xp doći do granice stabilnosti (tada je Xp=XpKRIT). Za svaku novu vrednost Xp snimite odzive, ali sačuvajte samo onaj snimak gde su oscilacije neprigušene. b) Odrediti KKRIT koristeći formulu:
KKRIT =
1 X pKRIT
⋅100
i izmeriti TKRIT sa onog snimka gde je sistem došao na granici stabilnosti. c) Na osnovu tabele za metodu odrediti parametre regulatora KR i TI. d) Snimiti odziv sistema sa podešenim regulatorom.
IV / 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ZIEGLER-NICHOLS
Slika 10. Snimanje odziva sistema trećeg reda sa PI regulatorom na odskočnu pobudu
IV / 9
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
V. vežba REGULACIONO KOLO TEMPERATURE SA PID REGULATOROM Zadatak 1. Upoznati elemente, šemu veze i podešavanje regulacionog kola temperature. 2. Izvršiti aproksimativnu identifikaciju sistema u otvorenom kolu na osnovu snimka odziva na skok. Eksperiment prekinuti i vrednost odziva u stacionarnom stanju, odrediti geometrijskim postupkom koji je baziran na eksponencijalnom odzivu. Kob =
y (p ) y max (∞ ) Kob − τp = e , τ , T , W (p ) = max u max (p ) Tp + 1 u max (∞ ) y
y T
T
τ
τ
Ymax =kU0
u
t
u0
t
Slika.1
Ymax =kU0
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
3. Odabrati parametre PID regulatora prema sledećem:
0,6 ⋅ T , Kob ⋅ τ 100 XP = [%], KR
KR =
KIR = TI =
0,6 ⋅ T , Kob ⋅ τ
KR , KIR
0,3 ⋅ T , Kob KDR TI = KIR
KDR =
4. Odrediti parametre podešavanja realnog regulatora, vodeći računa o tome da je prenosna funkcija idealnog PID regulatora: WR (p ) = KR (1 +
1 + TD ⋅ p) TI ⋅ p
a realizovanog regulatora: 1 TD * ⋅ p 1 WR (p ) = ⋅ ⋅ * * KR 1 + TD ⋅ p 1 + TI * ⋅ p *
izjednačavanjem ovih jednačina dobijaju se odnosi: KR = KR *(1 +
TI * ) TD *
TI = TI * + TD * TI * ⋅ TD * TD = * TI + TD * odakle sledi: 1 TI * 1+ * TD TI TI 2 TI * = + − TI ⋅ TD 2 4 KR *= KR ⋅
TD * =
TI TI 2 − − TI ⋅ TD TD 2 4
Pri tom Kr* i Ti* mogu imati samo unapred određene vrednosti. 5. Opis sistema PCS regulator 1 je kontinualan kontoler sa 0-20 ili 4-20 mA ulaznim ili izlaznim signalima.Ulazno izlazna kola verzije sa jednosmernim naponima nosi striktne specifikacije zaštite tipa Ex i G5. PCS regulator 1 postoji sa PI ili PID kontrolnim modulima.Ugrađeni prekidač omogućuje poništavanje I operacije ukoliko je potrebno PI kontroler može se prebaciti u PID kontroler dodavanjem jednog priključnog modula.Ovim postupkom neće više biti potrebne dodatne konekcije.
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
Prekidač na prednjoj strani ploče daje automatsko prebacivanje iz automstske operacije u manualnu operaciju i obrnuto. Kontroler je ugrađen kao priključna jedinica posle oslobađanja spojnice kontroler se može delimično izvaditi iz kućišta omogućivajući pristup kontrolnim parametrima za podešavanje,pritom neprekidajući njegove operacije.Oslobađanjem druge spojnice kontroler se može kompletno izvaditi iz kućišta.
Zeder diode u pozadini kućišta održavaju ulazno strujno kolo u petlji zatvoreno da bi se sprečilo uznemiravanje ostalih instrumenata u ovoj petlji.Kontroler je sagrađen u modularnoj formi.Da bi se regulator prilagodio drugačijim zahtevima,sve što je potrebno je pravilna konbinacija priključnih modula.
Sliak 2.a
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 2.b
ANALOGNI PID
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
TIRISTORSKA ŠEMA:
c
R
4 5 6
R R
c
05 04
1 2 3
Izlazni signal iz regulatora
Sklop za sirinsko-impulsivnu modulaciju
Generator inpulsa za paljenje tiristora
-
0
T
S
R
sklop za sinhronizaciju
I
mV
c
NiCv-Ni
01
02
03
P1
06
Ovde sada imamo trofazni pretvarač sa antiparalelnim vezama tiristorima.Koji nam daje širinsku inpulsnu modulaciju kao na slici I.4.4 .Uklučuje se radi smanjenja smetnji u tenutku prolaska napona svake faze kroz nulu.
Slika I.4.3 TIRISTORSKI IZVRŠNI ELEMENTI
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
PRINCIPI RADA Izlazni signal-vreme uključenja T[s]
2
T ciklusa=2s
0 20 0
ulazni signalstruja I[mV]
ŠIRINSKA-IMPULSNA MODULACIJA
II 25
20 mA
20 15 mA
15 10 mA
10 5 mA
5
0 mA
0
t
uklučkluč
Tciklusa 4
Tciklusa 2
3 T ciklusa 4
Tciklusa
Slika I.4.4
Tciklusa
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
TERMOELEMENTI
DIN43710 I DIN 43712 VREDNOSTI TERMONAPONA Referentna temperature 00 C
Oznaka termopara + krak - krak
Cu-konst
Fe-Konst
NiCr-Ni
PtRh-Pt**
Baker Konstantan Napon Dovoljno mV odstupanje
Željezo Konstantan Dozvoljeno Napon odstupanje mV
Niklkrom Nikl Dozvoljeno Napon odstupanje mV
Platinarodij Platina Dozvoljeno Napon Odstupanje mV
Za referentnu temperature 200 C umanjuju se vrednosti termonapona iz tablice: Kod Cu-Konst 0.80 mV kod Fe-konst 1.05 mV Kod NiCr-Ni 0.80 mV kod PtRh-Pt 0.112 mV 0 Za referentnu temperature 50 C (kod primjene termostata) umanjuju se vrednosti termonapona iz tablice: Kod Cu-Konst 2.05 mV kod Fe-konst 2.65 mV Kod NiCr-Ni 2.02 mV kod PtRh-Pt 0.299 mV
6. Podesiti izračunate parametre regulatora. 7. Pustiti u pogon sistem.
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
ANALOGNI PID
Primeri: TD* = 1,3 min
TD* = 1,3 min
TD* = 1,3 min
TI* = 20 min
TI* = 20 min
TI* = 20 min
XP* = 21 %
XP* = 60 %
XP* = 36 %
NAPOMENA:
Parametri pod b) daju prigušen odziv.
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DVOPOZIC. REGULATOR
VI. vežba ANALIZA DINAMIKE TERMIČKOG PROCESA UPRAVLJANOG SA DVOPOZICIONIM REGULATOROM 1. Snimiti promenu upravljačkog signala yn i odziva regulisanog termičkog procesa ek. Na osnovu merenja dobijene rezultate upisati u tabelu: t
ek ± eo
ek
θ
t'
U 0 Uo 0 Uo
Vrednosti u tabeli su: t – vreme u [s] ek – napon termoelementa [mV] eo - korekcija zbog temperature hladnog kraja [mV] θ - temperatura u peći [oC] U - Napon napajanja [V] Uo - Napon mreže [V] - vreme priključivanja i odvajanja grejača od mreže. t' 2. Na osnovu dobijenih podataka merenja nacrtati vremenski dijagram promene θ = f(t) i U = f(t).
X1 W XSD
'X X2 W
U
t2
-
TE
histerezu regulatora Xsd [oC] amplitudu oscilacija ∆X [oC] najveću vrednost temperature X1 [oC] najmanju vrednost temperature pri oscilacijama X2 [oC] VI-1
TA
t
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DVOPOZIC. REGULATOR
-
vreme uključenosti TE [s] vreme isključenosti TA [s] periodu oscilovanja T [s] zadatu vrednost W [oC] (Pretpostaviti da se histereza simetrično raspodeljuje u odnosu na W) - frekvenciju uključenja fs [1/s] - srednju vrednost temperature X [oC] - odstupanje između zadate i srednje vrednosti XBA [oC] 3. Izvršiti grafičku identifikaciju delimično snimljenog odziva na skokovitu promenu ulaza uzimanjem odziva do vremena tz i odrediti: Xmax [oC] K=
Tg
Xmax [ o C] Uo [V]
C
TgE [s]
C'
B'
B
Tu [s] -
W(p) = K ⋅ 4.
T up
A o
e [ C] TgEp + 1 [V]
TU
t/2
t/2
t2 A'
B'
Sačiniti program za identifikaciju objekta upravljanja, koristeći sledeću metodu:
Tg
dθ + θ = k' [1(t)] dt
k' = k ⋅ Uo
Integraljenjem dobijamo: τ
τ
0
0
Tgθ(t) + ∫ θ(t)dt = k' ∫ dt
smenom θ(t) = vo(τ )
τ
∫ θ(t)dt = v1(τ ) 0
τ
∫ dt = τ
dobijamo:
0
Tgvo(τ ) − k' τ = − v1(τ ) Ako se vrednosti funkcija vo(τ) i v1(τ) odrede u tačkama τ1 i τ2 dobijamo dve jednačine sa dve nepoznate:
Tgvo(τ 1) − k' τ1 = − v1(τ 1) Tgvo(τ 2) − k' τ2 = − v1(τ 2) Rešavanjem ovih jednačina dobijamo: VI-2
Rezultate proračuna uporediti sa izmerenim vrednostima, uočiti odstupanja i komentarisati. Prilog: Karakteristika termoelementa (termopara). DIN43710 I DIN 43712 VREDNOSTI TERMONAPONA Referentna temperature 00 C Oznaka termopara + krak - krak
Cu-konst
Fe-Konst
NiCr-Ni
PtRh-Pt**
Baker Konstantan Napon Dovoljno mV odstupanje
Željezo Konstantan Napon Dozvoljeno mV odstupanje
Niklkrom Nikl Napon Dozvoljeno mV odstupanje
Platinarodij Platina Napon Dozvoljeno mV Odstupanje
Za referentnu temperature 200 C umanjuju se vrednosti termonapona iz tablice: Kod Cu-Konst 0.80 mV kod Fe-konst 1.05 mV Kod NiCr-Ni 0.80 mV kod PtRh-Pt 0.112 mV Za referentnu temperature 500 C (kod primjene termostata) umanjuju se vrednosti termonapona iz tablice: Kod Cu-Konst 2.05 mV kod Fe-konst 2.65 mV Kod NiCr-Ni 2.02 mV kod PtRh-Pt 0.299 mV
VI-4
C
%
-
-
3
-
0
-
0.5
-
0.5
SZABADKAI MŰSZAKI FŐISKOLA
PLC vezérlése és felügyelete Interneten keresztül
készítette: Kurta Péter mentor: Dr. Jeges Zoltán
Szabadka, 2007. 03. 27.
Célkitűzés 1. Interneten keresztül vezérelhető automatizálási eszközök megismerése 2. FESTO PLC illesztése a hálózathoz (hardveresen és szoftveresen) 3. Feladat, mintaprogram (PLC és HTML) meghatározása amely segítségével a technológia bemutatható és oktatható
Alapgondolatok 1. Gyorsan terjedő on-line kommunikáció és kereskedelem 2. Kereslet internetes kapcsolat megosztásra 3. Az ipari folyamatirányítás kommunikációs lehetőségei nagy mértékben bővültek 4. Ethernet-hálózat az iparban, mint kommunikációs fizikai réteg
A ma Internete •
Nincsen központ, nincs "egy" központi gép
•
Minden, a hálózatra kötött gép egyszerre fő- és alállomás
•
Hálózatok óriási gyűjteménye
•
Általános kommunikációs, információtovábbító médiává vált
•
Számítógépekhez nem értő laikusok is könnyedén, minden tanulás nélkül navigálhatnak az Internet óceánján
Internet használata Mit jelent „rajta lenni az Interneten”? • TCP/IP-protokollkészletet használja • Van saját IP-címe • Tud más gépeknek IP-csomagokat küldeni
Világháló (World Wide Web) •
Keretszerkezet
•
Különféle dokumentumok hatalmas, világméretű gyűjteményéből áll
•
Az oldalakat egy böngésző (browser) programmal tekinthetünk meg
HTML dokumentumok (HyperText Markup Language – hipertext jelölőnyelv) Ahhoz, hogy meg tudja jeleníteni az oldalt, a böngészőnek értenie kell az oldal formátumát. Szükség van egy szabványosított nyelvre. • Szövegfájl • HTML-tag – formázóutasítások • Megjelenítendő objektumokra történő hivatkozásokat
Programozható Logikai Vezérlő • Ethernet hálózati csatlakozó a PLC-n
Pr o g r am o zh at ó Logikai Vezérlő • Ipari számítógép • Speciális hardveregység és felhasználói program • Technológiai folyamatok tárolt programú vezérlése, szabályozása •Folyamatirányító rendszerek létrehozhatók FEC FC640: • Egyszerű moduláris felépítés, kis méret • 32 Bemeneti /16 kimeneti fokozatok ( 24 Vdc ) • Könnyű programozhatóság és újraprogramozás • Beágyazott webszerver- valós idejű PLC adatszerver • FTP szerver
PLC-k kommunikációs rendszere
Programozóegység
Programmemória
Adatmemória
Központi logikai ill. feldolgozógység
Bemeneti áramkörök
Bemeneti szervek
Kimeneti áramkörök
Kimeneti szervek
Kommunikációs egység
PLC és a technológiai folyamat közötti kommunikáció párhuzamos formában: • Kétállapotú be/kimenetek • Analóg be/kimenetek • Frekvencia (impulzus) be/kimenetek
PLC-k hállózati kommunikációs rendszere a) Több soros vonal révén kialakított pont-pont kapcsolat: - korlátozott kommunikációra alkalmas - alacsony átviteli sebesség és a kis távolság b) PLC-hálózat: - leggyakoribb kommunikációs módszer - ha a rendszerben változás történik a hálózatot módosítani kell c) ETHERNET-hálózat - különösen a nagy távolságra - nagy adatmennyiségeket igénylő kommunikáció esetén - szabványosított, egyszerűen telepíthető PC
PC
PLC-hálózat
RS 232 PLC
PC
PLC a)
PLC
PC Ethernet
PLC b)
PLC
PLC
PLC c)
PLC
Hálózati kommunikáció Az irányítástechnika kommunikációs hálózatainak előnyei: • Jelentősen kisebb kábelköltségek • Kisebb telepítési és ráfordítási költségek • Nagyobb üzembiztonság és teljesítmény • Rugalmas módosítási lehetőség
A PLC rendszer ETHERNET-hálózatának alkalmazási példái: • Távprogramozás és monitorozás • Mail-szolgáltatás pl.: a PLC e-mail üzenetet küld hiba detektálásakor • PLC-PLC közötti üzenetváltás • Fájlátvitel valósítható meg a PLC-memória és a PC memóriája között
Kapunyitó berendezés működtetése Interneten keresztül 2. A berendezés működéséhez szükséges programot kell megírnunk a FESTO létradiagram nyelv alapján az FST 4.1 programot felhasználva: Lényege, hogy belső regisztereket (flag) használunk. A jelzőbitek értékeinek változásából információt kapunk a PLC be- és kimeneti állapotairól (rendszerfelügyelet), és ezáltal tudjuk e jelzőbitek értékeit a webes felületen keresztül változtatni, ezzel a PLC működését befolyásolni (vezérlés). 3. HTML nyelven megírt Web-es felület létrehozása: Kódsoraiban a PLC-HTML fordító számára értelmezhető utasítások szerepelnek
Kapunyitó berendezés működtetése Interneten keresztül 4. Meg kell határoznunk a PLC IP-címét:
Kapunyitó berendezés működtetése Interneten keresztül 5. Fel kell töltenünk a PLC FTP szerverére a létrehozott web oldalakat:
Kapunyitó berendezés működtetése Interneten keresztül 6. A project leforditása és a PLC-re való instalálása után át kell váltani soros kommunikációról TCP/IP kommunikációra:
Webes-felület létrehozása Legfontosabb HTML alkalmazások: 1. Script beolvasása: <script language= "JavaScript" src= "fst.js" >
Az adott parancsokat kezelni tudja, azt a PLC számára értelmezhető nyelvre fordítja. 2. Weboldalunkat állandó időközönként frissíttetjük: <meta http-equiv= "Refresh" content= "3;url=oldal_neve.htm" >
Valós idejű adatokat nyerhetünk, vezérelt folyamat változó paramétereinek visszaolvasásánál jelentős.
Webes-felület létrehozása 3. Nyomógomb használata, beállításával a PLC memória értékét változtathatjuk : Vezérlési funkció A PLC programjában, feltételként figyelembe vesszük az adott memória szó értékét: IF
FW0 V4 O0.3
= THEN SET
‘Memória szó 'Vezérelt kimenet
HTML nyelvben, a gomb pozícióját és feliratát definiálva:
Rákattintás hatására a 0-s memória szót 4 decimális értékűre írja a PLC-ben. bit
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Dec. ért.
0-s szó
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
4
Webes-felület létrehozása 4. Adatok kiolvasása is szintén a memória bitek felhasználásával történik. A PLC be- vagy kimeneteit jelzőbitekhez rendeljük: IF I0.1 THEN SET F1.1 '1-s szó 1-s jelzőbit ELSE RESET F1.1 '1-s szó 1-s jelzőbit
A 0.1 bemenetet az F1.1 belső regiszterhez rendeljük. bit
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Decimális érték
1-s szó
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
2
HTML nyelvben: <script language= "JavaScript" > switch ( ) { case 2: document.write("Üzenet_1"); break; default: document.write("Kapcsolódás"); break;
}
A HTML-ben nem egy-egy bit értékre hivatkozunk, hanem az egész szót figyeljük, vagyis decimális értéket olvassuk ki.
Konklúzió
• Webtechnológia optimalizálja az ember-gép kapcsolatot • Könnyen elérhető megoldások, valós idejű információk • Nincs licence a „kliens” állomásokon • Nincs szükség a felhasználók képzésére • Webes felület kezelése egyszerű • Jogosultsági szinteket felállítása • Veszélyforrások: Vírusok; kémprogramok; férgek • Külön gondoskodnunk kell védelemről ezen veszélyforrások ellen
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA REG. U PROSTORU STANJA VIII. VEŽBA REGULATOR U PROSTORU STANJA 1. Labaratorijska vežba se sastoji od: •
PC računara sa instaliranim softverom za simulaciju regulatora u prostoru stanja.
2. Opis programa: Program TVSAU.EXE ima izvor TVSAU.PAS, pisan u TURBO VISION TP6.borland International.Ovaj program omogucuje upravljanje sistemima uprostoru stanja primenom više razlicitih algoritama kao što su: • • • • •
Kao mogućnost za proširenje ostale su opcije kao nap.Metod I.Za to bi preporučio da buduci programeri prouče izvore programa za upravljanje modalnim podešavanjem polova, kao i implementaciju tog programa u TVSAU.PAS. 3. Instalacija programa: Da bi program funkcionisao,neophodno je da ga instaliramo sa diskette sa programom za instalaciju (*.bat) ili da kreiramo direktorijume sa potrebnim programima.Uputstvo za instalaciju za to postoji read.me fajlu tj,trebaju nam: C:SAU/TVSAU/DATA C:SAU/TVSAU/HELP, sa fajlovima bey kojih program ne funkcioniše u potpunosti. Sam TVSAU kreira jos neke fajlove za internu upotrebu, te je i njih neophodno implementirati u direktorijum u kojem se nalazi sam program tvsau.exe.Doda bih jos,da kod akvizicije podataka nekim drugim načinom,dobro bi bilo fajlove *.prs praviti u obliku prepoznatljivom za tvsau.exe I smestiti ih u C:SAU/TVSAU/DATA. 4. Uputstvo za korišćenje: • •
Otkuca se “tvsau” I pritisne “Enter”,nakon čega nas program pita za jezik koji će mo da komuniciramo sa “Help”funkcijom(srpski,mađarski). Nakon toga iscrta naslovnu stranu.Pritiskom na bilo koji taster,naći će mo se u glavnom okruženju TVSAU programa.Na ekranu se vide poynate funkcije kao što su:FILE,SEARCH,WINDOWS I pored njih,neke nove kao što su:SISTEM INPUTS,REGULATION;QUALITY. VIII / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA REG. U PROSTORU STANJA • • •
Standardne opcije sada nisu predmet razmatranja,a što se tiče novih,koje su prikazane i vidljive na ekranu, HELP – funkcija(F1) nam daje uputstvo na srpskom i mađarskom jeziku SISTEM IMPUTS ima pod funkcije: •
• •
Manual,za ručni unos sistema(program je opet jedna yasebna Celina koja omogucuje komuniciranje na dva jezika.)Program nas vodi tako da je teško pogrešiti.Ali da bi bilo sve u redu,neophodno je podatke unositi korektno, a ne nasumice.Pored toga,podaci se snimaju u fajlu,te je moguć automatski prelazak na upravljanje željenom metodom. automatic kao I kod prethodnog slučaja – program nas vodi, s tim da se tu bira samo ime fajla setpoint value yadata vrednost.
Sve ove mogućnosti nisu neophodne,ali doćvoljavaju jedan komoditet koda rada sa programima. •
REGULATION ima sledeće podfunkcije: • Ackerman • Riccati • Modal • Pole adjuce • Dead Beat • Metod I
To su opcije za način regulacije datog objekta.Svaka opcija je zasebna Celina.Opisi rada ovih programa vezani su za diplomske radove(Literatura 1). •
QUALITY ima za opcije: • •
IOP Summaty koji ima sledece podopcije • Text • Graph • IOP daje pregled indexa perfomansi sistema koji je poslednje upravljano. • SUMMARY/TEXT/ - podaciiz C:SAU/TVSAU/DATA kao što su: prs,iop,akm,ric,1jp,mod,pol,db,pomoćni su fajlovi. • SUMMARY/GRAPH/ - grafički prikaz poslednjeg upravljanja različitim metodama,kao i grafički prikaz upravljanja uopšte urađenog. 5.TEST PRIMERI 1. Za sistem automatskog upravljanja odrediti pojačanje: ⎡0 0 − 3.7633528 ⎤ ⎡1.8816764⎤ ⎢ ⎥ ⎥ ; C = [0 0 1] ; A = ⎢1 0 − 11.1771579⎥ ; B = ⎢⎢ 0 ⎥ ⎢⎣0 1 − 6.5843621 ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ 0
VIII / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA REG. U PROSTORU STANJA ⎡0 0 0 ⎤ Q = ⎢⎢0 0 0⎥⎥ ; R = [0] ; ⎢⎣0 0 0⎥⎦ Ako su nam željeni polovi u -4,-3,-1.
Rešenje: Pozivanjem u REGULATION podfunkcije:Ackerman,Modal ili Pole adjus,program nas prvo pita za ime sistema.Zadati primer je urađen dod nazivom Test1.Zato ukucavamo Test1.Posle toga nam program pokazuje zadati sistem,pritiskanjem bilo kog dugmeta nam traži da unesemo željene podatke.Za zadati primer željeni podaci su –4,-3,-1. Kada unesete željene polove.Program nam prvo pokazuje karakteristični polinom,da bi nam zatim kada pritisnete bilo koji taster,izračunao pojačanja regulatora Kr.Koja ju za navedeni primer Kr=0.76,-0.81,1.24‚. Pritiskom na bilo koji taster program nas pita dali želimo da observiramo neku od kordinata stanja ''X''.Pritiskom tastera D ,treba da odaberete svojstvene vrednosti matrice ''F''.Na dijagramima koje smo vam prestavili promere korišćeno je fs1=fs2=fs3= -2.6. Potvrđujući sa ENTER.Program nam izračunava vrednost matrice ''F''.Kao i vrednosti vektora ''K'' i ''G''.Pritiskom na bilo koji taster program vas pita dali želite da promenite vreme uzrokovanja T.Promenite na T=0.001 i potvrdite sa ENTER. Dalje nas još pita koliko kordinata stanja hocemo observirati. Ako odaberemo 3.Program nam dalje nudi 2 opcije. Prva opcija (1) nam odma izbacuje sva tri kordinata stanja.(za koji smo mi dali primer),dok preko opcije 2 možemo za svaku kordinatu stanja ponaosob da dobijemo dijagram. Ako odaberemo 1 ili 2.Tada nam program izračunava samo za jednu ili dve kordinate stanj.I pita nas dali želimo da promenimo početne vradnosti. Napomena:Kod metode podepavanja polova(Pole adjus),za proizvoljnu matricu ''K'',mozemo uneti bilo koje brojeve. 2.Za objekat upravljanja: ⎡ 0 3⎤ ⎡0 ⎤ A=⎢ ; B = ⎢ ⎥ ; C = [0 1]; ⎥ ⎣ 2 0⎦ ⎣ 4⎦ Odrediti optimalnu matricu pojačanja povratne sprege tako da zadovolji kriterijum određen težinskim matricama: ⎡ 2 0⎤ Q=⎢ ⎥ ; R = [1] ; ⎣0 6⎦ Rešenje: Pokretanjem podfunkcije Riccati.Program nas pita za ime sistema(ovaj primer je urađen pod imenom TEST2).Ukucavanjem test2 pozivamo dati sistem.Pritiskom na bilo kojeg tastera,program nam izbacuje mogućnost biranja. Prva opcija 1.nam nudi da proverimo Ljapunovljev kriterijum stabilnosti.Pritiskom na taster 1.Program ce nam javiti da sistem nije stabilan. Druga opcija 2. je određivanje matrice pojačanja po kvadratnom kriterijumu.pritiskom na taster 2. program nam dalje nudi mogućnost da odredimo poćetne vrednosti x1, x2.Postavimo ih na nulu.Dobijamo pojačanje regulatora Kr = [2 3] ;
VIII / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA REG. U PROSTORU STANJA 3.Za sistem opisan jednačinama stanja: ⎡0 0 − 1 ⎤ ⎡1 ⎤ ⎥ ⎢ A = ⎢1 0 − 2⎥ ; B = ⎢⎢0⎥⎥ ; C = [0 1 0] ;I težinskim matricama: ⎢⎣0 1 − 3⎥⎦ ⎢⎣0⎥⎦ ⎡1 0 0⎤ Q = ⎢⎢0 1 0⎥⎥ ; R = [1] ; ⎢⎣0 0 1⎥⎦ odrediti stabilnost sistema prema Ljapnovu.Kao i matrice pojačanja prema kvadratnom kriterijumu optimalnisti.
Rešenje: Pozivajući test3,takođe u podfunkcji Riccati.Program nam pokazuje zadati sistem.Daljim odabirom opcije 1.program nam proverava stabilnost sistema.Ovaj primer je stabilan.Dalje nas program upućuje na opciju 2.Posle pritiskanja tastera 2,program nas pita ya početne vrednosti stanja;odaberemo 1,ya sva tri stanja.Dobijeno pojačanje regulatora je Kr = [1.26 0.3 − 0.54] ; Napomena:Ako želimo sami da unesemo željene matrice sistema,moramo da u iz pomoćnih funkcija,odaberemo 'Sistem inputs'.Pa iznjegovog podmenija odaberemo podfunkciju Manual.Gde nas program dalje sam vodi dok se nezavrši kreiranje novog sistema. Prvo nas pita za ime sistema,a zatim za kratak opis sistema.(matrice se opisuju brojevima,tako da matica A veličine 3*3 se opisuje brojem 3.Matica B 1*3 brojem 1,matrica C 3*1 brojem 1). Dijagrami: Za primer Ackerman
VIII / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA REG. U PROSTORU STANJA
Za primer modal
Za primer pole adjuce
VIII / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
IX. vežba JEDNOKVADRANTNI I DVOKVADRANTNI REGULISANI ELEKTROMOTORNI POGONI JEDNOSMERNE STRUJE 1. Cilj laboratorijske vežbe: • •
Upoznati se sa elementima jednokvadrantnog i dvokvadrantnog regulisanog elektromotornog pogona sa motorom jednosmerne struje. Obaviti osnovna merenja i podešavanja na impulsnoj jedinici, regulatoru struje i regulatoru brzine tiristorskog ispravljača za regulaciju jednosmernog motora.
3. Principi regulacije brzine obrtanja motora jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom Motor jednosmerne struje je sa funkcionalnog gledišta skoro idealan motor za pogone gde je potrebna promenljiva brzina. Njegova se brzina može kontinualno podešavati promenom jednosmernog napona u granicama od nulte do nominalne brzine obrtanja sa punim momentom, za oba smera okretanja, pri čemu se puni moment održava i na nultoj brzini. Podešavanje brzine iznad nominalne, vrši se podešavanjem pobudnog napona uz smanjenje momenta i približno održavanje konstantne snage (u opsegu slabljenja polja). Promena smera okretanja motora jednosmerne struje izvodi se jednostavno promenom polariteta napona napajanja indukta ili pobude. Motor jednosmerne struje, sem toga ima dobre dinamičke osobine koje se odražavaju u brzom odzivu na promenu referentne brzine.
Slika 1. Motor jednosmerne struje IX / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Jedino je složenost njegove konstrukcije, pre svega zbog mehaničkog komutatora, koja ima za posledicu veću cenu i troškove održavanja, manju pouzdanost i kraći vek, razlog što se danas u pogonima sa promenljivom brzinom ovaj motor sve više zamenjuje jednostavnijim motorima za naizmeničnu struju upravljanim savremenim energetskim pretvaračima. Principijelna šema motora jednosmerne struje prikazana je na slici 1. Pri označavanju iskorišćene su oznake, krajeva namotaja u skladu sa važećim međunarodnim IEC preporukama: Indukt Namotaj pomoćnih polova Kompenzacioni namotaj Redna pobuda Paralelna pobuda Nezavisna pobuda
A1 – A2 B1 – B2 C1 – C2 D1 – D2 E1 – E2 F1 – F2
Sem toga iskorišćene su sledeće oznake: RA - otpor idukta LA - induktivitet indukta TA = LA/RA - vremenska konstanta indukta E - elektromotorna sila U - priključni napon
KE, KM - konstante motora Φ - fluks M - obrtni moment motora IA IP
- struja indukta - struja pobude
Brzina obrtanja i obrtni moment motora određeni su relacijama: U − I A ⋅ RA E = KE ⋅Φ KE ⋅Φ M = KM ⋅ Φ ⋅ I A
n=
gde je fluks Φ približno proporcionalan sa strujom pobude IP. Na donjem desnom dijagramu na slici 1. ilustrovan je dijagram zavisnosti brzine u funkciji opterećenja pri čemu, isprekidanim linijama je data zavisnost za nekompenziran motor a kontinualnim linijama za kompenziran motor. Iz prve jednačine proizlaze dva načina regulacije brzine obrtanja: 1. Promenom napona napajanja U. 2. Promenom fluksa Φ. Oba načina regulacije ilustrovani su dijagramima na slici 2, gde se uočavaju dva opsega regulacije. Regulacija sa konstantnim momentom do nominalne brzine, gde se regulacija izvodi promenom napona napajanja, uz uslov Φ = konst i regulacija uz konstantnu snagu iznad nominalne brzine, gde se regulacija izvodi slabljenjem fluksa, odnosno struje pobude uz uslov U = konst. Regulacija uz konstantnu snagu sme se izvoditi samo u ograničenom opsegu 1:3 do 1:5 do određene maksimalne brzine, koja je određena i električnim i mehaničkim karakteristikama motora. U električnom pogledu, razlog je izražena reakcija indukta u uslovima slabog pobudnog polja, što izaziva nestabilan rad i pogoršava komutaciju. Zato se pobuda pojačava rednim kompenzacinim namotajem koji ne dopušta da fluks preterano oslabi, a s time i ograničava maksimalnu brzinu. U mehaničkom pogledu pri velikim brzinama nastaju velike centrifugalne sile, koje mogu deformisati, pa čak i oštetiti delove motora. Zbog velikog opsega regulacije, mora se posebno voditi računa o hlađenju, pošto se efikasnost ventilatora smanjuje sa brzinom. Samo kod motora manjih snaga dovoljna je sopstvena IX / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
ventilacija, dok kod motora većih snaga po pravilu se koristi prinudno hlađenje sa ventilatorom gonjenim sopstvenim malim motorom.
Slika 2. Dijagrami regulacije Sa motorom jednosmerne struje jednostavno se izvodi promena smera momenta i obrtanja, promenom polariteta napona napajanja indukta ili pobude. Tehnika promene polariteta može da bude od velikog značaja, jer je ponekad potrebno de se reverziranje obavi brzo. Prosto unakrsno prevezivanje krajeva indukta ili pobude, pomoću mehaničkih prekidača ima za posledicu pojave varničenja, pa i električnog luka, jer magnetna energija pogotovu u pobudi koja ima veliki broj navojaka, ne može odjednom da iščezne. Sem toga uspostavljanje nove vrednosti fluksa zahteva određeno vreme, pri čemu je vremenska konstanta pobude znatno veća od vremenske konstante indukta. Zato se samo kod pogona koji nisu dinamički kritični, primenjuje se prevezivanje u pobudi u mirnom stanju, u ostalim slučajevima primenjuju se antiparalelno vezani ispravljački mostovi za napajanje pobude ili ankera. Mogu se koristiti i elektronsko kontrolisano prevezivanje sklopkama, ali ono se danas retko koriste zbog relativno malih razlika u ceni energetskih elemenata ispravljača i sklopki.
Slika 3. Četvorokvadrantni pogon IX / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Takođe se na jednostavni način izvodi i električno rekuperaciono kočenje, prevođenjem motora u generatorski režim, smanjenjem vrednosti napona indukta ispod vrednosti indukovane elektromotorne sile, pri čemu struja indukta menja smer. U tom režimu kinetička energija svih obrtnih masa spregnutih sa motorom vraća se u izvor. Promena smera u kombinaciji sa rekuperativnim kočenjem obezbeđuje pun četvorokvadrantni pogon, ilustrovan dijagramom na slici 3. 4. Principi rada regulisanih ispravljača Promenljivi napon za napajanje motora jednosmerne struje dobija se na izlazu tiristorskog ispravljačkog mosta upravljanog principom sečenja faza, kod koga se izmenom ugla paljenja menja srednja vrednost izlaznog ispravljenog napona. Ispravljački mostovi se izvode za monofazni i trofazni priključak 4. 1. Tiristor Tiristor je osnovni deo energetskog ispravljača koji obezbeđuje napajanje jednosmernog motora. Tiristor je četvoroslojna silicijumska poluprovodnička komponenta sa tri elektrode, čija je struktura, ekvivalenta šema i simbol, prikazana na slici 4. Anoda A i katoda K pripadaju glavnom strujnom kolu, a treća upravljačka elektroda gejt G, kontroliše rad tiristora. Kada je tiristor pozitivno polarisan, a napon anoda-katoda pozitivan UAK > 0, dovođenjem impulsa pozitivnog napona između gejta i katode uključuje tiristor i otpornost u glavnom strujnom kolu postaje bliska nuli. Prelazak u provodno stanje i održavanje tog stanja se može pratiti preko ekvivalentne šeme na slici 4. Upravljačka struja koja se propusti od gejta prema katodi pobuđuje NPN tranzistor (Q2), usled čega nastaje struja kolektora tog tranzistora. Struja kolektora NPN tranzistora upravlja PNP tranzistorom (Q1) pokreće struju kolektora tog tranzistora. Ta kolektorska struja ulazi u isti čvor kao upravljačka struja tiristora, pa ga može zameniti. Na taj način nastaje samodržeće provodno stanje. Glavna struja može da teče od anode prema katodi bez stalnog prisustva upravljačke struje, dovoljno je dovesti jedan kratak impuls struje (nekoliko μs) na gejt. Struja kroz tiristor određena je parametrima spoljašnjeg kola. Ako je napon anoda-katoda negativan UAK < 0, tiristor se ne može uključiti. Jednom uključen tiristor ne zahteva pobudnu struju za održanje provodnog stanja. Tiristor se gasi kada struja u glavnom strujnom kolu opadne skoro na nulu, odnosno kada padne ispod vrednosti koja ga održava u provodnom stanju. Ova struja se naziva struja držanja. A
A Q1
P N P N
G
A
G
Q2
K
G K
K
(a)
(b)
(c)
Slika 4. Tiristor a) struktura tiristora, b) ekvivalentna šema c) grafički simbol. U naizmeničnim strujnim kolima struja prirodno pada na nulu i menja smer, dok u jednosmernim kolima moraju se primeniti posebna kola za gašenje tiristora. IX / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Brzina uspostavljanja struje kroz tiristor, koja zavisi od parametara spoljašnjeg kola, takođe određuje jedan prag struje. Ako struja kroz tiristor za vreme trajanja impulsa za paljenje ne dostigne prag struje prihvatanja, tiristor se gasi. IA IG IG>0 IG=0 VRRM
IH
~ ~
~ ~
VAK VDRM
VGK
(a)
Slika 5. a) b)
(b)
Karakteristike tiristora za ulazno (pomoćno) strujno kolo, za izlazno (glavno) strujno kolo.
Tiristor se može opisati sa dve karakteristike: jedna je ulazna karakteristika (igra ulogu pri dimenzionisanju kola za paljenje), druga je izlazna karakteristika (opisuje ponašanje tiristora u glavnom strujnom kolu. Ulazna karakteristika (slika 5.a) praktično odgovara karakteristici jednog PN spoja. U isključenom stanju izlazna karakteristika se uglavnom poklapa sa osom VAK (slika 5.b). Pri prevelikoj inverznoj polarizaciji javlja se proboj tiristora koji će u slučaju velikih struja uništiti tiristor. Bez upravljačke struje javlja se proboj tiristora u direktnom smeru kod prenapona slične vrednosti kao kod invezne polarizacije. Bitna razlika u ovom slučaju je, da pod uticajem proboja tiristor prelazi u provodni režim. U provodnom stanju strujno/naponska karakteristika leži u blizini ose IA, nezavisno od vrednosti glavne struje, pad napona na tiristoru je oko 1V. Najnižu tačku dijagrama koji se odnosi na uključeno stanje određuje struja držanja IH. Pri nižoj vrednosti glavne struje tiristor prelazi u isključeno stanje. 4.2. Upravljanje tiristorima
Slika 6. Diodni jednostrani ispravljač IX / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Tiristor se može smatrati upravljivom diodom, odnosno ima ispravljačko ponašanje slično diodi. Ispravljačko delovanje diode ilustrovano je slikom 6. U tom slučaju izlazni jednosmerni napon UID pretstavlja srednju vrednost ispravljenog mrežnog napona tokom periode T. Tiristori se upravljaju principom sečenja faza, ilustrovanim slikom 7. Uloga tiristora je u tome da na potrošač dovede samo deo mrežnog napajanja. Tiristor se upravlja impulsom za paljenje, čiji se trenutak uspostavljanja pomera u odnosu na presek sa nulom mrežnog napona. Tiristor se pali u trenutku nailaska impulsa i to samo tokom pozitivne poluperiode mrežnog napona i provodi u slučaju čistog omskog opterećenja sve dok mrežni napon ne promeni polaritet. Vreme vođenja tiristora može se menjati promenom vremena nailaska impulsa za paljenje, takozvanog ugla za paljenje α. Time se menja oblik struje kroz tiristor i potrošač, odnosno srednja vrednost ispravljenog jednosmernog napona, a time i jednosmerne struje. Promena ugla paljenja u granicama od 0° do 180° električnih stepeni, pri čistom omskom opterećenju, ima za rezultat: α = 0° U = UID α = 90° U = UID / 2 α = 180° U=0 gde su: U - srednja vrednost izlaznog napona UID- srednja vrednost izlaznog napona za α = 0°
Slika 7. Tiristorski jednostrani ispravljač Tok struje se u slučaju čistog omskog opterećenja prekida na kraju periode, kada vrednost mrežnog napona pada na nulu. U slučaju induktivnog opterećenja struja nastavlja da teče uprkos činjenici da mrežni napon postaje negativan. U idealnom slučaju, čistog iduktivnog opterećenja, struja opterećenja ima kvadratni oblik tokom čitave poluperiode trajanja 180° električnih stepeni. U slučaju mešovitog omskog i induktivnog opterećenja oblik struje nije više idealan kvadratičan, a u zavisnosti od odnosa otpornosti i induktiviteta opterećenja, struja ne protiče tokom čitave poluperiode, ali teče duže nego u slučaju čisto omskog opterećenja. Tok struje u tom slučaju ilustrovan je dijagramima na slici 8. 4.3. Impulsna jedinica Impulsna jedinica generiše i fazno pomera po sinusoidi napona impulse za paljenje tiristora. Dijagramima na slici 9 ilustrovan je princip rada impulsne jedinice.
IX / 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Srednja vrednost izlaznog jednosmernog napona tiristorskih ispravljača se menja od nula do maksimalne vrednosti faznim sečenjem, promenom ugla paljenja. Zbog toga položaj impulsa se mora definisati striktno u odnosu na presek mrežnog napona sa nulom. Pošto je mrežni napon zbog primene faznog sečenja bogat višim harmonicima, on se filtrira, te se dobija sinusoidalni sinhronizacini napon sa pravilnim periodičnim trenutcima prolaska kroz nulu (slika 9. a). Trenutci prolaska kroz nulu dalje se dobijaju kompariranjem sinhronizacionog napona u odnosu na nulu. Time se povećava strmina porasta napona u okolini preseka sa nulom (slika 9. b). Dalje se ovaj napon ispravlja (slika 9. c), i kao ispravljeni koristi kao ulazni napon integratora. Integrator na osnovu takvog ulaznog signala generiše trougaoni napon sa konstantnom brzinom porasta, odnosno pada (slika 9. d).
Slika 8. Tok struje u tiristorskom ispravljaču za: a) čisto omsko opterećenje, b) čisto induktivno opterećenje, c) pretežno induktivno opterećenje, d) pretežno induktivno opterećenje. Fazno pomeranje impulsa za paljenje duž sinusoide sinhronizacionog napona određuje se kompariranjem veličine upravljačkog napona sa trougaonim naponom na izlazu integratora. Tačka preseka ova dva napona daje trenutak generisanja impulsa konstantnog trajanja za paljenje tiristora (slika 9. e). Impulsi za paljenje se dalje na osnovu napona na izlazu komparatora, razdvajaju u zavisnosti da li je poluperioda pozitivna ili negativna, a zatim pojačavaju na potreban naponski i strujni nivo. Tako pojačani impulsi se preko impulsnih transformatora za galvansko razdvajanje vode na upravljačke elektrode tiristora. Nagib testerastog napona podešava se tako da promena veličine upravljačkog napona od 0 do 10V pomera impuls za paljenje od 180° do 0° električnih stepeni u odnosu na sinusoidu IX / 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
sinhronizacionog napona (slika 10). Zadnji krajnji položaj impulsa za paljenje naziva se krajnji invertorski a prednji krajnji ispravljački položaj.
Slika 9. Talasni oblici napona u impulsnoj jedinici
IX / 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Slika 10. Krajnji položaji impulsa za paljenje tiristora 4.4. Ispravljački mostovi za monofazni priključak Na slici 11 prikazana je šema i upravljačka karakteristika poluupravljive mostne veze. Izlazni napon iz ove veze određen je relacijom: U = U ID ⋅
1 + cos α 2
gde su: U - srednja vrednost izlaznog napona UID - srednja vrednost izlaznog napona za α = 0° UID = 0.9.Umreže α - ugao paljenja u odnosu na presek sa nulom napona mreže
Slika 11. Šema i upravljačka karakteristika poluupravljive veze
IX / 9
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Na slici 12 prikazana je šema i upravljačka karakteristika punoupravljive mosne veze. Izlazni napon iz ove veze može biti i pozitivan i negativan, zbog činjenice da tiristori nastavljalju da vode i nakon promene smera napona, sve do trenutka paljenja sledećeg para tiristora. U tom trenutku taj par preuzima vođenje od prethodnog para, odnosno vrši komutaciju. U području negativnih napona moguće je ostvariti invertorski režim rada, u kom je moguće vraćanje kinetičke energije motora jednosmerne struje u mrežu. Izlazni napon punoupravljive veze određen je izrazom:
U = U ID ⋅ cosα gde je: UID = 0.9.Umreže. Kod poluupravljive monofazne veze invertorski režim nije moguć, tako da ta veza se može koristiti samo za jednokvadrantni pogon. Električno kočenje kod takvih uređaja vrši se dodavanjem kočionog otpornika paralelno sa motorom jednosmerne struje, nakon blokiranja rada regulisanog ispravljača. Kod punoupravljive veze moguć je dvokvadranti pogon, tako da se kod njih može izvesti korisno rekuperativno kočenje sa vraćanjem energije, preklapanjem priključaka pobude ili indukta nakon blokade regulisanog ispravljača odnosno u bezstrujnom stanju.
Slika 12. Šema i upravljačka karakteristika punoupravljive veze Kod obe varijante monofaznih uređaja impulsi za paljenje tiristora razmaknuti su za 180° električnih stepeni. Svi monofazni regulisani ispravljači, po pravilu imaju paljenje nizom impulsa IX / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
kao na slici 13. Time se postiže da kod velikih induktivnih opterećenja (npr. kod napajanja pobude) nije potrebno dodavati paralelno opterećenju otpor za postizanje struje držanja. Ujedno se postiže sigurno paljenje kod velikih vrednosti izlaznog napona kada ugao paljenja teži nuli. Naime tada se može desiti da je trenutna vrednost mrežnog napona manja od napona motora, pa kod prekidnog vođenja paljenje jednim impulsom nije moguće. Na slici 13 vidi se da se niz za paljenje prekida kod 180°.
Slika 13. Položaj niza impulsa za paljenje u odnosu na mrežni napon Na slici 14 data je principijelna šema impulsne jedinice za paljenje sa nizom impulsa. Pošto je mrežni napon zbog primene faznog sečenja bogat višim harmonicima, na ulazu se sinhronizacioni napon filtrira, te se dobija sinusoidalni napon sa pravilnim periodičnim trenutcima prolaska kroz nulu.
Slika 14. Principijelna šema impulsne jedinice za paljenje nizom impulsa Upravljanje impulsnom jedinicom vrši se jednosmernim kontrolnim naponom, koji se komparira sa referentnim naponom testerastog oblika. Tačka preseka ova dva napona daje trenutak IX / 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
početka niza impulsa za paljenje (frekvencije oko 30 kHz) koji se stvaraju u posebnom generatoru. Impulsi se dalje u preklopniku za razdvajanje kanala selektiraju u zavisnosti da li je poluperioda pozitivna ili negativna, a zatim u pojačavačima dižu na potreban naponski i strujni nivo. Pojačani impulsi se dalje preko galvansko odvojnih impulsnih transformatora prenose na upravljačke elektrode tiristora u energetskom mostu. Monofazni uređaji rade se, radi izbegavanja nesimetričnog opterećenja mreže, samo do snage 10 kW. Za veće snage od 10 kW koriste se trofazni mostovi koji opterećuju simetrično mrežu za napajanje. 4.5. Ispravljački most za trofazni priključak
Slika 15. Punoupravljiva trofazna veza
IX / 12
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Ispravljački mostovi za trofazni priključak skoro isključivo se prave u punoupravljivoj vezi, pošto poluupravljiva veza zahteva primenu sedam energetskih komponenti tri tiristora i četiri diode od kojih je jedna zamajna, dok punoupravljiva veza zahteva primenu šest energetskih komponenti., odnosno tiristora. Na slici 15 prikazana je šema i upravljačka karakteristika punoupravljive trofazne veze. Izlazni napon iz ove veze može biti pozitivan i negativan. Izlazni napon određen je istom relacijom kao kod monofazne veze:
U = U ID ⋅ cosα gde su: UID = 1.35.UL UL linijski priključni napon. Zbog postojanja negativnog napona ova veza obezbeđuje i invertorski režim. Radi podržanja vođenja u prekidnom režimu paljenje tiristora ostvaruje se duplim impulsima pomerenim za 60° električnih stepeni. Duplim impulsima podržava se vođenje tiristora i za vreme prekidnog režima. Za paljenje ovde se standardno ne koristi impulsni niz već usamljeni impuls širine 500 μsek. 4.6. Reaktivna energija
Slika 16. Fazni pomeraj mrežnog napona i struje kod punoupravljive monofazne veze (pri idealno izglačanoj jednosmernoj struji)
IX / 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Slika 17. Zavisnost reaktivne energije u funkciji veličine izlaznog napona Upravljanje sečenjem faza izaziva fazni pomeraj između mrežnog napona i struje, vidi sliku 16. Zbog toga ispravljački uređaj opterećuje mrežu reaktivnom energijom. U prvoj aproksimaciji faktor snage cosϕ proporcionalan je sa cos ugla paljenja α. Sem toga na veličinu reaktivne energije utiče i vrsta veza ispravljačkog mosta. Poluupravljiva monofazna veza zbog postojanja zamajnih dioda štedi reaktivnu energiju. Zavisnost izmedu reaktivne energije i odnosa upravljanja data je na slici 17. Reaktivna energija za trofazni ispravljač određena je relacijom:
Q = 1.05 ⋅ PID ⋅ sinα gde je:
PID = UID. I = idealna jednosmerna snaga 1.05 = korekcija zbog talasnosti.
4.7. Uticaj viših harmonika ispravljača na mrežu Pošto je struja kojom ispravljač opterečuje mrežu nesinusoidalna u mreži se pojavljuju viši harmonici različite frekvencije. Ispravljač se može ekvivalentno pretstaviti kao izvor struje viših harmonika. Frekvencija viših harmonika određena je relacijom: fn = f1. n gde je: n = K .p±1 f1= frekvencija osnovnog harmonika mreže n = redni broj višeg harmonika K = ceo broj 1, 2, 3, ... p = broj impulsa ispravljača (p = 2 za monofazni most) (p = 6 za trofazni most). Naprimer trofazni ispravljač izaziva struje sledećih viših harmonika: I5, I7, I11, I13, ... odnosno viši harmonici imaju sledeće frekvencije: 5.f mreže 7.f mreže 11.f mreže 13.f mreže. Amplitude viših harmonika obrnuto su proporcionalne sa rednim brojem harmonika u odnosu na amplitudu osnovnog harmonika, odnosno: I5 = (1/5) .I1 = 0.2.I1 I7 = (1/7) .I1 = 0.14.I1 gde je: I1= amplituda osnovnog harmonika struje n = redni broj višeg harmonika Uopšte važi u slučaju idealno izglačane jednosmerne struje: In = (1/n)*I1 U slučajevima kada je uticaj viših harmonika u mreži takav da smeta u radu okolnim uređajima, naprimer uređajima za tonfrekventnu komandu, oni se moraju potisnuti odgovarajućim filtrima vezanim paralelno sa mrežom. Preporučuje se upotreba LC-oscilatornih kola sa rezonantnim frekvencijama podešenim na frekvenciju viših harmonika. Potrebno je LC kola tako dimenzionisati da ujedno služe i za popravak IX / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
faktora snage. 5. Principi regulacije Tiristorski regulisani ispravljači sadrže regulator struje i brzine obrtanja. Pri njihovoj konstrukciji zadovoljeni su sledeći principi: 1. Promena regulisane veličine u odnosu na zadatu vrednost u stacionarnom režimu pri delovanju poremećaja mora biti što manja. 2. Regulacija mora biti stabilna. 3. Kod pojave poremećaja vraćanje na stacionarnu vrednost mora biti što brže - znači regulacija mora biti vrlo dinamična. Ove zahteve zadovoljava regulacija pretstavljena principijelnom šemom na slici 18, u kojoj je regulacija rotorske struje podređena regulaciji brzine obrtanja. Ovim načinom regulacije ostvaruju se sledeći prednosti: • Korišćenjem podređenog strujnog regulatora onemogućava se preopterećenje tiristorskog ispravljača. • Pravilnim podešavanjem regulatora struje eliminiše se vremenska konstanta rotorskog kola motora(LA/RA), odnosno povećava se dinamika nadređene regulacije brzine obrtanja.
Slika 18. Principijelna veza regulacionih krugova Obično su oba regulatora izvedeni kao PI regulatori. Ponekad se mora regulator brzine obrtanja izvesti kao PID regulator, zašto je ostavljen mogućnost. Stabilizacija regulacije izvodi se na osnovu dva kriterijuma: 1. Stabilizacija u odnosu na promenu zadate vrednosti. 2. Stabilizacija na poremećaj. 5.1. Stabilizacija u odnosu na promenu zadate vrednosti Ova vrsta stabilizacije izvodi se kod pogona, kod kojih se ne očekuje promena brzine obrtanja usled promene oprerećenja, na primer: • mašine za izvlačenje stakla, • papir mašine.
IX / 15
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Kod ove vrste stabilizacije, odziv stvarne regulisane veličine na skok zadate vrednosti mora biti što brži. Karakterističan odziv prikazan je na slici 19. On se stacionarnoj vrednosti približava sa prigušenim oscilatornim prebačajem.
Slika 19. Karakterističan odziv regulisane veličine na promenu zadate vrednosti Na slici su dati pokazatelji dinamike, vremena uspostavljanja i izregulisanja za određenu vrednost odsupanja od stacionarne vrednosti. Vreme uspostavljanja je vreme prvog postizanja zadate vrednosti uz dozvoljeno odstupanje. Vreme izregulisanja je vreme za koje se postiže zadata vrednost uz dozvoljeno odstupanje, posle kojeg regulisana veličina više ne premašuju dozvoljeno odstupanje. 5.2. Stabilizacija na poremećaj Ova vrsta stabilizacije izvodi se kod pogona, kod kojih se očekuje promena brzine obrtanja usled promene opterećenja, na primer: • glavni pogon alatnih mašina, • pogoni presa. Kod ove vrste stabilizacije regulisana veličina mora za što kraće vreme da se vrati na staru vrednost, pri promeni opterećenja. Karakterističan odziv regulisane veličine na skok opterećenja prikazan je na slici 20. U praksi regulator brzine obrtanja stabilizira se u odnosu na poremećaj a regulator struje u odnosu na promenu zadate vrednosti.
IX / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Slika 20. Odziv regulisane veličine na skok opterećenja 6. Pregled tipova tiristorskih regulisanih ispravljača za jedno i dvokvadrantni pogon 6.1. Pregled tipova tiristorskih regulisanih ispravljača za regulaciju pobude Tip uređaja Veza ispravljačkog mosta
Šema
Područje primene Održavanje konstantne struje pobude kod pogona sa konstantnim momentom i regulacija iznad nazivne brzine slabljenjem pobude kod pogona sa konstantnom snagom
Regulator pobude / Monofazna veza B2HZ
6.2. Pregled tipova tiristorskih regulisanih ispravljača za jedno i dvokvadrantni pogon Tip uređaja Veza ispravljačkog mosta Uređaji za monofazni priključak / Monofazna veza B2, B2HZ
Šema, dijagram brzina obrtanja - moment
Područje primene Pogoni vožnje sa konstantnim momentom • Transportne trake • Tekstilne mašine • Pumpe • Ventilatori • Dozirne vage
IX / 17
Uređaji za trofazni
Pogoni vožnje sa
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
7. Funkcionalni opis punoupravljivog monofaznog regulisanog ispravljača Funkcionalni opis se odnosi na principijelnu šemu veze datu na slici 21. Uređaj sadrži u sebi sledeće osnovne podsklopove: 1. Izvor za napajanje ±24 V, ±15 V. 2. Logika za uključenje 3. Integrator zadate vrednosti 4. Regulator brzine obrtanja 5. Regulator struje 6. Impulsna jedinica 7. Energetski deo 8. Ispravljač za napajanje polja Q: Glavni prekidač K1: Mrežna sklopka F1: Ultrabrzi osigurač L1: Mrežna prigušnica K2: Spoljna blokada regulatora L2: Jednosmerna prigušnica F2: Podstrujna zaštita M: Jednosmerni motor sa nezavisnom pobudom G: Tahogenerator R: Potenciometar za zadavanje željene vrednosti brzine obrtanja (4.7 kΩ, 20 W)
IX / 18
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Slika 21. Principijelna šema jednokvadrantnog pogona sa monofaznim uređajem
IX / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Slika 22. Raspored priključnih stezaljki monofaznog punoupravljivog tiristorskog ispravljača za jednokvadrantni pogon
Tehnički podaci monofaznog punoupravljivog tiristorskog ispravljača:
Opseg regulacije: Zadata vrednost broja obrtaja: Merena vrednost broja obrtaja: Integrator zadate vrednosti: Potenciometri:
Zaštita: Hlađenje: Klimatska klasa: Izolaciona klasa: Otpornost na vibracije:
DC EMP 1Q
1x220V ili 1x380V - 5 / + 10 % - 15 / + 10 % 50 Hz ili 60 Hz 170/300VDC za jednokvadrantne pogone 150/260VDC za dvokvadrantne pogone 15ADC B2 sa četiri tiristora Upobudemax = 340VDC Ipobudemax = 3.5ADC Kaskadno spregnuti regulator brzine obrtanja / napona i podređeni strujni regulator. ±1% Kod promene opterećenja: ± 50 % Promene napona napajanja: ±5% Promene temperature: ± 10 oC 1 : 20 kod regulacije napona. 1 : 1000 kod regulacije broja obrtaja. 0 ... + 10V Ulaz prema 0V: 100V/170V/ 300V/0...10V Vreme zaleta 0.5 ... 25s podešljivo sa R303 Ograničenje ugla paljenja R42 Strujna granica R32 Pojačanje n-regulatora R31 Podešavanje brzine obrtanja R22 Vreme zaleta R303 IP00 Prirodno Vlažnost odgovara klasi F prema DIN 40 040. VDE 0110 Gr C. 2g prema DIN 40 046.
7.1. Izvor za napajanje ±24 V/±15 V Izvor za napajanje za regulacioni i impulsni uređaj sadrži mrežni transformator T1 i stabilizator za napajanje ±15 V. Kod fabrički isporučenih uređaja napajanje energetskog dela i regulacije povezano je interno preko ulemljenih kratkospajača između lemnih ušica 95-96 i 98-99 (220 ili 380 V vidi tipsku pločicu). Zbog toga nije potrebno posebno izvršiti povezivanje napajanja regulatora. U slučaju napajanja energetskog dela uređaja iz nekog drugog napona koji nije 220 V odnosno 380 V, napajanje regulatora treba vršiti posebno preko stezaljki X 1 : 30 i X 1 : 31 . Tada je potrebno prelemiti kratkospajače na ušice 94-95 i 97-98 i zavisno od vrednosti napona napajanja regulatora ulemiti kratkospajač između sledećih ušica: 220 V kratkospajač 88-89 380 V kratkospajač 88-86 PAŽNJA: Pri tome obratiti pažnju na faznu sinhronizaciju napona napajanja energetskog i regulacionog dela! IX / 21
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Stabilizator od ±15 V funkcioniše u potpunosti pri otstupanju napajanja 220 V+10%, -15% i 380 V+10%, -15%. Izvor za napajanje može se dodatno opteretiti spolja opterećenjem veličine: -24 V (Stezaljka X1 : 1) maks. 70 mA +15 V (Stezaljka X1 : 7) maks. 70 mA -15 V (Stezaljka X1 :11 ) maks. 70 mA Pri tome pri istovremenom opterećenju izvora -24 i -15 zbir struja opterećenja ne sme biti veći od 70 mA.
Slika 23. Izvor za napajanje ±24 V/±15 V sa logikom za uključenje 7.2. Logika za uključenje a)
Pogoni bez vraćanja energije Elektronska logika za uključenje omogućuje istovremeno uključenje i isključenje napajanja regulatora i energetskog dela kod svih pogona bez vraćanja energije. Logika vrši kašnjenje oslobođenja blokade regulatora i impulsa upoređenjem nefiltriranog napona 24 V sa stabilisanim naponom +15 V. Logika sem toga pri padu napona mreže većem od -18% deluje na blokadu regulatora i impulsa. b) Pogoni sa vraćanjem energije Kod pogona sa vraćanjem energije mora se pridržavati sledećeg redosleda pri isključenju, radi izbegavanja kratkog spoja u energetskom delu: · Blokada regulatora (Povezati stezaljke X1:2 i X1:14) · Isključenje energetske sklopke posle 20 ms (Vreme za koje struja padne na nultu vrednost) 7.3. Integrator zadate vrednosti - Dodatni pojačavač
IX / 22
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
U uređaj je ugrađen jedan pojačavač koji se može koristiti kao dodatni pojačavač za nadređenu tehnološku regulaciju. U serijski isporučenim uređajima, ovaj pojačavač vezan je kao integrator zadate vrednosti, koji omogućuje zaletanje nezavisno od opterećenja (slika 24).
Slika 24. Integrator zadate vrednosti
Slika 25. Naponski oblici u integratoru zadate vrednosti Napon zadate vrednosti dovodi se na stezaljku X1 : 19 i preko R 301 vodi se na antiparalelno vezan diodni par V 301, V 302. Preko približno konstantnog napona praga provođenja ovih dioda IX / 23
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
vrši se vremenski linearno punjenje integracionog kapaciteta kondenzatora C 301 preko otpora R 303 i pojačavača N1-1. Linearno punjenje vrši se toliko dugo dok se izlazni napon Uiz na stezaljci X1 :18 po apsolutnoj vrednosti ne izjednači sa zadatom vrednošću Uzad (vidi sliku 25). Izmena integracionog vremena može se izvesti izmenom vrednosti otpora potenciometra R 303 od minimalno 0.5 sek do maksimalno 25 sek. Konstrukcija pojačavača omogućuje njegovo funkcionisanje ne samo kao integratora zadate vrednosti, već i za druge mnogobrojne primene, kao na primer: • Regulacioni pojačavač: Primena kod nadređene regulacije, npr. kod regulacije pritiska, zatezanja ili položaja. • Pretvarač impedanse: Izdvajanje merene vrednosti brzine obrtanja, na pr. za pokazivanje. • Komparator granične vrednosti: Za bilo koju regulisanu veličinu na pr. Za rotorsku struju ili brzina obrtanja. 7.4. Regulator brzine obrtanja - rotorskog napona
Slika 26. Principijelna šema regulatora brzine Kao princip regulacije korišćen je pouzdani postupak vođenja strujom, koji se pokazao pogodnim za pogonsku tehniku. Regulacija rotorskog napona, odnosno regulacija brzine obrtanja nadređena je regulaciji rotorske struje. Izlazni napon regulatora rotorskog napona odnosno regulatora brzine obrtanja stvara zadatu vrednost za regulator struje. Regulator brzine obrtanja sadrži jedan integrisani pojačavač N1-2 sa dva ulaza za zadatu i stvarnu vrednost brzine obrtanja i jedan dodatni ulaz zadate vrednosti (slika 26). Izlazni napon
IX / 24
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
integratora zadate vrednosti uzima se kao zadata vrednost brzine obrtanja (Preko lemnog mosta 425426 ili kratkospajača izmedu stezaljki X1 :9 i X1:18). Ako se integrator zadate vrednosti ne koristi, zadata vrednost brzine obrtanja može se priključiti preko spoljnog potenciometra. (Pažnja! Pri tom odstraniti lemni most 425-426). Prilagođenje vrednosti napona tahogeneratora na potreban naponski nivo izvodi se sa razdelnikom napona, čije se slabljenje grubo može menjati premeštanjem odgovarajućeg kratkospajača. Fino podešavanje slabljenja izvodi se potenciometrom R 22. Regulator brzine obrtanja može da se poveže u PI ili D spoj, pri čemu dinamičko proporcionalno pojačanje može da se kontinualno podešava potenciometrom R 31 u opsegu pojačanja od A = -25 do A = -110. Izlaz regulatora brzine obrtanja sem toga može se ograničiti u opsegu od 0 do -10 V potenciometrom R 32. Pri tome se ograničava maksimalna zadata vrednost rotorske struje. Desni krajnji položaj potenciometra R 32 odgovara tipskoj struji uređaja, navedenoj na natpisnoj pločici. Ograničenjem zadate vrednosti struje uređaj je zaštićen od preopterećenja. 7.5. Regulator struje
Slika 27. Principijelna šema strujnog regulatora Regulator struje takođe sadrži jedan integrisani pojačavač N1-3 sa dva ulaza za zadatu i stvarnu vrednost brzine obrtanja i jedan dodatni ulaz zadate vrednosti (Slika 27). Stvarna vrednost IX / 25
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
struje detektuje se strujnim transformatorom, čiji se izlaz ispravlja i dovodi strujnom regulatoru. Regulator struje izveden je standardno sa P-I članom vremenske konstante 22 msek. Standardno ovaj član garantuje stabilnu strujnu regulaciju kod većine jednosmernih motora. Strujni regulator daje na svom izlazu napon koji se vodi na impulsnu jedinicu i deluje svojom veličinom na pomeranje impulsa. Potenciometrom R42 ograničava se maksimalni izlazni napon strujnog regulatora a s tim i pomeranje impulsa, odnosno maksimalna srednja aritmetička vrednost izlaznog jednosmernog napona iz energetskog dela. 7.6. Blokada regulatora Regulatori struje i brzine obrtanja blokiraju se preko odgovarajućih tranzistora sa efektom polja po uključenju napajanje regulacionog dela (U trajanju od oko 120 msek) ili komandom spolja (Spajanjem stezaljki X1:2 i X1 :14). 7.7. Tiristorski energetski deo
Slika 28. Tiristorski energetski deo Energetski deo sastoji se od jedne jednofazne mostne veze u punoupravljivoj vezi. On sadrži tiristore, rashladna tela i odgovarajuće RC-članove za zaštitu. Slično se izvodi i poluupravljiva veza, samo što ona ima dva tiristora i dve diode u mostu. Paljenje tiristora se vrši nizom impulsa, koji se stvaraju u impulsnoj jedinici izvedenoj takode sa integrisanim kolima (slika 14 i 28). Impulsi se preko galvansko odvojnih impulsnih transformatora prenose na upravljačke elektrode tiristora V3 V2 i V4 - V1. Kod upotrebe uređaja na frekvenciji 60 Hz treba ulemiti kratkospajač između lemnih ušica 62 i 63 samo kod punoupravljivih uređaja. Blokiranje impulsa može se izvesti kontrolom spolja, spajanjem stezaljki X1:12 i X1:14.
IX / 26
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Na upravljačkoj karakteristici punoupravIjive mostne veze (slika 12), uočava se invertorski režim rada u oblasti negativne srednje vrednosti jednosmernog napona. Sa jednofaznim uredajima dobijaju se izlazni naponi manji od vrednosti idealno ispravljenog napona, pošto se moraju uzeti u obzir i vrednosti regulacione rezerve, mrežnog podnapona, padova napona i dinamičkih prelaznih procesa, prema sledećoj tabeli. Kod pogona sa invertorskim režimom (vraćanjem energije) područje paljenja se ograničava na prednji krajnji ispravljački položaj β = cca. 20 °el. i krajnji invertorski položaj α =160 °el., obzirom na sigurnu komutaciju u invertorskom režimu. Zbog toga napon motora u invertorskom pogonu treba reducirati prema tabeli: Mrežni napon +10%-5% 220 V 380 V
Jednosmerni napon motora (Prema DIN40030) Pogon bez vraćanja energije Pogon sa vraćanjem energije 170 V 150 V 300 V 260 V
Zbog ugrađenog strujnog ograničenja (Potenciometar R 32) praktično nije moguće preopteretiti tiristorski uređaj. Zbog toga kod odabiranja nominalne struje uređaja kao kriterijum za izbor treba uzeti maksimalno moguću struju potrošača (Na pr. kod puštanja u pogon ili zaletanja). Kod napajanja jednosmernih motora svakako treba voditi računa o stepenu korisnog dejstva motora. 7.8. Napajanje pobude
Slika 29. Diodni ispravljač za napajanje pobude Za napajanje pobude koristi se jednostavni Grecov diodni most za ispravljanje povezan prema slici 29. Pri korišćenju obratiti pažnju da se nikad prvo ne prekinu veze jednosmernog kola, jer zbog velikog induktiviteta pobudnog namotaja jednosmernog motora nastaje prenapon koji uništava diodni most. Prvo treba uvek isključiti odnosno prekinuti napajanje sa naizmenične strane, pa tek nakon toga, kad izčezne jednosmerna struja, izvršiti prekidanje sa jednosmerne strane (Naprimer kod promene smera obrtanja, vidi sledeći pasus). 7.9. Promena smera obrtanja
IX / 27
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
Reverziranje odnosno promena smera obrtanja može da se vrši kod svih tiristorskih uređaja posle dostizanja stanja mirovanja motora i blokade regulacije (Spajanje stezaljki X1:2 i X1:14), promenom polariteta rotora ili pobudnog polja. Stvarnoj vrednosti brzine obrtanja uzetoj sa jednosmernog tahogeneratora takođe mora da se promeni polaritet, ili još bolje da se ispravi preko diodnog mosta. Ako se koristi naizmenični tahogenerator sa ispravljačem promena polariteta nije potrebna. Kod regulacije rotorskog napona stvarna vrednost rotorskog napona uzima se između jednosmernog izlaza tiristorskog uređaja i rotorskih sklopki za preklapanje. Tada nije potrebna promena polariteta stvarne vrednosti napona. 7.10. Električno kočenje Kod poluupravljivih uređaj, električno kočenje vrši se posle blokade regulatora (Veza stezaljke X1:2 i X1:14) vezivanjem kočionog otpornika paralelno sa motorom jednosmerne struje. Kod punoupravljivih uređaja, moguće je ostvariti električno korisno kočenje (Vraćanje energije) sa konstantnim kočionim momentom, što se izvodi preklapanjem u rotoru ili pobudi. Tok preklapanja treba da je sledeći: a) Blokirati regulator, zadatu vrednost preklopiti na nulu. b) Posle oko 20 ms (Kad struja padne na vrednost nula, sigurnosno vreme), preklopiti priključke rotora ili pobude i tahogeneratora. c) Posle izvršenog preklapanja deblokirati regulator. Za zaštitu uređaja pri ispadu mreže u invertorskom pogonu u rotorsko kolo treba ubaciti poluprovodnički osigurač koji odgovara tipu uređaja (Vidi sledeći pasus). 7.11. Osigurači Za sigurnu zaštitu tiristora pri kratkom spoju moraju se koristiti ultrabrzi osigurači preporučeni od strane proizvođača. Kod pogona sa vraćanjem energije u rotorsko kolo potrebno je dodati još jedan takav osigurač. 7.12. Mrežne prigušnice Tiristorski ispravljački uređaji izvedeni su za direktni mrežni priključak. Odvajanje od mreže vrši se ubacivanjem dve mrežne prigušnice (Komutacione) kod uređaja za 380 V-tni priključak. Kod uređaja za 220 V-tni priključak može se izostaviti komutaciona prigušnica kod pojedinačnih pogona. Kod višemotornih pogona preporučuje se ugradnja po jedne prigušnice u fazne dovode za međusobno odvajanje uredaja. Mrežne prigušnice su dimenzionisane na struju koja kroz njih teče u nominalnom pogonu i na induktivni pad napona (Napon kratkog spoja Uk) od 4% u odnosu na priključni napon od 380 V (prema VDE 0160). Ako se koristi odvojni transformator snage prilagođene snazi tiristorskog uređaja (Sa naponom kratkog spoja 4%), mrežne prigušnice mogu se izostaviti. 7.13. Transformator za napajanje Ako je napon napojne mreže veći od priključnog napona tiristorskog uređaja, on se mora priključiti preko odgovarajućeg transformatora. Transformator može biti sa odvojenim namotajima ili autotransformator sa redno vezanim komutacionim prigušnicama. Snagu odvojnog monofaznog transformatora treba odabrati prema formuli: PTr = 1.22 ⋅ U ID ⋅ I N = 1.1 ⋅ U mreze ⋅ I N Dok snagu monofaznog autotransformatora treba odabrati prema formuli: IX / 28
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
⎛ Nizinapon ⎞ ⎟⎟ PTr = 1.22 ⋅ U ID ⋅ I N ⋅ ⎜⎜1 − ⎝ Vi sin apon ⎠ Radi prigušenja prenapona pri isključenju odvojnog transformatora preporučuje se ugradnja na sekundarnoj strani RC – zaštite od mogućih prenapona. 7.14. Jednosmerna prigušnica Izlazni jednosmerni napon je talasast odnosno sadrži više harmonike. Talasnost odnosno faktor oblika zavisi od stepena upravljanja, vrste veze (poluupravljiva ili punoupravljiva) i vrednosti induktiviteta u kolu opterećenja. Viši harmonici izazivaju dodatno termičko i električno opterećenje jednosmernog motora. Viši harmonici mogu se oslabiti ubacivanjem jednosmerne prigušnice u kolu potrošača. Dimenzionisanje jednosmerne prigušnice vrši se uz pomoć dijagrama sa slike 30 koji prikazuje odnos naponsko-vremenske površine u funkciji od stepena upravljanja. b ms 5
4
3 a) 2
b) 1
α 0
0o
30o
60o
90o
120o
150o
180o
Slika 30. Naponska površina Ψ = b.UID za monofaznu vezu a) Punoupravljiv most b) Poluupravljiv most Pri dimenzionisanju koristiti sledeće relacije: U ID = 0.9 ⋅ U mreze IX / 29
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA W =
DC EMP 1Q
f 2 − 1 ⋅ 100[%]
cos α =
U AN U ID
50 50 = b ⋅ U mreze ⋅ 0.9 ⋅ f Hz f Hz 100 ⋅ Ψ ⋅ 100 = − L A [mH ] 3 .4 ⋅ W ⋅ I N
Ψ = b ⋅ U ID ⋅ L prig
gde su: Ψ [mVs] b [ms] W, f motora) UID [V] UAN [V] IN [A] fHz [1/s] f LA [mH]
= Naponsko-vremenska površina = Vrednost iz dijagrama = Dozvoljena talasnost u %, odnosno faktor oblika (podatak koji daje proizvođač = = = = = =
Idealni napon praznog hoda Noninalni napon rotora Nominalna jednosmerna struja Frekvencija mreže Faktor oblika Induktivitet rotora
7.15. Ugradnja i priključenje uređaja Pojedini delovi tiristorskog uređaja su pod naponom, zbog toga treba ih ugraditi tako da budu obezbeđeni od mogućnosti dodira. Pri ugradnji obratiti pažnju da se ne spreči slobodna cirkulacija vazduha kroz rashladna tela tiristora, odnosno dioda. U najjednostavnijim slučajevima tiristorski uređaj može se priključiti na mrežu direktno preko glavnog prekidača odnosno motorne zaštitne sklopke. Za zadavanje referentne vrednosti koristi se potenciometar otpornosti 4.7 kΩ (Što odgovara 10 V-nivou signala.) Ako se koristi potenciometar druge vrednosti otpora potrebno je izmeniti vrednost otpora R18 pri korišćenju integratora zadate vrednosti, odnosno R17 pri direktnom priključenju zadate vrednosti na regulator brzine obrtanja. Kod naponske regulacije kao stvarna vrednost uzima se veličina rotorskog napona, a povezuje se: PLUS na stezaljku X 1 :15 (0V) MINUS na stezaljku X1 :16 Ako se u tom slučaju želi da se izvrši potencijalno odvajanje preporučuje se ugradnja posebnog jednosmernog potencijalnog odvajača. PAŽNJA: Kod regulacije rotorskog napona bez jednosmernog potencijalnog odvajača, elektronika se nalazi na mrežnom potencijalu. Zbog toga ožičenje i kablove, kao i rasklopne uređaje za ulazne signale (Zadate i stvarne vrednosti) treba dimenzionisati za ispitni napon od 2.5 kV. Ne dozvoljava se uzemljenje elektronike. Provodnike sa smanjenim, presekom treba postaviti tako da se izbegnu mogućnosti nastanka kratkog spoja ili ih treba osigurati. Kod regulacije brzine obrtanja stvarnu vrednost treba priključiti sa oklopljenim ili upletenim provodnicima preseka bar 0,75 mm2. Oklop treba povezati na masu (Stezaljka X1:23-25). Veze potenciometra zadate vrednosti i blokade regulatora, takođe treba izvesti oklopljenim kablom.
IX / 30
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
7.16. Frekvencija mreže 50/60 Hz Monofazni uređaji su podešeni za priključak na mrežu frekvencije 50 Hz. Radi priključenja na mrežu od 60 Hz nije potrebno izvršiti nikakve izmene kod poluupravljivih uređaja. Kod punoupravljivih uređaja pri priključenje na 60 Hz treba ulemiti kratkospajač između lemnih ušica 62-63. 8. Upustvo za izvođenje merenja i puštanje u rad Pre uključenja potrebno je pre svega prekontrolisati ožičenje priključaka tiristorskog uređaja, uključujući ožičenje zadate i stvarne vrednosti prema šemi priključivanja. Takođe izmeriti napon napajanja (Dozvoljeno odstupanje iznosi +10%-5%) i uporediti ga sa naponom naznačenim na tipskoj ploči uređaja. 8.1. Snimanje prenosne karakteristike impulsne jedinice Kontrola delovanja impusne jedinice, a samim tim i osnovna provera rada tiristorskog uređaja, izvodi se na sledeći način: a) Kao opterećenje umesto motora priključiti sijalicu. Odspojiti napajanje polja. b) Potenciometar R 42 postaviti na podeok 0. Potenciometar R 32 postaviti na podeok 3. Potenciometar zadate vrednosti brzine obrtanja okretati na gore. c) Potenciometar R 42 postepeno okretati ka podeoku 10. Sa time se menja veličina kontrolnog napona od 0 do 10V, a sa tim i ugao paljenja u čitavom opsegu od krajnjeg invertorskog do krajnjeg ispravljačkog. Meriti pri tome vrednost izlaznog jednosmernog napona na sijalici i snimiti njegovu promenu od položaja potenciometra R 42. d) Osciloskopom kontrolisati pri tome stvarnu vrednost struje (Lemna ušica 70) i karakteristične signale impulsne jedinice, sinhronizacioni napon (Ispitni trn 18), testerasti napon (Ispitni trn 28) i impulse za paljenje (Kolektori tranzistora V 43 i V 44). 8.2. Snimanja i podešavanja u regulacionom kolu rotorske struje Strujni regulator izveden je standardno sa PI-članom koji garantuje stabilnu strujnu regulaciju kod većine jednosmernih motora sa pridodatom jednosmernom prigušnicom za glačanje. U slučaju nestabilnog ponašanja, odnosno premašenja u odgovoru struje, potrebno je izmeniti spoj na sledeći način: PAŽNJA: Uređaj se nalazi na mrežnom potencijalu. Izmene spoja vršiti samo pri isključenom uređaju. a) Pogon isključiti. b) Odspojiti napajanje polja, blokirati motor u slučaju da se zbog zaostalog polja okreće. c) R41 odnosno C14 odlemiti i priključiti R-C dekadu OPTIMATOR-a između lemnih ušica 68 i 69 (Polazne vrednosti za R = 22 kΩ i C=1 μF). d) Potenciometar R 42postaviti na podeok 10. Potenciometar R 32 postaviti na podeok 3. Potenciometar zadate vrednosti brzine obrtanja okretati na gore. e) Uključiti pogon i kontrolisati odgovor stvarne vrednosti struje (Lemna ušica 70) sa osciloskopom, za vreme kratkovremenog oslobađanja blokade regulatora. Osciloskop mora biti galvanski odvojen od mreže. Optimalan odgovor struje treba da bude sličan odgovoru sa slike 31 c.
IX / 31
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
a}
b)
c) Slika 31. Odgovor stvarne vrednosti struje na promenu zadate vrednosti a) C14 smanjiti, odnosno R41 povećati b) C 14 povećati, odnosno R 41 smanjiti c) Optimalno f) Prekontrolisati odgovor struje (Vidi tačku e) pri višim položajima potenciometra zadate vrednosti struje R 32 do maksimalnog desnog krajnjeg položaja. Posle toga strujnu granicu R 32 podesiti na vrednost koju zahteva pogon. PAŽNJA: Pri ispitivanju paziti da se ne prekorači dozvoljena vrednost struje jednosmernog motora u mirovanju (Oko 1xIN na 10 s). g) Pogon isključiti. Odblokirati osovinu motora i ulemiti odabrane vrednosti PI člana. IX / 32
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
8.3. Snimanja i podešavanja u regulacionom kolu brzine obrtanja Odspojeno kolo pobude ponovo spojiti i prekontrolisati struju pobude. Standardni spoj regulatora brzine obrtanja sa podešljivim pojačanjem preko potenciometra R 31 (A = -25 do A = 110) obezbeđuje u većini slučajeva primene stabilnu regulaciju brzine obrtanja. Kod nestabilnog ponašanja treba postupiti na sledeći način: a) Potenciometar za ograničenje krajnjeg položaja ugla paljenja R42 postaviti na podeok 4. Odabrati odgovarajući delitelj rapona stvarne vrednosti prema maksimalnom naponu pri maksimalnoj brzini obrtanja, R30 i C11 odlemiti i priključiti R-C dekadu OPTIMATOR-a između lemnih ušica 411 i 412. C301 odlemiti, odnosno integrator zadate vrednosti povezati kao jedinični pojačavač A = -1. b) Uključiti pogon i osloboditi blokadu regulatora. PAŽNJA: Napon tahogeneratora mora biti pravilnog polariteta, odnosno negativan (Stezaljka X1:16) prema masi (Stezaljka X1 :13/14/15) c) Potenciometar za ograničenje ugla paljenja R 42 postaviti na podeok 10. d) Zadati skokove zadate vrednosti brzine obrtanja i kontrolisati odgovor stvarne vrednosti brzine obrtanja (Stezaljka X1:16) i stvarne vrednosti struje (Lemna ušica 70). Optimalan odgovor treba da bude sličan onom na slici 32, svakako sa vremenom regulacije TR, koji odgovara uslovima koje zahteva postrojenje. Ulemiti C 301 i podesiti vreme zaleta integratora zadate vrednosti, na željenu vrednost potenciometrom R 303.
u=4%
Xn
100%
a) optimalno b) oscilatorno c) prigušeno
t TA
Slika 32. Odgovor brzine obrtanja na promenu zadate vrednosti a) Optimalan odgovor b) R 31 okrenuti na levo, odnosno C11 povećati, R30 smanjiti c) R 31 okrenuti na desno, odnosno C 11 smanjiti, R 30 povećati
IX / 33
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
8.4. Podešavanje maksimalne brzine obrtanja Podešavanje maksimalnog brzine obrtanja vrši se pri maksimalnom mogućem naponu zadate vrednosti sa potenciometrom R 22 uz merenje rotorskog napona. Kod zagrejane mašine nominalni napon rotora sme da se postigne tek pri nominalnoj brzini obrtanja. Eventualna odstupanja treba korigovati izmenom struje pobude. Kod regulacije rotorskog napona pad napona u rotorskom kolu (IxR) ima za posledicu sniženje brzine obrtanja. Ovaj pad napona može se kompenzirati ulemljivanjem odgovarajućeg dodatnog otpornika na lemne učice 417 i 418. Manja veličina otpora odgovara većoj veličini kompenzacije. Filtriranje signala za kompenzaciju izvodi se ulemljivanjem odgovarajućeg kondenzatora na lemne ušice 420 i 419. Kod pogona sa električnim kočenjem pomoću preklapanja u kolu pobude ili rotora nije moguća IxR kompenzacija. 9. Uputstvo za pronalaženje kvarova U sledećim pasusima dati su mogući uzroci kvarova koji dovode do određenog ponašanja pogona. 9.1. Motor se ne zaleće a) Nedostaje pobuda. b) Nedostaje napajanje regulatora ili ono nije sinhrono sa napajanjem energetskog dela (Samo kod odvojenog napajanja elektronike). c) Nedostaje napajanje energetskog dela. d) Prekid u rotorskom krugu. e) Izbačen je poluprovodnički osigurač. f) Podnapon mreže je veći od -18% (Unutrašnja elektronska blokada radi). g) Otporni polazni moment je suviše velik. h) Nedostaje zadata vrednost brzine obrtanja odnosno napona. i) Nije podešena zadata vrednost struje R 32. j) Nije podešena granična vrednost ugla paljenja R 42. k) Blokada regulacije ili blokada impulsa nije otklonjena (Ako je priključena). 9.2. Broj obrtaja ili napon rotora su mnogo veći od nominalne vrednosti a) Nedostaju stvarne vrednosti brzine obrtanja ili napona. b) Stvarne vrednosti brzine obrtanja ili napona pogrešno su polarisane. c) Stvarne vrednosti brzine obrtanja ili napona pogrešno su izjednačene. d) Struja pobude je pogrešno podešena (Samo kod regulacije napona). 9.3. Poluprovodnički osigurači pregorevaju prilikom uključenja a) Redosled uključenja pri odvojenom napajanju regulatora i energetskog dela nije pravilan. b) Strujni regulator je pogrešno optimiran. c) Zemljospoj u rotorskom krugu motora. 9.4. Poluprovodnički osigurači pregorevaju pri isključenju a) Redosled isključenja je pogrešan.
IX / 34
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC EMP 1Q
9.5. Poluprovodnički osigurači reaguju za vreme pogona a) Zemljospoj u rotorskom krugu motora. b) Kružna vatra na kolektoru motora (Prljav kolektor). c) Defektan tiristor. d) Nedostaju impulsi za paljenje. e) Pogrešni osigurači. f) Previsok napon motora (Kod kočionog pogona). 9.6. Motor odnosno mrežna prigušnica bruji prejako a) Prekontrolisati priključak jednosmerne prigušnice. b) Rotorska struja ne poseduje talasnost 100 Hz (Kontrolisati sa osciloskopom). c) Strujni regulator osciluje (Vidi uputstvo za puštanje u pogon). 9.7. Greška je unutar regulacione elektronike Prekontrolisati napone napajanja regulacione elektronike prema tabeli i eventualno izmeniti osigurače F1 odnosno F2 (Ako su pregoreli). Stezaljka X1:1 X1:7 X1:11 X1:8 X1:10
Napon - 24 V + 15 V - 15 V Oko + 10V (Kod opterećenja 4.7 kΩ) Oko - 10V (Kod opterećenja 4.7 kΩ)
IX / 35
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
X. vežba JEDNOMOTORNI REGULISANI ELEKTROMOTORNI POGONI NAIZMENIČNE STRUJE 1. Cilj laboratorijske vežbe: • •
Upoznati se sa elementima jednomotornog regulisanog elektromotornog pogona sa motorom naizmenične struje. Obaviti osnovna merenja i podešavanja na digitalnom mikroprocesorskom pretvaraču frekvencije za napajanje asinhronog trofaznog naizmeničnog motora.
3. Principi regulacije brzine obrtanja motora naizmenične struje promenom frekvencije Motori naizmenične struje mogu se regulisati promenom frekvencije njihovog napona napajanja. Ujedno sa promenom vrednosti frekvencije napajanja mora se vršiti i promena vrednosti napona napajanja motora da bi se izbeglo zasićenje magnetnog kola. U celom opsegu regulacije potrebno je održati odnos napona i frekvencije konstantnim. Jedino pri niskim frekvencijama, kada postaju veličine otpornosti namotaja uporedljive sa veličinama, reaktivnog otpora, potrebno je povećati ovaj odnos. Tri moguće izvedbe energetskih kola, pomoću kojih je moguće izvesti regulaciju brzine obrtanja motora naizmenične struje, odnosno istovremenu promenu napona i frekvencije, prikazane su na slici 1.
Napojna mreža
Napojna mreža
Napojna mreža
Diodni ispravljač
Invertor sa
Diodni ispravljač
L
Kontrolisani ispravljač
L
Čoper
naponskom kontrolom
Invertor C
Invertor
L C
Motor
Motor
Motor
Slika 1. Energetsko kolo za regulaciju brzine obrtanja naizmeničnih motora X/1
a)
b)
c)
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Promena frekvencije u sve tri izvedbe izvodi se invertorima. U prvoj izvedbi "a" invertor je sa naponskom kontrolom a ispravljač je nekontrolisan. U drugoj izvedbi "b" invertor je bez naponske koatrole a ispravljač je kontrolisan. U trećoj izvedbi "c" napon je kontrolisan čoperom. U sva tri slučaja je nužno filtriranje jednomernog napona. 3.1. Regulacija brzine obrtanja sinhronog motora promenom frekvencije Rotor sinhronog motora u sinhronizmu obrće se ugaonom brzinom jednakoj ugaonoj brzini obrtnog magnetnog polja motora. Zbog toga primenom pogona sa sinhronim motorom napajanim sa invertorom sa promenljivom frekvencijom ostvaruju se ekstremno visoke vrednosti tačnosti regulacije. Ugaona brzina sinhronog motora i ugaona frekvencija napona napajanja povezana su relacijom:
ω m = ω sh = gde je:
2 ω p
⎡ rad ⎤ ⎢ s ⎥ ⎣ ⎦
ω m - ugaona brzina obrtanja rotora motora ω sh - sinhrona ugaona brzina obrtnog magnetnog polja ω - ugaona frekvencija napona napajanja
p – broj polova motora. Ako se ferkvencija napona napajanja odnosno frekvencija invertora kontroliše kristalnim oscilatorom, tačnosti ispod 0.01%, onda se može očekivati ostvarivanje tačnosti regulacije istog reda veličine.
I
+ Um
Xsh
+
− E0
0
θ
-
Slika 2. Ekvivaletno kolo sinhronog motora Model sa kojim se može prvoj aproksinaciji opisati sinhroni motor prikazan je na slici 2.U modelu su iskorišćene sledeće oznake za: - fazni napon napajanja statora motora Um I - fazna statorska struja motors Xsh - fazni "sinhroni" reaktivni otpor. Pad napona na ovom reaktivnom otporu pretstavlja komponentu napona, koja uravnotežava inducirani napon reakcije kotve i inducirani napon rasipanja. − E 0 - kontra elektromotorna sila po fazi indukovana u statorskom namotaju kao posledica rotorske pobudne struje Ip .
X/2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Ako se zanemare gubici u statorskom i rotorskom kolu, razvojem iz modela sa slike 2 može se dobiti izraz za obrtni moment motora:
Mm = −
p 3 U m E0 sin θ 2 ω X sh
[Nm]
gde je:
M m - elektromagnetni moment motora u međugvožđu (vazdušnom prostoru između statora i rotora.
θ
- fazni ugao - E 0 u odnosu na U m Korisni obrtni moment na osovini motora manji je od elektromagnetnog momenta motora za gubitke trenja a ležajevima i kliznim prstenovima i gubitke ventilacije. Pri konstantnoj pobudnoj struji rotora i konstantnom naponu i frekvenciji napajanja statora može se pisati:
M m = − M mmax ⋅ sin θ gde je:
[Nm]
M mmax - maksimalni obrtni moment motora za θ = −
π 2
, odnosno moment motora pri kom on
islazi iz sinhronizma. Promena obrtnog momenta motors M m u funkciji od θ prikazana ,je na dijagramu na slici 3. Mm
Motor M mmax
−π
−
π
0
2
π 2
π
θ
− M mmax
Generator
Slika 3. Momentna karakteristika sinhronog motora Kontraelektromotorna sila Eo, kao kod jednosmernog motora, direktno je proporcionalna ugaonoj brzini obrtanja rotora odnosno ugaonoj frekvenciji napona napajanja, pri konstantnoj struji pobude Ip:
E 0 = k1 ⋅ ω M = K1ω a takođe sinhroni reaktivni otpor direktno je proporcionalan ugaonoj frekvenciji: X/3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
X sh = K 2 ⋅ ω Prema ovome, direktno iz jednačine za motorni moment proizlazi da ako se vrši regulacija brzine obrtanja sinhronog motora uz konstantni moment promenom frekvencije, potrebno je da se održava tokom regulacije konstantan odnos U m / ω . Odgovarajuća momentna karakteristika u čitavom opsegu promene frekvencije koji važi za uprošćeni model sa slike 2) prikazana je na dijagramu na slici(4). Pogon u drugom i trećem kvadrantu koordinatnog dijagrama brzina - moment može se ostvariti promenom redosleda faza napona napajanja, odnosno promenom redosleda uključenja poluprovodničkih prekidača u energetskom delu invertora. Mm M mmax
Gonjenje
ω
0
− M mmax
ω ,U m
Kočenje
Slika 4. Momente karakteristike sinhronog motora u funkciji frekvencije napona napajanja Ova promena ne sme da se izvrši naglo već je potrebno prvo dovesti brzinu obrtanja na nulu, da bi se izbegao ispad sinhronog motora iz sinhronizma. Kao što se vidi sa slike 3 i slike 4 pogon može da se usporava sa regenerativnim kočenjem. Tokom kočenja jednosmerni ispravljač mora da obezbedi vraćanje energije u napojnu mrežu, te zbog toga mora biti dvostruki odnosno u antiparalelnoj vezi. Tok energije i promena smera napona tokom kočenja prikazan je na slici 5. Ova činjenica svakako je od interesa, pošto je sa ovim određen broj aktivnih elemenata a ispravljaču, koji mora biti isti kao kod ispravljača za regenerativni jednosmerni pogon. Napomenimo da jedino veza na slici 1.b. omogućuje regenerativan četvorokvadrantni pogon i da u toj vezi tada mora regulisani ispravljač biti dvostruki. Blok dijagram mogućeg sistema za četvorokvadrantnu regulaciju brzine obrtanja sinhronog motora prikazan je na slici 6. Sistem je bez povratne sprege i sadrži kolo za strujno ograničenje radi zaštite od preopterećenja. Za četvorokvadrantni rad, invertorska logika treba da obezbedi promenu redosleda faze izlaznog napona invertora a zavisnosti od polariteta referentnog signals Ω ref. Primena sinhronih motora idealna je u slučaju višemotornih pogona koji moraju da rade u potpunom sinhronizmu. Ako su ti pogoni male snage, obično se u njima koriste reluktantni sinhroni
X/4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
motori sa asinhronim pokretanjem. Ovakvi motori rade slično kao i sinhroni motori u sinhronizmu ali se odlikuju nešto slabijim faktorom snage. Ι Napojna
Ispravljač
mreža
+ -
Invertor
+
L C
Motor
-
ω
Ι
M
Gonjenje
Ι Napojna
Ispravljač
mreža
+
M
Invertor
-
L C
+
Motor ω
Ι
Kocenje
Slika 5. Regenerativni sistem regulacije brzine promenom frekvencije Mreža
Ispravlja − čka log ika
α 1,α 2
Ω ref
Dvostruki ispravljač
U Invertorska logika
±ω Invertor
U M ,Ι
U M ,Ι strujna granica
Motor
Ωm
Slika 6. Blok dijagram četvorokvadratnog sistema za regulaciju brzine sinhronog motora promenom frekvencije. 3.2. Regulacija brzine obrtanja asinhronog motora promenom frekvencije
Sistem sa slike 6 može se koristiti takođe i za pogon asinhronog motora. Tačnost regulacije u tom slučaju ne može da se održi u granicama koje važe za sinhroni motor, pošto ne postoji povratna veza koja je u stanju da koriguje klizanje. Ipak i ovakav način regulacije dovoljan je u većini slučajeva. Model sa kojim se opisuje asinhroni motor sveden na statorsku stranu prikazan je na slici 7. Kao i kod sinhronog motora sinhrona ugaona brzina obrtnog magnetnog polja određena je izrazom:
ω sh =
2 ω p
⎡ rad ⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
X/5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Klizanje motora definiše se sledećom relacijom: ω − ωm s = sh
ω sh
gde je:
ω m - ugaona brzina obrtanja rotora motora.
Parametri ekvivalentnog modela sa slike 7 dobijaju se iz ogleda praznog hoda i kratkog spoja. Fizička tumačenja ovih parametara data su u standardnim tekstovima o električnim mašinama. Rotacioni gubici motora takođe se dobijaju iz ovih ogleda i jednaki su snazi koju vuče motor u praznom hodu Po. Ovi gubici sadrže u sebi gubitke trenja, ventilacije i gubitke u gvožđu. Is
Rs
Ir'
Xr'
Xs Rr'/s I0 Xm
Us
Ur'
Rm
Slika 7. Ekvivaletni model asinhronog motora U ekvivalentnom modelu su iskorišćene sledeće oznake za: U s - fazni napon napajanja motora Is
- fazna statorska struja
Ir
- fazna rotorska struja svedena na stator
I 0m
- fazna magnetizirajuća komponenta struje praznog hoda
Rr' Rs
- omski otpor rotorakog namotaja sveden na stator - omski otpor statorskog namotaja.
Ls
- induktivnost statorskog namotaja
' r
L - induktivnost rotorskog namotaja svedena na stator Rm - omski otpor magnetizirajuće grane ekvivalentnog modela. Lm - induktivnost magnetizirajuće grane ekvivalentnog modela Elektromagnetna snaga koja se predaje sa statora preko međugvožđa rotora, a koja se pretvara a mehaničku snagu, i delimično gubi preko rotacionih gubitaka i gubitaka u bakru gvožđu rotora, u ekvivalentnom kolu fiktivno se troši na otporu Rr' / s . Prema tome elektromagnetna snaga može se odrediti iz israza:
X/6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Rr' ' 2 Pem = 3 ( I r ) s
AC EMP
[W ]
Ova snaga može se podeliti na dva dela: Pem = 3Rr' ( I r' ) 2 + 3(1 − s )
Rr' ' 2 (I r ) s
[W ]
Od dva člana na desnoj strani jednačine, prvi pretstavlja snagu koja pretstavlja toplotne gubitke u namotaju rotora. Drugi član pretstavlja mehaničku snagu sabranu sa rotacionim gubicima Po. Prema.tome mehanička snaga određena je izrazom: Pmeh
Rr' ' 2 = 3(1 − s ) ( I r ) − P0 s
[W ]
Ako se zanemare rotacioni gubici Po iz prethodne jednačine može se odrediti izlazni obrtni moment motora:
Mm =
Pmeh
ωm
=
3
ωm
(1 − s )
Is
Us
Rr' ' 2 (I r ) s
Ir'
Rs
Xs
Rs
Xs
Rr'/s
Xr'
I0 Xm
Rm
Slika 8. Ekvivaletni uprošćeni model asinhronog motora. Uz pretpostavku da su impredanse u kolu statora male, ekvivalentno kolo sa slike 7 može se uprostiti sa ekvivalentnim kolom pretstavljenim na slici 8. Ovo uprošćenja ima vrlo mali uticaj na izračunavanje momenta iz prethodne jednačine. Iz ekvivalentne šeme sa slike 8 dobijamo:
X/7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA I r' =
[R
Us s
]
2
+ ( R / S ) + ω ( Ls + L ) ' r
2
' r
AC EMP
[A]
2
Iz jednačina za sinhronu ugaonu brzinu i klizanje dobija se:
ωm 1− s
=
⎡ rad ⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
2 ω p
Ubacivanjem prethodnih jednačina u jednačinu za moment dobija se: Mm =
U s2 3 p Rr' ω 2 s Rs + ( Rr' / s) 2 + ω 2 ( Ls + L'r ) 2
[
]
[Nm]
Za određenu vrednoest ω, moment iz prethodne jednačine jedino je funkcija klizanja. Maksimalna pozitivna i negativna vrednost momenta i klizanja pri kom se on pojavljuje može se odrediti iz uslova dM M / ds = 0 rešavanjem po s. Rešavanjem se dobija vrednost kritična vrednost klizanja pri kojoj nastaje maksimalna vrednost odnosno kritična vrednost momenta:
s = s kr = ±
Rr'
( 15)
Rs2 + ω 2 ( Ls + L'r ) 2
Ubacivanjem pozitivne vrednoati za skr u jednačinu za moment dobija se vrednost kritičnog maksimalnog pozitivnog ili motornog momenta:
M m max
3 p = ω4
U 12
[Nm]
Rs2 + ω 2 ( Ls + L'r ) 2 + Rs
Ubacivanjem negativne vrednoeti za skr dobija se vrednost kritičnog maksimalnog negativnog ili kočionog momenta, kao:
M k max = −
3 p ω 4
U s2 Rs2 + ω 2 ( Ls + L'r ) 2 − Rs
[Nm]
Uz aproksimaciju, koja važi za normalne uslove rada:
ω ⋅ ( Ls + L'r ) 〉〉 Rs M m max ≅ M m max
U s2 3p = 4 ω 2 ( Ls + L'r )
[Nm]
Iz ove jednačine proizilazi da ako se pri promeni brzine promenom frekvencije održava odnos Us/ ω konstantnim, makslmalni moment motora ne menja se sa promenom brzine obrtanja. Polazni moment motora pri nultoj brzini odnosno za s = 1, dobija se iz jednačine za moment:
X/8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Rs' U s2 3 p Mp = ω 2 ( Rs + Rr' ) 2 + ω 2 ( Ls + L'r ) 2
AC EMP
[Nm]
Za ω dovoljno veliko važi:
ω ( Ls + L'r ) 〉〉 ( Rs + Rr' ) te se izraz za polazni moment može uprostiti:
Rr' U s2 3p Mp ≅ 2 ω 3 ( Ls + L'r ) 2 Dakle u gornjem opsegu promene frekvencije ω uz održavanje odnosa Us/ω konstantni polazni moment opada sa porastom frekvence. Za male vrednosti ω, važi:
ω ( Ls + L'r ) 〈〈 ( Rs + Rr' ) i
Mp =
Rr' U s2 3p 2 ω ( R s + Rr ) 2
[Nm]
Dakle u nižem opsegu promene frekvencije ω uz održavanje odnosa Us/ω konstantnim polazni moment raste sa porastom frekvence.
Slika 9. Familija momentnih karakteristika asinhronog motora za različite frekvencije napajanja X/9
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Na slici 9 prikazana je familija momentnih karakteristika za širok opseg promene statorske frekvencije ω. Ugaona brzina ωnom je sinhrona ugaona brzina pri kojoj se postiže maksimalni mogući napon na izlazu invertora na koji je priključen motor. Ispod brzine ωnom pogon okarakterisan je sa regulacijom uz konstantni moment pošto se odnos Us/ω održava konstantnim. Iznad brzine ωnom pošto je dostignut maksimalni mogući napon invertora, Us je konstantno a ω je promenljivo. Iz jednačine za približnu vrednost kritičnog momenta proizilazi:
M mmax = K
1
ω
2
[Nm]
za
ω 〉 ω nom
⎡ rad ⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
Dakle moment opada sa kvadratom brzine odnosno regulacija se vrši uz konstantnu snagu, te i momenat optarećenja u ovoj oblasti mora da se smanji, da bi se izbegle neželjene posledice po motor. Napomenimo da zaključak da se pri regulaciji uz kostantan momenat mora održavati konstantan odnos Us/ω važi samo uz uslov da je induktansa rasipnih induktiviteta statora i rotora mnogo veća od omske otpornosti statora. Pri nižim frekvencijama kada taj uslov nije zadovoljen pojednostavljena jednačina za moment ne važi. Da bi smo objasnili kakvu je korekciju potrebno uvesti pri nižim frekvencijama, da bi se održao konstantan momenat, treba iskoristiti jedan razližiti izraz za momenat od pomenutog. Ovaj izraz daje činjenicu da je obrtni moment asinhronog motora proporcionalan ukupnom magnetnom naponu stvorenom aktivnom komponentom sekundarne struje i ukupnim magnetnim fluksom motora. Odnosno moment je proporoionalan vektorskom proizvodu fluksa i sekundarne struje: M = Cm Φ × Ι r Iz toga proizilazi da je regulacija uz konstantni moment upravo regulacija uz konstantni fluks. Fluks je upravo proporcionalan broju amperzavojaka, koji struja magnećenja I0 stvara kroz namotaje ekvivalentne grane magnećenja u uprošćenom ekvivalentnom kolu sa slike 8 . Iz toga proizlazi da je potrebno da bi se održao konatantan fluks, održavati konstantnu struju magnećenja. Ona je određena izrazom: Ι0 =
Us ( R s + R r ) 2 + ω 2 ( L s + Lm ) 2
Pošto važi:
Rs 〉〉 Rm
Lm 〉〉 L1
važi i:
I0 ≅
Us Rs2 + ω 2 Lm
2
[A]
Za velike vrednosti ω, važi: X / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
ω Lm 〉〉 Rs i
I0 ≅
Us ω Lm
[A]
što znači da kao što je ranije pokazano u višem opsegu brzina potrebno je radi održavanja konstantnog fluksa održavati odnos Us/ω konstantnim. Za male vrednosti ω, važi:
ω Lm 〈〈 Rs i. Ι0 ≅
Us Rs
[A]
što znači da u nižem opsegu brzina je potrebno izvršiti povećanje napona iznad vrednosti koji određuje konstantan odnos Us/ω, odnosno napon napajanja za nultu učestanost treba da iznosi:
U s = Ι 0 ⋅ Rs
[V ] Us
U1snom
0
ωnom
ω
Slika 10. Tok napona napajanja u funkciji frekvencije napajanja Na slici 10 prikazana je funkcija napona napajanja u funkciji od statorske frekvencijo ω. Uočava se korekcija odnosa Us/ω pri nižim učestanostima i regulacija uz konstantni napon iznad ωnom. Na slici 11 prikazana je istovremeno funkcija momenta i snage u funkciji od statorske frekvencije u čitavom opsegu regulacije uz konstantni moment (fluks) i konstantnu snagu. Asinhroni motor može da radi u sva tri kvadranta karakteristike sa slike 9 odnosno može da radi kao motor u prvom kvadrantnu, generator u četvrtom kvadrantu i kočnica u drugom kvadrantu. Rad u prvom i četvrtom kvadrantu ilustrovan je slikom 12. Momentna karakteristika nacrtana punom linijom odgovara statorskoj frekvenciji ω1. Pri toj frekvenciji motor radi u tački P1, a kojoj je momenat M1 pozitivan, odnosno motor radi u motornom režimu. Ako smanjimo statorsku frekvenciju na ω2, kojoj odgovara momentna karakteristika nacrtana crtkano, motor prelazi u novu radnu tačku P2 kojoj odgovara negativan momenat M2 odnosno motor se nalazi u generatorskom režimu. X / 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Mm Pm
Pm = f (ω )
M m = const. M m = f (ω )
Pm = const.
ω nom
0
ω
Slika 11. Tok obrtnog momenta i snage u funkciji frekvencije napajanja
Mm
P1
M1 0
M2 2 ω2 p
P2
2 ω1 p
ωm
Slika 12 . Rad asinhronog motora u generatorskom režimu Rad u prvom i drugom kvadrantu ilustrovan je slikom 13. Promena redosleda faza napona napajanja motora izaziva njegovo okretanje u drugom smeru. Ako motor radi a tački P2, pri desnom redosledu faza, nagla promena redosleda faza izazvaće prelazak u novu radnu tacku P2, odnosno prelazak u kočioni režim sa negativnim momentom M2. Iz ovoga proizilazi da kočenje motora možemo izvesti na dva načina, smanjenjem frekvencije napona napajanja ili promenom redosleda faza. Kružna frekvencija struje indukovane u rotoru asinhronog motora određeno je izrazom: ⎡ rad ⎤
ω r = sω ⎢ ⎣ s ⎥⎦ X / 12
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Mm Desni redosled faza
P1
M1
2 ω p
M2
P2
2 ω p
ωm
levi redosled faza
Slika. 13. Rad asinhronog motora u kočionom režimu Iz jednačina za sinhronu ugaonu brzinu i klizanje i prethodne jednačine dobija se:
ωm 1− s
=
2 ωr p s
⎡ rad ⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
Ubacivanjem prethodne jednačine u jednačinu za moment dobija se:
Mm =
3 p Rr' ( I r' ) 2 2 ωr
[Nm]
Iz ove jednačine proizilazi da ako se kružna frekvencija ωr drži konstantnom i izlazni moment motora je konstantan i vrlo veliki za ωr malo. Iz jednačina za rotorsku frekvenciju takođe se može izvesti sledeća relacija za kružnu frekvenciju napona napajanja:
ω=
p ωm + ωr 2
⎡ rad ⎤ ⎢⎣ s ⎥⎦
Iz ove jednačine proizilazi da kontrolni sistem treba da na osnovu željene veličine brzine obrtanja i rotorske frekvencije, koja je pri konstantnom momentu konstantna, generiše frekvenciju napona napajanja. Jedan takav sistem prikazan je na blok dijagramu na slici 14. Referentni signal za broj obrtaja motora je Ωm i rotorsku frekvenciju je Ωr. Kada se u ovom sistemu zada komanda za povećanje brzine, odnosno pozitivna vrednost greške UREF - UT regulatora brzine, referentna vrednost struje IREF raste, što izaziva porast napona napajanja motora odnosno statorske struje motora, što izaziva ubrzanje motoa. Pošto tada motor radi u motornom režimu klizanje je pozitivno, izlaz iz detektora znaka je pozitivan, to je zadovoljeno rešenje iz prethodne jednačine na ulazu u invertorsku logiku. Pri komandi za usporavanje pogona, koja se ostvaruje smanjivanjem referentne vrednosti Ωm, klizanje treba da je negativno prema prethodnoj jednačini, pošto se smanjuje frekvencija napajanja ω.Negativna vrednost UREF – UT X / 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
menja znak na izlazu detektora greške, te se ponovo ostvaruje uslov za zadovoljenje prethodne jednačine na ulazu u invertorsku logiku pošto je ωr negativno. Ako se želi pogon i u drugom smeru, odnosno pogon sa reverziranjem, invertorska logika mora da obezbedi i promenu redosleda faza. Promena smera obrtanja može se izvesti u zavisnosti od polariteta referentne vrednosti brzine obrtanja Ωm.
Ωm kr UREF
+
UT
-
Σ
Snaga
Regula- IREF tor brzine +
I -
Greška
Σ
Ispravljačka logika
α1,α2 Dvostru-
ki ispravljač
U
Invertor
I Strujna granica
ω Invertors ka logika
ω
Σ
I
p ωm 2 +
Motor
ωm
p 2
± Ωr UREF −UT
Detektor znaka
1
Ωr
kr Slika 14. Sistem za regulaciju brzine asinhronog motora sa učitavanjem rotorske frekvencije 4. Osnovni principi primene frekventnih pretvarača
Danas, razvoj brzih i snažnih energetskih poluprovodnika, obezbedio je široku standardnu primenu frekventnih pretvarača za regulaciju naizmeničnih motora u velikom broju automatizovanih procesa i pogona. Razvoj energetskih poluprovodnika obezbedio je pretvaranje električne energije sa malim gubicima, bez kašnjenja, dok je razvoj elektronskih elemenata za obradu, omogućio izvedbu složenih regulacionih sistema vrlo visokih osobina. Zahvaljujući značajnom tehnološkom napretku u proizvodnji jeftinih, snažnih i kompaktnih mikroračunara, stvorena je mogućnost za realizaciju ekonomičnih pretvarača frekvencije, koji primenom digitalne tehnike upravljanja obezbeđuju potrebnu tačnost u kombinaciji sa vrlo tačnim analogno/digitalnim pretvaračima za brzinu i položaj (broj obrtaja i ugao). Idealni tip robusnog motora je asinhroni motor sa kaveznim rotorom, bez namotaja i kliznih elemenata u rotoru, pa se on i najčešće primenuje. Nažalost uprošćenje izbedbe asinhronog motora, izaziva usložnjavanje izbedbe frekventnog pretvarača i njegovog upravljanja odnosno regulacije. Pre svega zbog nedostatka indukovanog statorskog napona nije moguća prirodna komutacija u pretvaraču, te se radi ostvarivanja mogućnosti izbora statorske frekvencije, mora koristiti pretvarač sa prinudnom komutacijom. To povećava broj elemenata u pretvaraču i povećava potrebna ulaganja, ali danas primenom potpuno upravljivih energetskih elemenata tipa IGBT tranzistora, izvode se X / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
ekonomično pretvarači za vrlo velike snage i napone. IGBT tranzistor je u osnovi hibridni tranzistor – ima veliku ulaznu otpornost kao MOSFET, i male gubitke u provodnom stanju i relativno veliki probojni napon kao bipolarni tranzistor.
Slika 15. IGBT tranzistor Pored svih dobrih eksploatacionih osobina trofaznih asinhronih motora, primena frekventnih pretvarača obezbeđuje: • Širok opseg promene brzine obrtanja • Uštedu energije. Razni tipovi pumpa ili ventilatora ne moraju uvek da rade nominalnom brzinom. Smanjenje brzine na pola nominalne, štedi oko 87% energije koja se troši pri nominalnoj brzini (pošto je snaga srazmerna trećem stepenu brzine). • Blaže prelazne režime. Blaže zaletanje i zaustavljanje produžuju vek mašine i ostale opreme. • Smanjenje troškova održavanja. Frekventni pretvarači ne zahtevaju nikakvo održavanje, što direktno povećava radni vek pogona. • Optimizaciju procesa. Povećanje produktivnosti uz smanjenje škarta i potrošnje materijala. • Poboljšanje radne okoline. Smanjenje buke, podešavanje brzine raznih pokretnih traka prema trenutnim uslovima rada. 4.1. Osnovni elementi frekventnih pretvarača
Frekventni pretvarači za napajanje naizmeničnih motora u skladu sa konfiguracijama energetskog kola prikazanim na slici 1, sadrže četiri osnovne komponente, podeljene prema principijelnoj šemi prikazanoj na slici 16. Sastavni delovi frekventnog pretvarača su: 1. Ispravljač. Pretvara monofazni ili trofazni naizmenični u pulsirajući jednosmerni napon. Postoje kontrolisani i nekontrolisani ispravljači. 2. Jednosmerno međukolo. Postoje tri tipa međukola: sa prigušnicom koje pretvara jednosmerni napon u jednosmernu struju; sa kondenzatorom koji glača pulsirajući jednosmerni napon; i sa pretvaračem jednosmernog napona u jednosmerni druge vrednosti. 3. Invertor. Generiše napon promenljive frekvencije za napajanje naizmeničnog motora. Pošto je potrebno regulisati i vrednost napona napajanja motora, neki invertori transformišu primenom impulsno širinske modulacije konstantni jednosmerni napon međukola u promenljivi naizmenični. X / 15
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA 4.
AC EMP
Upravljačko elektronsko kolo. Komunicara sa predhodno navedena tri dela i vrši sinhronizaciju njihovog rada.
Slika 16. Osnovni elementi frekventnih pretvarača za regulaciju brzine naizmeničnih motora Na slici 17 prikazane su različite najčešće primenjene izvedbe frekventnih pretvarača. Izvedbe sadrže sledeće osnovne sklopove: 1. kontrolisani ispravljač; 2. nekontrolisani ispravljač; 3. promenljivo jednosmerno međukolo; 4. međukolo konstantnog jednosmernog napona; 5. promenljivo jednosmerno međukolo; 6. PAM invertor (Pulse Amplitude Modulation – amplitudska modulacija impulsa); 7. PWM invertor (Pulse Width Modulation – širinska modulacija impulsa).
Slika 17. Sprega osnovnih sklopova frekventnih pretvarača za regulaciju brzine naizmeničnih motora X / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Kombinacijom gore navedenih i prikazanih elemenata dobijaju se sledeći tipovi frekventnih regulatora: (1+3+6) CSI frekventni pretvarač (strujni invertor) (1+4+7) i (2+5+7) PAM frekventni pretvarač (2+4+7) PWM frekventni pretvarač (naponski invertor)
DC napon međukola
Korak
Izlaz
Slika 18. Osnovni talasni oblici u invertoru sa jednoimpulsnom modulacijom Danas se najčešće koriste pretvarači učestanosti sa naponskim međukolom i invertorom sa modulacijom širine impulsa (PWM) koji daju vrlo ekonomična rešenja pogona, pošto jednostavna jednoimpulsna modulacija daje pravougaoni oblik izlaznog napona pun viših harmonika koji dodatno opterećuju motor. Standardno se pri tome koristi mlkroračunarsko upravljanje. Pri tom mikroračunar ne mora da ima za zadatak da obezbedi optlmalno upravljanje sa obzirom na ponašanje pogona već i izvođenje modulacije širine impulsa invertora, u cilju smanjenja sadržaja harmonika u izlazu. Na slici 19 prikazan je karakterističan oblik izlaznog napona iz pretvarača sa modulacijom X / 17
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
širine impulsa. Kod modulacije širine impulsa problem je kako za dati izlazni napon podesiti uslove komutacije tako da se potre određeni broj harmonika. Pokazuje se da je za potiranje n-tog harmonika potrebna n+1 komutacija na svakih 90 stepeni kod jednofaznog invertora i da su uslovi tih komutacija promenljivi u zavisnosti od izlaznog napona. Tako je na primer za potiranje trećeg i petog harmonika potrebno je izvršiti komutaciju za tri promenljiva ugla. Ova tri ugla mogu se izračunati za svaku vrednost izlaznog napona iz tri trigonometrijske jednačine. Mikroračunar može da reši taj sistem jednačina, iako bi to bilo vrlo sporo, pa se ta izračunavanja mogu izvesti unapred, za određene stepene napona, na primer: po 1% i u tablici smestiti u memoriju. Mikroračunar će tad imati dovoljno vremena da ih u toku rada potraži u memoriji i upotrebi. Drugi način koji zauzima manje memorije, sastoji se u prethodnom linearizovanju trigonometrijskih jednačina i ugrađivanja algoritama za njihovo rešavanje u program.
Slika 19. Karakterističan oblik izlaznog napona i struje iz frekventnih pretvarača sa sinusnom impulsnom širinskom modulacijom Drugi problem primene asinhronih motora je otežana regulacija zbog njegove izrazite nelinearne strukture a takođe i nemogućnosti merenja nekih njegovih varijabli, pre svega rotorskog fluksa. Nasuprot jednosmernom motoru sa geometrijsko fiksiranim uzdužnim i poprečnim osama kod asinhronog motora orijentacija magnetnog polja prema namotajima je vremenski promenljiva. Odnosno kod asinhronog motora postoji uzajamna zavisnost pobude i momenta (kod jednosmernog motora moment je proizvod pobudnog fluksa i struje indukta, pa pošto se fluks može nezavisno podešavati pobudnom strujom, momentom se može direktno upravljati pomoću struje indukta). Da bi se dobila regulaciona dinamika, uporedljiva sa dinamikom jednosmernog motora mora se meriti ili rekonstruisati trenutna orijentacija i amplituda rotorskog fluksa. Ako se raspolaže sa podatkom o trenutnoj orijentaciji i amplitudi rotorskog fluksa, može se odrediti način napajanja statorskog namotaja, takav da se obezbedi željeno delovanje. Komponenta fluksa statora orijentisana vertikalno prema osovini rotora, odnosno poprečna komponenta statorske struje, odgovorna je za obrtni moment, dok uzdužna komponenta statorske struje deluje kao pobudna struja, odnosno odgovorna je X / 18
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
za rotorski fluks. Princip regulacije je održanje odgovarajućeg položaja vektora statorske struje u odnosu na trenutni položaj rotorskog fluksa, pe se ovaj način regulaciju u literaturi često naziva i regulacija orijentacije obrtnog polja. Postoje različiti načini određivanja vektora rotorskog fluksa, koji se kreću u opsegu od merenja Holovim elementima u vazdušnom procepu, merenja posebnim namotajima u žljebovima do proračuna primenom odgovarajućih modela motora. Pri tome pokazalo se da je proračunavanje analognim kolima vektorskih veličina vrlo složeno i da se može izvesti sa puno troškova uz vrlo složen i dugotrajan postupak podešavanja. Nasuprot tome mikroračunar sa svojim aritmetičkim sposobnostima obezbeđuje relativno jednostavno rešavanje problema.
Merena trajektorija vektora struje
ω
is(t)
ω1
jisb
Rotorska osa
isq
Osa rotorskog fluksa
es
ωmR isd imR
Statorska osa isa Slika 20. Vektorski dijagram struja asinhronog motora Na slici 20 prikazan je princip orijentacije polja sa vektorima struje i fluksa. Vektor rotorskog fluksa i mR (t ) ≈ Φ (t ) određuje koordinate polja. Vektor statorske struje i s (t), može se rastaviti na uzdužnu komponentu koja stvara fluks isd (t ) i poprečnu komponentu koja stvara obrtni moment
isq (t ) . Na slici 21 prikazana je strukturna blok šema asinhronog motora u sprezi sa regulatorom sa orijentacijom polja, iz koje se vidi sva složenost zadatka regulacije u kom su transformacijom koordinata obezbeđuje razdvajanje regulatora obrtnog momenta i regulatora fluksa, odnosno njihov rad u “koordinatama polja”. Ovaj primer prikazuje vrlo jasno i ilustrativno izvanredne mogućnosti koje obezbeđuje uvođenje mikroračunarskog upravljanja u regulaciju elektromotornih pogona. Primena mikroračunara u upravljanju frekventnim pretvaračima automatski obezbeđuje sem toga, kvalitetno rešavanje opštih problema: • Komunikacije. • Testiranja i otkrivanja grešaka. • Dojave i signalizacije. X / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP Mreža
Ispravljač
n
X
PI
Ψref
ia ib ic
Orijent. polja
Ψ
Proračun fluksa
Upaljač
PI
Transformacija koordinata
ωref
PWM invertor
us
Trans for.
is
Trans for.
ω TG
AM
Slika 21. Upravljanje brzinom i momentom asinhronog motora regulacijom orijentacije obrtnog polja Kao i rešenje problema specifičnih za regulatore: • Povećanje tačnosti. • Memorisanje zadatih vrednosti. • Obradu memih vrednosti. • Proračunavanje nemerljivih vrednosti (na pr. unutrašnjeg obrtnog momenta) za pobo1jšanje regulacije. • Linearizacije i odspajanje pojedinih regulacionih krugova. • Identifikacije promenljivih parametara. • Adaptivne regulacije, optimiranja regulacionih parametara. • Povećanje pouzdanosti, uvođenjem ekonomične redundanse. • Uprošćenje tehničke izvedbe korišćenjem jednostavne izvedbe memih davača i uređaja za digitalni prenos signala zaštićenog od smetnji. Rešavanjem tih problema, digitalni mikroračunarski pretvarač frekvencije za razliku od analognog, preuzima funkciju "inteligentnog automata" na najnižem stepenu upravljanja u decentralizovanoj hijerarhiji kompleksnog upravljanja sistemima i procesima.
X / 20
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
4.3. Izbor frekventnih pretvarača
Iz praktičnih razloga, frekventni pretvarači se prave u serijama koje odgovaraju standardnim tipskim snagama motora. Najčešće je moguće odabrati frekventni pretvarač, samo na osnovu izlazne snage motora. Ako to nije moguće izbor se vrši na jedan od sledećih načina: 1. Dimenzionisanje frekventnog pretvarača prema nominalnoj struji motora 2. Dimenzionisanje frekventnog pretvarača prema prividnoj snazi koju motor vuče iz mreže. 3. Dimenzionisanje frekventnog pretvarača prema izlaznoj snazi motora. Za pravilno dimenzionisanje frekventnog pretvarača potrebno je poznavati karakteristiku opterećenja motora. Karakteristike prikazane na slici 22 se najčešće sreću u praksi. To su konstantna i kvadratna (promenljiva) momentna karakteristika opterećenja.
Slika 22. Karakterističan oblik momenta opterećenja u funkciji brzine obrtanja 5. Funkcionalni opis modela frekventnog pretvarača
Funkcionalni opis se odnosi na model frekventnog pretvarača prikazan na slici 23. U opisu su data samo osnovna upustva za puštanje u pogon i podešavanje pretvarača, dok se detaljniji opis može naći u upustvu proizvođača. Osnovni tehnički podaci sa tipske pločice pretvarača su: Tipska oznaka: Opcija: Ulaz: Izlaz: Zaštita: Proizvođač:
VLT TYPE 5002 175Z0042 EXT. WITH BRAKE 010500G276 IN 3x380-500V 50/60Hz; 2.6A OUT 3x0-Uin 0-1000Hz; 2.8A 2.1kVA IP20/CHASSIS: AMBIENT MAX. 45°C/113°F DANFOSS MADE IN DENMARK
Model pretvarača je tip iz familije VLT 5000 firme Danfoss. VLT 5000 su savremeni uređaji koji praktično podržavaju neograničeni broj aplikacija u procesnoj industriji. Obuhvataju snage od 0.75 do 400 kW na 200-240V/380-500V. Kućište je rađeno u dve verzije: bookstyle i compact sa stepenom mehaničke zaštite IP00, IP20 ili IP54. Kontrola momenta i brzine je bazirana na vektorskim principima (VVCplus), pri čemu se brzina motora održava na konstantnom nivou. Upravljanje je izvedeno primenom mikroračunara koji se podešava odnosno parametrira preko jednostavnog alfa numeričkog terminala, preko posebnog sistema menija. Primenom različitih nivoa menija, odnosno Quick Menu obezbeđuje se jednostavno rukovanje i programiranje, dok Automatic Motor Adaption (AMA) meni automatski prilagođava uređaj spojenom motoru. X / 21
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Slika 23. Model frekventnog pretvarača Ugrađeni RFI filteri zadovoljavaju EN 55011 1A+B standarde, dok ugrađeni jednosmerni filter u međukolu smanjuje harmonijska izobličenja izazvana uticajem spoljnih prigušnica. VLT 5000 serija sadrži brojne opcije, što povećava njihovu fleksibilnost. SincPos motion je opcija koja se primenjuje u aplikacijama koje zahtevaju sinhronizaciju i pozicioniranje. Nekoliko opcionih kartica za serijsku komunikaciju, povećavaju komunikacionu sposobnost izme|u VLT 5000 i mnogih PLC sistema. LC filtri eliminišu šumove generisane iz motora zbog prekidačkog režima. Serija VLT 5000 sadrži širok spektar otpornika za kočenje, kako bi se zaustavilo kretanje motora u što kraćem vremenskom periodu. 5.1. Priključci frekventnog pretvarača
Raspored priključaka modela frekventnog pretvarača dat je na slikama 25 i 26. Svi priključci sa uređaja su prosleđeni direktno na priključne stezaljke sem mrežnih priključaka u koje su dodati ručni trofazni prekidač i komplet automatskih osigurača, što obezbeđuje zaštitu i upravljanje. X / 22
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 24. Blok šema modela frekventnog pretvarača X / 23
AC EMP
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 25. Raspored energetskih priključaka modela frekventnog pretvarača
Slika 26. Raspored upravljačkih priključaka modela frekventnog pretvarača X / 24
AC EMP
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
Funkcije pojedinih priključaka su sledeće: No. 91,92,93 96,97,98 94,95,99 81,82 12,13 16-33 20 39 42,45 50 53,54 55 60 61 68,69
Funkcija Mrežni priključak L1, L2, L3. Motorni priključak U, V, W. Priključak uzemljenja. Priključak kočionog otpornika. Unutrašnje napajanje digitalnih ulaza od 24 V masksimalno 200 mA. Ako se ono koristi potrebno je prekidač SW 4 staviti u uključen položaj ON. Digitalni ulazi / enkoderski ulazi. Masa digitalnih ulaza. Masa analognih / digitalnih izlaza Analogni / digitalni izlazi za prikazivanje frekvencije, zadatih vrednosti, struje i momenta. Referentni naponski izvor za potenciometar i termistor od 10 V. Analogni ulazi zadate vrednosti 0…±10 V. Masa analognih ulaza zadate vrednosti. Analogni ulaz zadate vrednosti 0/4…20 mA. Prekjučak serijske komunikacije.Vidi odeljak “Bus conection” komunikaciona veza. Ovaj priključak obično se ne koristi. Priključci serijske komunikacije RS 485. Kada je VLT frekventni pretvarač povezan na mrežu, prekidači SW 2 i 3 (prekidači 1 – 4) moraju biti zatvoreni ON na prvom i poslednjem VLT frekvencijskom konvertoru u mreži. Na preostalim VLT frekventnim pretvaračima prekidači SW 2 i 3 moraju biti otvoreni OFF. Fabrički prekidači su u zatvorenom položaju ON.
5.2. Upravljački panel frekventnog pretvarača
Upravljački panel je alfa numerički panel – LCP (Local Control Panel), preko koga se vrši kompletno podešavanje programskih parametara, prikazivanje i signalizacija pretvarača serije VLT 5000. Panel se može skinuti i instalirati na pogodno pristupačno operaterumesto, udaljeno do 3 m. Funkcije panela se mogu podeliti na tri grupe: • Displej; • Tasteri za izmenu programskih parametara; • Tasteri za lokalno upravljanje. Na četvoro-linijskom displeju se mogu prikazati četiri merene vrednosti i tri operaciona stanja kontinualno. Tokom programiranja na njemu se prikazuju naziv i veličina parametra koji se menja. Drugi red displeja prikazuje uvećane karaktere u odnosu na preostala tri reda. Dodatna signalizacija uključenosti, greške i alarma, izvodena je sa tri led diode. Tasteri za unos podeljeni su na dva dela prema nameni, prema sledećem: Tasteri za izmenu programskih parametara
Taster DISPLAY/STATUS QUICK MENU MENU CHANGE DATA
Funkcija Izbor moda prikazivanja ili povratak u mod za prikazivanja posle rada u modovima za podešavanje. Izbor moda za brzi postupak podešavanja samo najpotrebnijih standardnih parametara. Izbor moda za podešavanje svih parametara. Izbor za ulazak u postupak izmene vrednosti prethodno izabranog parametra X / 25
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA CANCEL OK +/
AC EMP
iz brzog i punog menija. Izbor za odustajanje promene prethodno izabranog parametra. Izbor za potvrdu promene prethodno izabranog parametra. Izbor parametra ili promena vrednosti izabranog parametra ili promena parametra koji se prikazuje u drugom redu displeja. Izbor grupe parametara i pomeranje kurzora kod promene numeričkih vrednosti.
Tasteri za lokalno upravljanje
Taster STOP/RESET JOG FWD/REV START
Funkcija Taster se koristi za zaustavljanje motora ili resetovanje ako se pre toga pretvarač blokirao zbog nastale greške. Zadavanje prethodno zadate frekvencije (Aktivira se ili deaktivira parametrom 015). Promena smera obrtanja motora (Aktivira se ili deaktivira parametrom 016). Taster za uključenje pretvarača posle zaustavljanja sa tasterom STOP. Pri čemu se pretvarač ne može uključiti ako je zadat uslov za blokadu na priključnim stezaljkama.
5.3. Meni frekventnog pretvarača QUICK MENI (BRZI MENI)
Funkcija LANGUAGE – jezik OPERATION SITE – vrsta kontole LOCAL REFERENCE – lokalna zadata vrednost MOTOR POWER – snaga motora MOTOR VOLTAGE – napon motora MOTOR FREQUENCI – frekvencija motora MOTOR CURRENT – struja motora MOTOR NOM. SPEED – nominalna brzina motora MIN.REFERENCE – minimalna zadata vrednost MAX. REFERENCE – maksimalna zadata vrednost RAMP UP TIME 1- vreme ubrzanja 1 RAMP DOWN TIME – vreme usporenja 1
MENI (MENI)
Par. 0… 1… 2… 3… 4… 5… 6…
Funkcija KEYB.& DISPLAY (Tastatura i displej) APP.& MOTOR (Aplikacija i motor) REF.&LIMITS (Reference i ograničenja) INPUTS& OUTPUTS (Izlazi i ulazi) SPECIAL FUNCTS. (Specijalne funkcije) RS 485 (Komunikacija) TECH. FUNCTIONS (Servis i dijagnostika)
X / 26
Fabričko podešavanje ENGLISH (engleski) REMOTE (daljinska) 0.000 1.5 kW 380 V 50 Hz 2.8 A 2830 RPM 0.000 50.000 Hz 5.0 s 5.0 s
Funkcija LANGUAGE – jezik OPERATION SITE – vrsta kontole LOCAL REFERENCE – lokalna zadata vrednost ACTIVE SETUP – aktivna podešavanja EDIT SETUP – izmene podešavanja SETUP COPY – kopiranje podeđavanja LCP COPY – kopiranje podešavanja panela FREQUENCY SCALE – faktor množenja prikaza frekv. DISPLAY LINE 2 – prikaz u drugoj liniji displeja DISPLAY LINE 1.1 – prikaz u liniji 1.1 displeja DISPLAY LINE 1.2 – prikaz u liniji 1.2 displeja DISPLAY LINE 1.3 – prikaz u liniji 1.3 displeja LOCAL REF. MODE – lokalno zadavanje LOCAL STOP – lokalno zaustavljanje LOCAL JOGGING – dodatno lokalno zadavanje LOCAL REVERSING – lokalna promena smera obrtanja LOCAL RESET – lokalno kvitiranje DATA CHANGE LOCK – zaključavanje izmene param. POWER UP ACTION – akcija po uključenju
Fabričko podešavanje ENGLISH (engleski) REMOTE (daljinska) 0.000 SETUP 1 ACTIVE SETUP NO COPY NO COPY 001.00 FREQUENCY [Hz] REFERENCE [%] MOTOR CURENT [A] POWER [kW] LOC. MIX WITH CTRL ENABLE DISABLE DISABLE ENABLE NOT LOCKED LOCAL = STOP
Funkcija CONFIG.MOD – konfiguracija upravljanja TORQUE CHARACT – momentna karakteristika MOTOR POWER – snaga motora MOTOR VOLTAGE – napon motora MOTOR FREQUENCI – frekvencija motora MOTOR CURRENT – struja motora MOTOR NOM. SPEED – nominalna brzina motora AUTO MOTOR ADAPT. – automatska identifikacija parametara motora STATOR RESIST – statorska otpornost STATOR REACT. – statorska reaktansa MOT.MAGNETIZING – struja magnećenje motora na nultoj brzini u % od nazivne struje magnećenja MIN. FR. NORM MAGN. – minimalna frekvencija pri nazivnoj struji magnećenja LO SPD LOAD COMP – kompenzacija opterećenja pri malim brzinama (korekcija pada napona) HI SPD LOAD COMP – kompenzacija opterećenja pri velikim brzinama (korekcija pada napona) SLIP COMPENSAT. – kompenzacija klizanja SLIP TIME CONST. – vremenska konstanta klizanja RESONANCE DAMP. – potiskivanje rezonantne frekvencije DAMP. TIME CONST. – vremenska konstanta X / 27
Fabričko podešavanje SPEED OPEN LOOP CONSTANT TORQUE 1.5 kW 380 V 50 Hz 2.8 A 2830 RPM OFF 03.6100 Ohm 0117.32 Ohm 100 % 1.0 Hz 100 % 100 % 100 % 0.50 s 100 % 5 ms
potiskivanja rezonantne frekvencije HIGH START TORQ. – vreme trajanja velikog startnog momenta START DELAY – kašnjenje uključenja START FUNCTION – specijalna funkcija uključenja FUNCTION AT STOP – specijalnas funkcija isključenja MIN. F. FUNC. STOP – minimalna frekvencija uključenja funkcije pri isključenju DC-HOLD CURRENT – jednosmerna struja držanja DC BRAKE CURRENT – jednosmerna struja kočenja DC BRAKING TIME – vreme kočenja sa jednosmernom strujom DC BRAKE CUT IN – frekvencija uključenja jednosmernog kočenja MOT. THERM PROTECT. – motorna temperaturna zaštita MOTOR EXTERN FAN – prinudno hlađenje motora START FREQUENCY – početna minimalna frekvencija INITIAL VOLTAGE – početni minimalni napon
AC EMP 0.0 s 0.0 s COAST (bez uticaja) COAST (bez uticaja) 0.0 Hz 50 % 50 % 10.0 s 0.0 Hz (OFF) NO (isključena) NO (isključena) 0.0 Hz 0.0 V
Funkcija OUT FREQ RNG/ROT – frekventni opseg / smer MIN. OUTPUT FREQ. – minimalna frekvencija MAX.OUTPUT FREQ. – maksimalna frekvencija REF/FEEDB. RANGE – opseg zadate / merene vrednosti MIN. REFERENCE – minimalna zadata vrednost MAX.REFERENCE – maksimalna zadata vrednost RAMP TYPE – tip integratora zadate vrednosti RAMP UP TIME 1 – vreme ubrzanja 1 RAMP DOWN TIME 1 – vreme usporenja 1 RAMP UP TIME 2 –– vreme ubrzanja 2 RAMP DOWN TIME 2 – vreme usporenja 2 JOG RAMP TIME – vrema ubrzanja / usporenja dodatne fiksne zadate vrednosti Q STOP RAMP TIME – vreme usporenja pri brzom kočenju JOG FREQUENCY – zadata dodatna fiksna frekvencija REF FUNCTION – način zadavanja zadate vrednosti PRESET REF.1 – dodatna fiksna zadata vrednost 1 PRESET REF.2 – dodatna fiksna zadata vrednost 2 PRESET REF.3 – dodatna fiksna zadata vrednost 3 PRESET REF.4 – dodatna fiksna zadata vrednost 4 H UP / SLW MOTOR – dodatna relativna zadata vrednost TORQ. LIMIT MOTOR – granični moment motora TORQ. LIMIT GENER – granični moment motora u generatorskom režimu WARN. CURRENT LO – dojava minimalne stuje X / 28
Fabričko podešavanje 132 Hz CLOCK WISE 0.0 Hz 50.00 Hz MIN - MAX 0.000 50.000 LINEAR (linearan) 5.00 s 5.00 s 1.00 s 1.00 s 2.00 s 10.00 s 10.0 Hz SUM (zbirna vrednost) 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 152.3 % 010.0 % 0.0 A
Funkcija DIGITAL INPUT 16 – digitalni ulaz (stezaljka 16) DIGITAL INPUT 17 – digitalni ulaz (stezaljka 17) DIGITAL INPUT 18 – digitalni ulaz (stezaljka 18) DIGITAL INPUT 19 – digitalni ulaz (stezaljka 19) DIGITAL INPUT 27 – digitalni ulaz (stezaljka 27) DIGITAL INPUT 29 – digitalni ulaz (stezaljka 29) DIGITAL INPUT 32 – digitalni ulaz (stezaljka 32) DIGITAL INPUT 33 – digitalni ulaz (stezaljka 33) AI [V] 53 FUNCT – analogni naponski ulaz 53 AI 53 SCALE LOW – minimalna zadata vrednosti AI 53 AI 53 SCALE HIGH – maksimalna zadata vrednost AI 53 AI [V] 54 FUNCT analogni naponski ulaz 54 AI 54 SCALE LOW – minimalna zadata vrednosti AI 54 AI 54 SCALE HIGH – maksimalna zadata vrednost AI 54 AI [mA] 60 FUNCT – analogni strujni ulaz 60 AI 60 SCALE LOW – minimalna zadata vrednosti AI 60 AI 60 SCALE HIGH – maksimalna zadata vrednost AI 60 LIVE ZERO TIME O – pauza LIVE ZERO FUNCT. – funkcija pauze AO 42 FUNCT. – funkcija analognog izlaza 42 AO 42 PULS SCALE – skaliranje izlaznih impulsa AO 45 FUNCT. – funkcija analognog izlaza 45 AO 45 PULS SCALE – skaliranje izlaznih impulsa RELAY 1-3 FUNCT. – funkcija relejnog izlaza 01 RELAY 1-3 ON DL – kašnjenje uključenja releja 01 RELAY 1-3 OFF DL – kašnjenje isključenja releja 01 RELAY 4-5 FUNCT. – funkcija relejnog izlaza 02 PULSE REF.MAX. – maksimalna frekvencija zadate impulsne vrednosti
Fabričko podešavanje STOP INVERSE (mirni kont.) FREEZE REFERENCE START REVERSING Q STOP INVERSE JOGGING SPEED UP SETUP LSB/SPEED DOWN REFERENCE 00.0 V 10.0 V NO OPERATION 00.0 V 10.0 V REFERENCE 00.0 mA 20.0 mA 10.0 s OFF 0-Imax = 0-20 mA 5000 Hz 0-Imax = 0-20 mA 5000 Hz RELAY/NOTHERM WARN 0.00 s 0.00 s THERMAL WARNING 5000 Hz
4… SPECIAL FUNCTS. (Specijalne funkcije)
Par. 400 401
Funkcija BRAKE FUNCTION – način kočenja BRAKE RES. (OHM) – otpornost kočionog otpornika X / 29
BR. POWER. LIM. KW – maksimalna snaga kočenja POWER MONITORING – dojava dostizanja maksimalne snage kočenja BRAKE TEST – provera funkcije kočenja RESET MODE – funkcija reseta AUT RESTART TIME – vreme automatskog ponovnog startovanja MAINS FAILURE – izbor načina rada posle ispada mrežnog napajanja TRIP DELAY TORQ. – kašnjenje dojave preopterarećenja INV.FAULT DELAY – kašnjenje dojave greške u invertoru SWITCH FREQ. – prekidačka frekvencija invertora VAR CARRIER FREQ. – zavisnost izlazne frekvencije od prekidačke OVERMODUL – premodulacija izlaznog napona MIN. FEEDBACK – minimalna merena vrednost MAX.FEEDBACK – maksimalna merena vrednost PROCESS UNIT – jedinica merene vrednosti
AC EMP 1.6 kW ON OFF MANUAL RESET 5.0 s CONTROL RAMP DOWN OFF 2.0 s 4.0 kHz DISABLE ON 0.00 1500.000 %
Funkcija BUS ADDRESS – mrežna adresa BAUDRATE – brzina komunikacije COASTING SELECT – izbor zaštita Q STOP SELECT – izbor brzog zaustavljanja DC BRAKE SELECT – izbor jednosmerno kočenje START SELECT – izbor uključenja REVERSING SELECT – izbor promene smera obrtanja SETUP SELECT – podešavanje PRES.REF.SELECT – izbor brzine 500 BUS JOG 1 FREQ. – zadavanje dodatne fiksne zadate vrednosti preko komunikacije 1 BUS JOG 2 FREQ. – zadavanje dodatne fiksne zadate vrednosti preko komunikacije 2 TELEGRAM PROFILE – izbor mreže (FIELD, FC) BUS TIMEOUT TIME – vreme bez komunikacije BUS TIMEOUT FUNC. – reakcija posle prekida komunikacije
Fabričko podešavanje 001 9600 BAUD LOGIC OR LOGIC OR LOGIC OR LOGIC OR LOGIC OR LOGIC OR LOGIC OR 10.0 Hz 10.0 Hz DANFOSS 1.0 s OFF
6… TECH. FUNCTIONS (Servis i dijagnostika)
Par. 600 601 602 603
Funkcija OPERATING HOURS – merač radnih časova RUNNING HOURS – početno stanje merača radnih časova KWH COUNTER – merač energije kWh POWER UP’S – broj preopterećenja X / 30
Opseg parametra 0 – 130000.0 h 0 – 130000.0 h 0 – 9999 kWh 0 - 9999
OVER TEMP’S – broj prekoračenja temperature OVER VOLT’S – broj prenapona LOG: DIGITAL INP – logiranje digitalnih ulaza LOG: BUS COMMAND – logiranje kontrolnih reči LOG: BUS STAT.WD – logiranje statusnih reči LOG: REFERENCE – logiranje zadate vrednosti LOG: FEEDBACK – logiranje merene vrednosti LOG: MOTOR FREQ. – logiranje izlazne frekvencije LOG: MOTOR VOLT. – logiranje izlaznog napona LOG: MOTOR CURR. – logiranje izlazne stuja LOG: DC LINK VOLT. – logiranje napona jednosmernog međukola F.LOG: ERROR COD – kod greške F.LOG: TIME – vreme nastanka greške F.LOG: VALUE – vrednost greške RESET KWH COUNT – reset merača energije kWh RESET RUN. HOUR – reset merača radnih časova OPERATION MODE – način rada pri ispitivanju VLT TYPE – tip VLT uređaja POWER SECTION – tip energetskog dela VLT ORDERING NO. – naruđžbeni broj VLT uređaja SOFTWARE VERSION – verzija softvera LCP ID NO. – LCP identifikacioni broj PARAM DB ID – identifikacioni broja baze podataka POWER UNIT DB ID – identifikacioni broj energetskog dela APP. OPTION – tip opcionog dodatka APP. ORDER NO. – identifikacioni broj primenjenog dodatkas COM. OPTION – komunikacioni dodatak COM. ORDER NO. – identifikacioni broj komunikacionog dodatka
AC EMP 0 - 9999 0 - 9999 0 - 255 0 - 65535 0 - 65535 0 – 100 % 999999.99 0.0 – 999.99 50 – 1000 V 0 – 999.9 A 0 – 999.9 V 0 – 44 0.0 – 9999.9 0.0 – 9999.9 DO NOT RESET DO NOT RESET NORMAL OPERATION VLT 5002 380-500V EXTENDED WITH BRAKE 175Y0042 V 1.0 ID 1.50 2KB ID 1.04 ID 1.21 NONE NONE -
5.4. Programiranje frekventnog pretvarača
Mod za brzi postupak podešavanja samo najpotrebnijih standardnih parametara koristi se u većini standardnih primena pretvarača. Puni meni se koristi samo kod potrebe za izmenama specifičnih parametara. Ulazak u brzi meni za podešavanje se izvodi ptitiskom na taster QUICK MENU. Dalje izbor parametra koji se želi menjati vrši se pritiskom na taster strelica gore ili strelica dole. Posle odabira parametra pritiskom na taster CHANGE DATA, moguće je menjati njegovu vrednost tasterima strelica gore i strelica dole. Pri tome pritiskom na taster levo ili taster desno može se menjati položaj kursora. Posle odabera željene vrednosti parametra, on se mora potvrditi pritiskom na taster OK. Slično se radi i sa punim menijem za podešavanje. Izlazak iz menija za podešavanje izvodi se pritiskom na taster DISPLAY. U brzom meniju za podešavanje prvo podesiti parametre motora očitane sa njegove tablice: Nazivna snaga motora Parametar 102 • Nazivna napon napajanja motora Parametar 103 • Frekvencija napajanja motora Parametar 104 • X / 31
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA • •
Nazivna struja motora Nazivna brzina obrtanja motora
AC EMP
Parametar 105 Parametar 106
fout fMAX. (202) Refer. fMNOM. (104) fMIN. (201)
t [s] Ramp up. (207/209)
Ramp down. (208/210)
Slika 27. Ilustracija značenja osnovnih parametara brzog menija Zatim podesiti opsege radne frekvence i vremena ubrzanja i usporenja (slika 27): Minimalna frekvencija Parametar 204 • Maksimalna frekvencija Parametar 205 • Vreme ubrzanja Parametar 207 • Vreme usporenja Parametar 205 • I na kraju aktivirati lokalnu kontrolu sa Parametrom 002 na Local radi ostvarenja mogućnosti upravljanja uz pomoć alfa numeričke tastature. 5.5. Mod za automatsku identifikaciju parametara motora
Da bi se motor napajan frekventnim pretvaračem optimalno upravljao, moraju mu se odrediti parametri koji utiču na kvalitet regulacije, pre svega omski otpor statora Rs Parametar 108 i reaktansa pri nazivnom magnetnom fluksu Xs Parametar 109. Pretvarač može sam da izvede par promišljenih testova nad zakočenim motorem i da odredi ove vrednosti u postupku automatske identifikacije AMA (Automatic Motor Adaptation). Primenom postupka koji traje nekoliko minuta, mogu se odrediti obe vrednosti za Rs i Xs ili u skraćenom postupku samo vrednost Rs. Da bi se postupak pravilno izveo potrebno je korektno u pretvarač uneti podatke sa tipske pločice motora, čija nazivna snaga treba da bude barem 35% od nazivne snage pretvarača, da se motor testira iz hladnog stanja, da motor nije opterećen i da između njega i pretvarača nema dodatnih otpora u vidu dugačkih kablova ili izlaznih prigušnica. Postupak identifikacije se izvodi na sledeći način. Prvo se motor zaustavi pritiskom na taster STOP. Unesu se Parametri 102 do 106 motora. Izabere se željeni tip identifikacije pun ENABLE (RS,XS) ili skraćeni ENABLE RS u Parametru 107. Uključi se pogon pritiskom na taster START ili uključenjem spoljnog uslova za uključenje. Pretvarač posle toga izvodi testove sledećim redom. Prvo proverava podatke i priključak motora. Pri tome na displeju prikazuje WORKING. Zatim propušta jednosmernu struju kroz motor i X / 32
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
određuje vrednost statorskog otpora. Na displeju ispisuje WORKING.. Dalje izvodi tranzijentni test i određuje zajedničku induktivnost. Pri tome na displeju ispisuje WORKING... Na kraju izvodi test sa naizmeničnom strujom radi određivanja statorske reaktanse. Pri tome na displeju ispisuje WORKING.... Ako je pretvarač pravilno izveo identifikaciju daje poruku o završetku testa ALARM 21 Auto-optimisation OK. 6. Upustvo za izvođenje merenja i puštanje u rad
Pre uključenja potrebno je prekontrolisati mrežni i motorni priključak. Uključenje motora se izvodi pritiskom na taster START. Motor se ne može uključiti ako nije dat spoljni uslov za uključenje, odnosno ako nisu povezane stezaljke 12 (24 V) i 27. Promena brzine obrtanja, odnosno izlazne frekvencije izvodi se promenom Parametra 003. Iznena smera obrtanja izvodi se pritiskom na taster FWD / REW. Isključenje motora izvodi se pritiskom na taster STOP. 6.1. Uticaj izmene parametara na ponašanje motora
Eksperimentisati sa izmenama parametara, u cilju uočavanja njihovog uticaja na ponašanje motora. Preporučuje se izmena vrednosti minimalne, maksimalne frekvencije, vremena integracije, struje magnećenja, kompenzacije opterećenja, kompenzacije klizanja, tipa momentne karakteristike, tipa kočenja. 6.2. Snimanje U/f karakteristike pretvarača
Snimiti U/f karakteristiku, merenje vrednosti linijskog napona motora, menjajući izlaznu frekvenciju od minimalne do maksimalne (od 5 Hz do 75 Hz) u skokovima od po 5 Hz. Za svaku od podešenih frekvencija izmeriti na osciloskopu izlazni napon i struju, radi ilustracije efikasnosti sinusno impulsno širinske modulacije (slika 28 i 29). PAŽNJA: Provodnici za napajanje motora nalaze se na mrežnom potencijalu. Struju meriti sa odgovarajućim strujnim transformatorom, a napon korišćenjem diferencijalnog ulaza osciloskopa ili preko osciloskopa napajanog preko odvojnog transformatora. 6.3. Snimanje vektora statorske struje
Snimiti trajektoriju vektora statorske struje, za razne frekvencije kao u prethodnoj tački. Trajektorija se snima prema šemi na slici 28, pri čemu se koristi osciloskop kao x-y pisač. Trajektorija struje približno (slika 30) opisuje krug i ilustruje prostorno obrtno magnetno polje u motoru, koje je slično.
X / 33
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC EMP
L1 L2 L3 PE
Q1
F1-F3 I>
91 92 93
+24V
94
VLT 5002
Par. 300 16
STOP
Par. 302 18
START
27 96 97 98
U V W
JOG
Par. 305 29
99
PE
X1
Y1 Y2
M 3f
V
Slika 28.Šema povezivanja merne opreme, pretvarača i motora
X / 34
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 29. Oscilogram statorske struje
Slika 30. Oscilogram trajektorije vektora statorske struje X / 35
AC EMP
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TERMIČKI REGULATOR
XI. vežba PUŠTANJE U POGON TERMIČKOG REGULATORA 1. Podesiti izračunate parametre regulatora dobijene identifikacijom na osnovu merenja iz vežbe V. 2. Pustiti u pogon sistem. 3. Snimiti odziv temperature i izlaza regulatora, barem za dva seta podešenih vrednosti. Primeri: a) TD* = 1,3 min TI* = 20 min XP* = 21 %
b) TD* = 1,3 min TI* = 20 min XP* = 60 %
NAPOMENA: Parametri pod b) daju prigušen odziv.
XI / 1
c) TD* = 1,3 min TI* = 20 min XP* = 36 %
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
XII VEŽBA
INSTRUMENTALNI TROPOZICIONI REGULATOR 1. UVOD Na slici 1 dato je principijalno rešenje jednog instumentalnog dvopozicionog regulatora.
Slika 1 Davač signala u ovom rešenju je analognog tipa – termoelement,koji kontinualno meri temperaturu. Tropozicioni insrumentalni regulator se razlikuje od dvopozicionog instumentalnog regulatora samo u tome,što tropozicioni regulator ima dva elementa zadate vrednosti, koji je ujedno i regulator izlazne veličine.U tu svrhu osnovni merni instrument je dopunjen sa : - zastavicom od lakog metala,poprečno montirana nakazaljku instrumenta, - dva inicijatora, čiji položaj u odnosu na ugao kretanja kazaljke može da se podešavaju, - elektronskim pojačivačima za pojačanje izlaznog signala inicijatora, - elektromagnetnim relejima,koji se pobuđuju iz elektronskih pojačivača i predstavljaju izvršne elemente regulatora. Podešavanjem ugaonog položaja inicijatora,posredstvom pomeranja kazaljke zadate vrednosti,podešava se željena zona tj.željena vrednost izlazne veličine.Princip rada regulatora je sledeći: Kod uklučenja, oscilatorno kolo inicijatora slobodno oscilira i izlazna struja inicijatora je maksimalna.Ova struja, pojačana preko pojačivača, pobuđuje elektro magnetni reje,koji kao izvršni element neposredno deluje na objekat regulacije.Postepenim rastom izlazne veličine raste i izlazni napon mernog pretarača. Ovaj rast napona prati kazaljka pokaznog instrumenta. Kada izlazna veličina dostigne zadatu vrednost, ugaoni položajkazaljki se poklapaju i zastavica pokazne kazaljke ulazi u procep inicijatora.Zbog toga u inicijatoru prestaju oscilacije i njegova izlazna stuja padne na minimalnu vrednost.Iz ovoga dalje sledi odpuštanje releja. Izlazna veličina je sada u zoni neosetljivosti, gde regulator ne reaguje na procep gornjeg inicijatora,te tese isključi elektromagnetni rele vezano za ovajinicijator, i preko njegovih mirnih kontakata neposredno deluje na objekt.Time se posiže smanjenje XII/1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
izlazne veličine sve dotle dok zastavica ne izlazi iz procepa inicijatora. U tom slučaju izlazna veličina se nalazi između dve vrednosti tj. u zoni neosetljivosti. Uključenje i isključenje se automatski odvija po vremenskom dijagramu tropozicione regulacije izlazne veličine,datog na slici 2. Sa obzirom na malu histerezu inicijatora,regilatori ovakve izvedbe imaju relativno malu histerezu, i histereza regulacije pretežno zavisi odkarakteristika samog objekta regulacije. Prema unapred izloženm vidi se da izlazni signal iz tropozicionog regulatora nije kontinualan standardni signal za regulaciju, već stanje kontakta dva releja (kontakt jednog ili drugog releja otvoren ili zatvoren, ili stanje tiristora ili triaka koji provode ili neprovode), koji kao delovi električnog kola uključuju ili isključuju: servo motor u jednom ili u drugom smeru, odnosno kao kod klimatizacije,grejač ili ventilator naelektričnu mrežu.Na taj način se energjaza pogon uzima direktno iz mreže, a regulator služi samo kao element za uključivanje i isključivanje. Očekivana statička greška tropozicionog regulatora jednaka je veličini zoni neosetljivosti d , te je i primena regulatora ograničena.
Slika 2 2.PASIVNI MERNI PRETVARAČI – OTPORNI TERMOMETAR PT-100 Služi za merenje temperature tako da merena temperature izaziva promenu otpornosti žičanog ili poluprovodničkog otpornika. Žičani otporni termometri se upotrbljavaju za merenje temperature od 220 o C do otprilike 750 o C. Izrađuju se najčešće od platinske ili nikalne žice. Platinska žica se upotrbljava u području između -220 o C i 750 o C(za kratka merenja 1000 o C ).Njena otpornost se poveća za 38,5 % na promeni temperature od 0 o C na 100 o C , dok nikalne žice to povećanje iznosi 61.7 %, dakle
XII/2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
oko 60 % više.Nikalni otprni termometri se upotrebljavaju za temperature između − 60 o C više.Nikalni otporni termometri se upotrebljavaju za temperature između − 60 o C i 150 o C . Merni otpor Pt-100 Nazivni otpor : 100Ω kod 0 o C ( ± 0.1Ω ) o
Slika 3.Zavisnost otpornosti od temperature od platine Redovno se zahteva da otpornost žičanih otpornihg termometara bude 100Ω na 0 o C i ,te da raste sa temperaturom u skladu sa vrednostima utvrđenim propisima. To se zahteva zato, da se izbegne pojedinačno međusobno usklađivanje žičanih otpornika sa instrumentima koji na osnovi njihove otpornosti treba da izravno pokažu iznos merene temperature. Zato propisi odrđuju i dopuštena otstupanja platinskih termometara i ona iznose ± 0.3 o C pri 0 o C i rastu na ± 0.3 o C pri 500 o C. Izvedba žičanog termometra je takva, da je otporna žica namotana na telo od izolacionog materijala opornog na temperaturu (npr. Staklo,keramka), i prekrivena slojem ili keramike.Uložak sa otpornom žicom obično se još ugrađuje u zaštitnu cev, da bi se zaštitio od hemijskih i mehaničkih naprezanja.U svakom slučaju mozemo odrediti približni odziv otpornog termometra sa košuljicom.
XII/3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
Otpornost žičanih otpornih termometara meri se raznim metodama. Tačnost merenja znatno zavisi od ovisnosti otpornih termometara od temperature.Na tačnost merenja može uticati i zagrevanje otpornog termometra prouzrokovano mernom strujom koja teče kroz termometar.Ako ta struja iznosi oko 10mA, i ona zavisisno od konstrukcije termometra izaziva zagrevanje od 0.22 o C .Još manje struje zanemarljivo deluje na zagrevanje,jer je ono srazmerno kvadratu merene struje. Najčešće seinstument ne nalazi posve blizu otpornog termometra,pa treba voditi računa o otpornosti vodova sa kojima su oni međusobno spojeni. U mernim metodama koje predviđaju samo dva priključna voda do otpornog termometra,pojvljuje se samo kod Pt-100 greška od 2.5 o C ,ako je otpornost priključnih vodova 1Ω .Zato je potrebno već pri baždarenju instrumenata predvideti određeni otpor vodova ( 10Ω ), i pri puštanju u pogon dodati vodovima toliki otpor da se postigne baš predviđeni iznos.(sl.4.)
Pt-100 Rv
Rv
Rj
R1
R4
= ULaz
I
~
izlaz
mV
R2
R3
Slika 4
Pt-100 Rv
Rv
Rv
Rj
R1
R4 ulaz
I
~ =
mV
R2
R3
Slika 5 XII/4
izlaz
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
Rv-otpornost voda Rj – otpornik za justiranje Na taj način upak se ne može u potpunosti eliminisati uticaj otpornosti vodova zbog njene zavisnosti od temperature.Da bi smo taj uticaj potpuno otklonili potrbno je upotrebiti tri voda(sl. 5). Ovakvim načinom vezivanja otpornosti jednog voda je u jednoj grani, a otpornost drugog voda je u drugoj grani, te promene druge otpornosti ne utiče na rad mosta. Zbog male daljine između instrumenata i Pt-100 korišćen je dvožični bakarni vod debljine Φ = 2,5mm . Merenje otpornosti otpornih termometara najčešće se sprovodi pomoću instumenata sa unakrsnim namotajima i Vinstonovim mostom. 3.OPIS RADA INSTRUMENTALNOG TROPOZICIONOG REGULATORA KLIMATIZACIJE Instrumentalni tropozicioni regulator služi za regulaciju temperature(klimatizacija), neposredno za merenje napona.Mereni napon U 0 deluje na pomični organ instrumenta i zakreta ga zajedno sa kazaljkom. Veličina zakreta je funkcija napona. Instrumentalni tropozicioni regulator je kombinacija mernog instrumenta i dva granična prekidača (induktivni bezkontaktni prekidači) koji za postavljanje zadate vrednosti. Ovi bezkontaktni prekidači su u sprezi sa kazaljkom na koju je postavljena vrednosti. Tropozicioni regulator ima dve zadate vrednosti izmeđukojih je zona neosetljivosti u kome regulator nereaguje na poremećaj.Zadate vrednosti regulisane veličine se može postaviti mehanički pomoćukazaljke naskali instrumenta.U slučaju postizanja zadate vrednosti induktivni granični prekidač pod uticajem zastavice pričvršćene na kazaljku, svojim uticajem uključi ili isključi izlazni relejni prekidački stepen.
X1
ELEMENT ZADATE VREDNOSTI
+
IZVRŠNI ELEMENT GREJAC
+
OBJEKAT REGULACIJE
θ
+
DAVAC SIGNALA Pt-100
X2
ELEMENT ZADATE VREDNOSTI
+
+
IZVRŠNI ELEMENT VENTILATOR
Slika 6 Instrumentalni tropozicioni reulator pod uticajem konitinualnog signala zadate vrednosti deluje diskretnim nekuntinualnim (relejnim) izlaznim signalima na izvršni element preko releja veće opteretljivosti R1 ili R2.Kod klimatizacije imamo dva izvršna elementa:grejač i ventilator (greje,mirujeili hladi).Sijalici S0,S1,S2,S3 služi za vizualnu indikaciju (S0-uključenost, S1 - rad grejača, S2 –
XII/5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
neosetljivost na poremećaj,S3-rad ventilatora). Otpornik RV služi za ostvarivanje pada napona vrednosti oko 105V~,jer je nominalni napon ventilatora U nv = 115V ~ .
Slika 7 –Konačna šema instrumentalnog tropozicionog regulatora klimatizacije Spisak delova: Releji R1,R2:220 V~,50 Hz, 10 A Ventilator 115 V~,14W Grejač 220 V~, 1000 W Prekidač Grebenasti- jednosmegnetni (dva para kontakata Pri radu tropozicionog regulatora snimljena je dinamička karakteristika sl 4.4. Nakon uključivanja regulatora aktivira se postavni signal Z,koji inicira grejanje grejača i rast izlazne veličine Y(temperature). Kada stvarna vrednost dostiže Y2,regulator isključi za sve vreme dok se izlazni signal Y nalazi u zoni neosetljivosti izvršni elementi su isključeni.Prekorači li Y vrednost Y4, regulator uključi postavni signal –Z i ventilator počinje hladiti objekat regulacije,te se kao rezultat dobija smanjenje vrednosti Y.Kada vrednost Y padne ispod vrednosti Y3 regulator isključi ventilator.
XII/6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
TROPOZICIONI REGULATOR
Slika 8. Izgled labaratorijskog modela
XII/7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
XIII. vežba KOMPENZACIJA SMETNJI, KASKADNA REGULACIJA 1. Cilj laboratorijske vežbe: • •
Upoznati se sa algoritmima upravljanja, elementima, šemama veze i potrebnim podešavanjima predregulacije i kompenzacije smetnji i kaskadne regulacije. Realizovati sisteme sa kompenzacijom smetnji i kaskadnom regulacijom i izvršiti na njima merenja odziva u cilju utvrđivanja njihove efikasnosti.
2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • • • • • •
Tri analogna PI-regulatora; Tri proporcionalna člana sa kašnjenjem prvog reda, koji čine objekt upravljanja; Jednog diferencijalnog člana sa kašnjenjem prvog reda, koji čini kompenzator; Dva potenciometra za zadavanje skoka zadate vrednosti i smetnje; Univerzalnog instrumenta za merenje zadate vrednosti i smetnje; PC računara sa A/D karticom i softverom za praćenje vremenskog odziva sistema.
3. Uvod Osnovna struktura u realizaciji upravljanja je sistem automatskog upravljanja sa negativnom povratnom vezom. Primena negativne povratne veze uz dovoljno veliko pojačanje, u većini slučajeva daje zadovoljavajuće ponašanje upravljanog sistema u stacionarnom stanju. Referentna i upravljana veličina postaju međusobno približno jednake. Zatvoreni sistem se može aproksimirati jednim članom kod kojega između ulaza (referentna veličina) i izlaza (upravljana veličina) nastaje određena proporcionalna zavisnost bez obzira na veličinu prisutne smetnje. Nije potrebna nikakva dodatna informacija o veličini smetnji jer se njihov uticaj reflektuje u promenama i stanju upravljane veličine. Negativna povratna veza i primenjeni regulator će stvoriti takve promene upraivljačkog signala koje će težiti da otklone sve negativne efekte prisutne smetnje. Ako se zatvoreni sistem posmatra u dinamičkom režimu rada stanje u pogledu otklanjanja smetnji nije više tako povoljno. Prolaz signala kroz dinamičke članove sistema zahteva određeno vreme. Delovanje smetnje se oseća u upravljanoj veličini s kašnjenjem. Za formiranje upravljačkog signala takođe je potrebno izvesno vreme. U nekim slučajevima zbog prisustva ovih kašnjenja u sistemu mogu nastati nepovoljne oscilacije, a u krajnjem slučaju ne može se čak ni uspostaviti novo ravnotežno (stacionarno) stanje. Povećavanje pojačanja regulatora s ciljem postizanja boljeg potiskivanja smetnji nije uvek moguće s obzirom na ograničenje u rezervi faze. Problem se može rešiti prelaskom s PID-algoritma na složenije uz uvođenje nelinearnih elemenata, dopunskih diferencijalnih članova, članova sa vremenski promenjivim parametrima itd.. U eri elektronskih i pneumatskih regulatora ovaj pristup je bio veoma skup, a često čak i neizvodljiv. Kod savremenih digitalnih realizacija algoritama upravljanja usložnjavanje algoritma upravljanja prelazi u domen izrade softverske podrške i ne predstavlja nikakvo ograničenje. Uprkos velikom broju. efikasnih rešenja, koje nudi teorija upravljanja, složeniji algoritmi se u industriji koriste u relativno malom obimu. Razloge za ovo treba tražiti u sledećem: Znanja projektantskog i operativnog osoblja uglavnom se vezuju za linearnu teoriju sistema automatskog upravljanja i PID regulatore. Složeniji algoritmi često zahtevaju dodatne informacije ili dodatna XIII / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
izvršna dejstva.Uvođenje novih davača signala i aktuatora pri tom značajno povečavaju cenu realizacije upravljanja. Od jednostavnijih realizacija usložnjavanja algoritma upravljanja najčešce se koriste: l. Predregulacija smetnje, 2. Kompenzacija smetnje i 3. Kaskadna regulacija. 3.1 Predregulacija smetnje Ideja predregulacije smetnje je veoma jednostavna. Ako je smetnja koja deluje na neki sistem neizbežna, a1i merljiva i upravljiva, tada će se primenom proporcionalnog regulatora izvršiti stabilizacija i brzo dovođenje smetnje u stacionarno stanje, slika 1. z(t)
+ P-regulator
yz(t)
+
u(t)
w
-
r
y(t)
Wob
Slika 1. Blok šema sistema sa predregulacijom smetnji 3.2. Kompenzacija smetnje Problem prisustva smetnji se može bitno olakšati ako se smetnje mugu bilo direktno bilo indirektno meriti na izlazu nekog člana čije je kašnjenje relativno malo. U ovom slučaju se pristupa modifikaciji upravljačke veličine na osnovi smetnje, ili se izvrši premošćavanje nekog člana odnosno primenjuje se neki od postupaka kompenzacije smetnje. Ukoliko je smetnja merljiva u osnovni regulacijski sistem uvodi se dodatni član koji modifikuje grešku regulacije. Struktura ovakvoga sistema je prikazana na slici 2. z(t)
W
k
+ yz(t)
+
+
W
u(t) r
W
+ ob1
W
y(t) ob2
-
Slika 2. Struktura jednokonturnog regulacionog sistema sa kompenzatorom smetnje XIII / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
Iz uslova invarijatnosti (neosetljivosti) sistema na smetnju:
Z( p) = Z( p)WK ( p)Wr ( p)Wob ( p) dobijamo izraz za sintezu kompenzatora u formi: Wk ( p ) = −
1 Wr ( p )Wob1 ( p )
Kod većine realnih industrijskih sistema prenosne funkcije Wob1(p) i Wr(p) su proporcionalni članovi s kašnjenjem. Na osnovi izraza sledi da je kompenzator u većini slučajeva diferencijalni član. Ako se smetnja ne može direktno meriti, ali postoji mogućnost da se njen uticaj meri iza nekog dinamičkog člana s relativno malim kašnjenjem tada se za kompenzaciju smetnje primenjuje struktura prikazana na slici 3. z(t)
+
yz(t) +
Wr
+
W1
W2
y(t)
W3
-
Wk
+
+
Slika 3. Kompenzacija smetnje putem pomoćnog signala regulisane veličine U ovome slučaju prenosna funkcija kompenzatora se bira tako da paralelna veza članova W3(p) i Wk (p) daje proporcionalni član s prenosnim faktorom člana W3(p) tj. određuje se prema izrazu: Wk ( p ) = K 3 − W3 ( p ) z(t)
yz(t)
+ +
w
u(t) +
W1
r
y(t)
+
W2 +
-
w
k
Slika 4. Kompenzacija smetnje putem pomoćnog signala upravljačke veličine XIII / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
U većini realnih industrijskih procesa kompenzator je u ovome stučaju diferencijalni član sa kašnjenjem. Principi invarijantnosti s pomoćnim signalom može se postići i s drugim strukturanta jedna od varijanti je prikazana na slici 4. Kompenzator se dimenzioniše u ovome slučaju prema izrazu:
WK ( p) = K1 − W1 ( p) Za razliku od prethodnog načina kompenzacije gde je preko kompenzacijskog člana uvedena pomoćna regulisana veličina ovde se uvodi pomoćna postavna (upravljačka) veličina kojom zaobilazimo deo procesa s velikim kašnjenjem čime se ubrzava regulaciono delovanje. I u ovome slučaju smanjuje se kašnjenje sistema. I u slučaju uvođenja pomoćne regulisane veličine, kao i kod uvođenja pomoćne upravljačke veličine efekt je u suštini isti jer dolazi do skraćenja puta regulacionih signala. Prednost uvođenja pomoćne regulisane veličine je u tome što je uvođenje još jednog mernog člana jeftinije od uvođenja izvršnog člana. Preduslov za ostvarenje jedne od izvedbi kompenzacija gde se uvodi pomoćna regulisana odosno upravljačka veličina je da se objekt regulacije odnosno proces na neki način može podeliti. 3.3. Kaskadna regulacija U slučaju da u objektu upravljanja postoji mogućnost merenja neke pomoćne koordinate koja se odaziva na smetnje s manjim kašnjenjem od regulisane veličine ili neki od delova sistema značajnije kvari uslove stabilnosti primenjuje se kaskadno upravljanje. Upravljanje u ovome slučaju ostvaruje se s dva regulatora i dve povratne veze. Unutrašnja ili sekundarna ima veću brzinu reakcije, a spoljašnja ili primarna ima manju brzinu reakcije. Blok šema upravljanja s kaskadnim regulatorom prikazana je na slici 5.
y z (t )
+
+
Regulator 2 -
Regulator 1
Objekat upravljanja
y (t )
-
Slika 5. Blok šema kaskadne regulacije Regulator 2 kontroliše upravljanu veličinu, ako nastaje odstupanje ne deluje na izvršni organ već na regulator 1 koji kontroliše pomoćnu koordinatu stanja. Veoma često za stabilan rad sistema unutrašnja regulacijska petlja ne bi ni bila potrebna. Ona se ipak primenjuje jer bitno popravlja uslove stabilnosti i kvalitet upravljanja. Kaskadna regulacija se u većini slučajeva primenjuje kada velike smetnje dolaze od izvršnog organa, a pomoćna koordinata se odaziva na ove smetnje s manjim kašnjenjem od upravljane veličine. Regulator 1 se često naziva i stabilizirajućim, a regulator 2 korekcionim. Podešavanje regulatora u kaskadnoj šemi je nešto složeniji zadatak. Ako se na primer koriste dva PI-regulatora tada se ima sistem s četiri stepena stobode. Analitičko razrešavanje ovoga problema je složeno i zahteva obimne računske radnje obrađene u teoriji optimalnih sistema. Čest je slučaj da se postupak podešavanja može obaviti i nezavisno za svaki od primenjenih regulatora prema sledećem postupku. XIII / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
1. Isključi se na kratko vreme stabilizirajući regulator 2. Korekcioni regulacijski krug postaje samostalan. Podesi se korekcioni regulator kao regulator koji deluje u jednokonturnoj regulacijskoj strukturi. Pri tome treba uzeti u obzir da on ostvaruje regulaciju u regulacionom krugu koji ima uglavnom prateći karakter. 2. S podešenim regulatorom 1 zatvori se povratna veza i podesi se regulator 2 uzimajući u obzir podređenu regulacijsku konturu kao sastavni deo objekta upravljanja. 4. Opis sistema Model sistema automatskog upravljanja sastoji se od proporcionalna člana prvog reda (PT1) koji čine objekt upravljanja, jednog diferencijalnog člana (DT) kao kompenzatora i tri regulatora (PI). Elemente zadate vrednosti čine tri potenciometra u sprezi sa preklopnicima kojima se zadaje skok zadatih vrednosti odnosno smetnji. Ovaj sklop omogućuje izvođenje nekoliko različitih koncepcija upravljanja između ostalog i kompenzaciju smetnji i kaskadnu regulaciju, uz primenu različitih metoda podešavanja regulatora (Ziegler-Nicholsova metoda, tehnički optimum, simetrični optimum i slično).
Regularori
Zadavanje Kr
Zadavanje TI
Zadata vrednost na ulazu
Zadavanje greske
Zadate vrednosti na ulazu PT-clanovi PI-clanovi
zadavanj TD i TK
Slika 6. Prednji izgled sistema automatskog upravljanja 4.1. PT1 članovi Prvi, drugi i treći PT1 član imaju respektivno prenosne karakteristike:
WPT 1 ( p ) =
4 ; 5s + 1 XIII / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
WPT 2 ( p) =
2.13 ; 20s + 1
WPT3 ( p) =
1 40s +1
KOMP. SMETNJI
Na slikama 7, 8 i 9 takođe respektivno prikazani su njihovi odzivi na skokovitu promenu ulaza:
Slika 7. Odziv PT1-člana (K1 = 4, TI = 5s) na skokovitu pomenu od 1V
Slika 8. Odziv PT1-člana (K2 = 2.13, T2 = 20s) na skokovitu promenu ulaza od 1V XIII / 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
Slika 9. Odziv PT1-člana (K3 = 1,T3 = 40s) na skokovitu promenu ulaza od 1V 4.2. Kompenzator Kompenzator je izveden kao diferencijalni član sa kašnjenjem prvog reda, sa prenosnom funkcijom:
Wk ( p ) =
TD Tk + 1
gde je TD diferencijalno vreme a Tk vremenska konstanta kašnjenja. Oba vremena posebno mogu se kontinualno menjati sa zato predviđenim potenciometrima u opsegu od 20 do 45 sekundi. Na slici 10 prikazan je odziv kompenzatora na skokovitu promenu ulaza.
Slika 10. Odziv kompenzatora na skokovitu promenu ulaza od 3V pri TD = 20s i TK = 20s XIII / 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
Ostali delovi sistema automatskog upravljanja, regulatori, sabirač i elementi za zadavanje referentnih vrednosti, opisani su u upustvu za izvođenje vežbe ”Podešavanje regulatora u jednokonturnom regulacionom krugu Ziegler-Nicholsovom metodom” pa ovde nisu ponovljeni. U tom upustvu takođe je opisan način merenja sa softverom Visual Designer-om i PC A/D karticom, te je takođe objašnjenje njihovog korišćenja suvišno. Napomenimo ipak da su svi elementi sistema izvedeni sa kapacitetima koji imaju paralelno vezane tastere, pomoću kojih se mogu brzo isprazniti da bi se merenje odziva sistema skratilo. Kapaciteti u regulatorima prazne se pri blokadi regulatora. 5. Izvođenje vežbe 5.1. Kompenzacija smetnji Vežba se izvodi za sistem sa kompenzacijom smetnji u kom se smetnja može direktno meriti i za sistem gde se kompenzacija izvodi putem pomoćnog signala regulisane i upravljačke veličine. U sva tri slučaja tok izvođenja vežbe je isti, odnosno sastoji se u sledećem: • • • • •
Regulacioni krug se spaja prema šemi (u prvom slučaju prema šemi sa slike 11, u drugom sa slike 12 i u trećem sa slike 13); Vremenske konstante i vrednosti napona zadate vrednosti i smetnje podesiti prema vrednostima na odgovarajućoj šemi; Prvo merimo odziv na skok zadate vrednosti i skok smetnje posle smirenja odziva na skok zadate vrednosti sistema bez kompenzacije; U cilju potvrde postupka kompenzacije ponavljamo prethodni postupak za sistem sa kompenzacijom; Vremenski odziv sistema snimamo na PC računaru.
Za sistem sa slike 11, na osnovi principa invarijantnosti sistema na smetnju (da kada je referentna veličina yz = 0, a deluje smetnja z, bude odziv y = 0) prenosna funkcija kompenzatora za ovaj sistem se odreduje prema:
Wk ( p ) =
TI p T p 1 = = D Wr ( p) K r (TI p + 1) TK p + 1
Vidi se da je kompenzator u ovom slučaju diferencijalni član s kašnjenjem prvoga reda. Na osnovi odziva uz primenu kompenzatora (c) vidi se da se uticaj smetnje (veće nadvišenje) u ovom slučaju se potpuno eliminiše (što proizilazi i iz principa invarijantnosti sistema na smetnju). Na slikama se jasno uočava efikasnost delovanja ovog kompenzatora. Postupkom kompenzacije smanjuju se kašnjenja u sistemu, čime se povećava rezerva stabilnosti. Vidi se da se uz odabrane parametre regulatora i proračunati kompenzator greška regulacije se brže otklanja odnosno vreme smirenja je kraće). Da bi se pojedini tipovi kompenzacije mogli ostvariti u nekom industrijskom procesu potrebna je mogućnost merenja veličine koja se uvodi preko kompenzatora. 5.2. Kaskadna regulacija: Vežba za sistem sa kaskadnom regulacijom izvodi se na isti prethodno opisan način pri čemu se koristi odgovarajuća šema veze (sa slike 14).
XIII / 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
Vd=1V
T D = T K = 40 s TD p TK p + 1 VI = 3
V +
-
+ ⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ K r ⎜⎜1 + T I p ⎠ ⎝
2.13 20 p + 1
+
1 40 p + 1
K r = 1, TI = 40 s
a)
b)
c) Slika 11. Odziv sistema kompenzacije smetnjisa direktnim merenjem na skokovitu promenu ulaza (Kr = 1,TI = 40s) a) Blok-dijagram sistema b) Odziv bez kompenzacije smetnje c) Odziv sa komenzacijom smetnje(TD = Tk = 40s). XIII / 9
V0
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
V d =1.5V
VI=3V
+
-
⎛ 1 ⎞ ⎟ K r ⎜⎜1 + TI p ⎟⎠ ⎝
+
+
2 .1 3 20 p + 1
1 40 p + 1
K r =0.5 T I =20s
T D =Tk =40s
TD p TK p + 1
+
a)
b)
c) Slika 12. Odziv sistema kompenzacije putem pomoćnog signala regulisane veličine na skokovitu promenu ulaza (Kr = 0.5, TI = 20s) a) Blok šema-sistema b) Odziv bez kompenzacije smetnje c) Odziv sa kompenzacijom smetnje(TD = Tk = 40s). XIII / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
KOMP. SMETNJI
Vd = 1.5V
VI = 3
+
-
⎛ 1 ⎞ ⎟ K r ⎜⎜1 + TI p ⎟⎠ ⎝
+
+
1 40 p + 1
Kr=1
+ +
2 . 13 20 p + 1
TI=60s
TD p TK p + 1
TD = TK = 40s
a)
b)
c) Slika 13. Odziv sistema kompenzacije putem pomoćnog signala upravljačke veličine na skokovitu promenu ulaza (Kr = 1,TI = 60s) a) Blok-šema sistema b) Odziv bez kompenzacije smetnji c) Odziv sa kompenzacijom smetnji XIII / 11
V0
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
VI = 3V +
-
⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ K r 2 ⎜⎜1 + ⎝ TI 2 p ⎠
Kr2 = 2 TI 2 = 20s
+
-
⎛ 1 ⎞ ⎟⎟ K r1 ⎜⎜1 + ⎝ TI 1 p ⎠
4 5 p + 1
KOMP. SMETNJI
2 . 13 20 p + 1
Kr = 0.5, TI 1 = 5s
a)
b) Slika 14. Odziv realnog sistema na skokovitu promenu pri kaskadnojregulaciji a) Blok-šema sistema b) Dijagram odziva (Kr1 = 0.5, TI1 = 5s, Kr2 =2, TI2 = 20s).
XIII / 12
V
0
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
XIV. vežba OSNOVNE PRIMENE PROGRAMABILNIH KONTROLERA ZA POZICIONIRANJE 1. Cilj laboratorijske vežbe: • • •
Upoznati se sa načinom funkcionisanja i primene ploče PLB 21 firme Omron. Odvežbati priložene primere projekata sa PLB 21. Odvežbati samostalno dodatno zadate primere projekata.
2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • •
Sistema sa koračnim motorom, pogonskom i upravljačkom opremom. Table sa PLC controlerom CPM1 sa pločom PLB 21.
3. Pozicioniranje koračnih motora primenom PLC-a Prilikom serijske proizvodnje istovetnih komada gde je potrebno postići izuzetnu ujednačenost dimenzija i oblika finalnog proizvoda, na numeričkim mašinama, potrebno je ostvariti izuzetnu kontrolu kretanja i vrlo precizno zaustavljanje. Ranije su se za tu svrhu koristili razni mehanički sistemi koji nisu bili u mogućnosti da ostvare preciznost bolju od 2-3 mm . Danas se to radi sa sistemima baziranim na upotrebi elektronskih kontrolisanih pogonskih servo motora i inkrementalnih davača za merenje pozicije. Precizna kontrola kretanja i pozicioniranja, može se postići i primenom koračnih motora kod pogona koji ne zahtevaju prevelike momente za kretanje. Ovi motori zajedno sa pripadajućim regulatorom (drajverom), odlikuju izuzetno preciznom kontrolom pokretanja i zaustavljanja kao i preciznom kontrolom brzine, tako da čak u većini primena, nije potrebno ni merenje položaja u povratnoj sprezi, za dostizanje potrebne tačnosti. Preciznost naravno zavisi i od mehaničkih karakterisitka sistema i njegovog mehaničkog kvaliteta. Pogon sa koračnim motorom zahvalan je za upravljanje sa PLC uređajima, koji mogu da služe za zadavanje pozicije i brzine u skladu sa ciklusom rada mašine. PLC ujedno može da služi i za prihvatatanje svih drugih ulaznih signala i izvršnih organa cele mašine. Zadavanje pozicije, brzine, kao i kontrola i praćenje svih parametara rada mašine, pri tome moguće je jednostavno rešiti ugradnjom programabilnog terminala povezanog sa PLC-om. 3.1. Pulsno ulazno/izlazna ploča CQM 1H – PLB 21 Rešenje pozicioniranja koračnog motora moguće je izvesti primenom pulsno ulazno/izlazna ploče PLB 21 . Ploča je predviđena za ugradnju u Inner Board modul PLC-a tipa CQM 1H firme Omron. PLB 21 se sastoji od dva pulsna ulaza i dva pulsna izlaza za upravljanje sa dva pogona odnosno dve ose. Funkcije ploče ilustrovane su slikom 1. Pulsni ulazi 1 i 2 u sebi sadrže brze brojače (high-speed counters). Pulsno I/O ploča ugrađuje se Inner Board modul . Inner Board modul sastoji se od dva slota. Slot 1 je levi slot, a slot 2 je desni slot. PLB 21 se ugrađuje obavezno u desni slot (slot 2), jer PLC samo u tom slučaju podržava (slika 2). XIV / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 1. Osnovna konfiguracija upravljanja sa PLB 21
Slika 2. Način ugradnje PLB 21 u inner board slot
XIV / 2
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
3.2. Priključci PLB 21 CQM 1H – PLB 21 Pulse I/O Board se priključuje preko dva porta (port 1, port 2). Port 1 je CN1 priključak, a port 2 je CN2 priključak. Na svakom od priključaka nalaze se po jedan pulsni ulaz i jedan pulsni izlaz.
Slika 3. Spoljni priključci PLB 21 Raspored priključaka na konektoru je isti i na priključku CN1 i na CN2.
PIN KONEKTOR
8 7 6 5 4 3 2 1
15 14 13 12 11 10 9
PIN BROJ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
IZVOD COM ulaz Pulsni ulaz Z 24V DC Ulaz sa enkodera A 24V DC Ulaz sa enkodera B 24V DC CCW pulsni izlaz CW pulsni izlaz 5V DC napajanje za izlaz 5V DC napajanje za izlaz Pulsni ulaz Z 12V DC Ulaz sa enkodera A 12V DC Ulaz sa enkodera B 12V DC COM izlaz CCW pulsni izlaz (1,6 kΩ) CW pulsni izlaz (1,6 kΩ) napajanje za izlaz
XIV / 3
Pulsni ulaz
Pulsni izlaz
Pulsni ulaz
Pulsni izlaz
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
3.3. Led indikacija NA PLB 21
Napajanje
RDY A1
A2
CW1
B1
B2
CCW1
Z1
Z2
CW2
ERR B
Greška
B
CCW2
Pulsni ulazi Slika 4. Raspored i značenje Led indikatora PLB 21 3.4. Povezivanje enkodera na ulaz PLB 21
Slika 5. Način povezivanja enkodera na ulaz PLB 21 XIV / 4
Pulsni izlazi
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
3.5. Povezivanje motor driver-a na izlaz PLB 21 -
Za napajanje 5V DC
Slika 6. Način povezivanja motor driver-a na izlaz PLB 21 za napajanje +5 V -
Za napajanje 24V DC
Slika 7. Način povezivanja motor driver-a na izlaz PLB 21 za napajanje +24 V
XIV / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
3.6. Realizacija prekidača P12 Zbog jednostavnijeg tehničkog rešenja, da bi razdvojili korišćenje tranzistorskog modula OD 212 i pulsno ulazno/izlazne ploče PLB 21 ugrađen je prekidač P12. Za tu realizaciju korišćen je dupli prekidač sa položajem 0-1, 0-2. Jedan deo prekidača P12 razdvaja OD 212 i PLB 21. Drugi deo se koristi kao uslovni kontakt na ulazu OCH (000.03), čiji se uslov koristi u realizaciji programa. +24 V STEP INPUT
5
X2/1 crna
braon
P12
0 2
1
0 2
1 siva
braon PLB 21
OD 212 30
31/1
X2/1
31/2
X2/1
X2/1
zelena
žuta 21
X1/2
6
14
X1/1
X1/1
100.10
OCH
000.03
Slika 8. Razdvajanje izlaza PLB 21 i digitalnih izlaza modula OD212 3.7. Obrtni enkoder U procesu upravljanja pomoću PLB 21 zadavanje impulsa na pulsnom ulazu 1 koristimo inkrementalni obrtni enkoder. ¾ OBRTNI ENKODER E6A2-CW5C Izlazna faza
Napon napajanja
Izlaz
A,B
12 – 24 V DC
NPN otvoren kolektor
XIV / 6
Rezolucija impuls rotacija 100,200,300 500
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
E6A2-CW5C 2.2 kΩ 2.2 kΩ plava 0V
braon +24 V
crna
bela A
B
17
18
ljubičasta
5
X2/1
6
1
2
X2/1
plava
3
4
X1/1
PLB 21 +24V
0V
4
U
3
L
2
A
1
Z
Slika 9. Priključak E6A2-CW5C na ulaz PLB 21 3.8. Razvijena šema upravljanja pomoću PLB 21
Na slici 10 na sledećoj strani data je razvijena čema upravljanja pomoću PLB 21. R1 – R5
Rad PLB 21 podržan je programskim funkcijama PULS i SPED. 4.1 SET PULSES- PULS(65)
Namena funkcije PULS(65) je podešavanje pulseva. Leder simboli
Oblast operativnih podataka
PULS(65)
@PULS(65)
P
P
C
C
N
N
P: Portni specifikator 001,002, ili 010 do 150 C: Kontrolni podatak 000 do 005 N: Broj pulseva IR,SR, AR, DM, EM, HR, LR
Ograničenja : Opis :
N i N+1 moraju biti u istoj oblasti podataka.DM 6143 do DM 665 se nemože koristiti. PULS(65) se može koristiti sa funkcijama koje su prikazane u sledećoj tabeli: Jedinica / Ploča Tranzistorska izlazna jedinica Pulsna I/O ploča
Funkcija Pulsni izlazi Pulsni izlazi 1 i 2
PULS(65) se koristi da bi se podesili parametri za pulsne izlaze koji počinju kasnije u programu, korišćenjem SPED(64) ili ACC(-). Parametri koji se mogu podesiti su brojevi pulseva koji će biti izlazi u nezavisnom režimu rada,kao i smer pulsnih izlaza. Zbog toga što PULS(65) ima relativno dugo vremensko izvršenje, kružno vreme se može redukovati koristeći izmenjene verzije (@PULS(65)) ovih instrukcija samo onda kada je to potrebno. Portni specifikator (P):
Port specifikator prikazuje lokaciju pulsnog izlaza. Parametri podešeni za C i N će se primeniti na SPED(64) ili ACC(-) instrukcije u kome je definisana ista lokacija portnog izlaza. Pulsno izlazna lokacija : P Izlazni bitovi 00 do 15 000 (pogledaj *) Port 1 001 Port 2 002 * Bit između 00 do 15 je izlaz, dok je kontaktni puls definisan operandom P u SPED(64).
XIV / 9
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Kontrolni podatak (C) :
POZICIONIRANJE
Kontrolni podatak se definiše sa merom pulsnog izlaza na portovima 1 i 2 i pokazuje da li su broj pulseva ili tačka usporenja definisani od N do N+3. Ovaj operand se treba podesiti na 000 kada je izlazni bit definisan u P (P = _ _ 0). C 000 001 002 003 004 005
Smer CW CCW CW CCW CW CCW
Broj pulseva Podešavanje na N i N+1 Podešavanje na N i N+1 Podešavanje na N i N+1 Podešavanje na N i N+1 Nisu podešeni Nisu podešeni
Tačka usporenja Nije podešena Nije podešena Podešavanje na N+2 i N+3 Podešavanje na N+2 i N+3 Nije podešena Nije podešena
Smer podešavanja vredi sve dok je program izvršenja zaustavljen ili dok se PULS(65) vrši ponovo. Broj pulseva (C=000 ili C=001)
Kada je C=000 ili C=001, N+1 i N sadrži osmocifraeni broj podešenih pulseva za nezavisni modni pulsni izlaz. N+1 i N može da bude od 0000 0001 do 1677 7215. Puslni izlaz koji počinje od SPED(64) ili ACC(-) će se zaustaviti automatski kada je ovaj broj pulseva izlazan. broj pulseva
Broj pulseva i tačka usporenja (C=002 i C=003)
4 leve cifre N+1
4 desne cifre N
Mogući opseg 0000 0001 do1677 7215
Kada je C=002 ili C=003, N sadrži 8-cifreni broj podešavajućih pulseva nezavisnog modnog pulsnog izlaza. N+1, N može da bude od 0000 0001 do 1677 7215 . Pulsni izlaz koji počinje sa ACC(-) će se zaustaviti automatski kada je ovaj broj pulseva izlazan. broj pulseva
4 leve cifre N+1
4 desne cifre N
Mogući opseg 0000 0001 do1677 7215
N+3, N+2 sadrži 8-cifren broj podešenih pulseva za tačku usporenja korištenu u ACC(-) modu 0. N+3, N+2 može biti od 0000 0001 do 1677 7215. Pulsni izlazi koji počinju ACC(-)-om će započeti usporenje kada je ovaj broj pulseva izlazan. 4 leve cifre 4 desne cifre Mogući opseg broj pulseva N+3 N+2 0000 0001 do1677 7215 Promena izlazne destinacije (C=004 ili C=005)
Kada je C=004 ili C=005, ni brojevi pulseva ni tačka usporenja nisu podešeni. Podesite N=000 kada je C=004 ili C=005. Koristite ova podešavanja da promenite izlaztnu destinaciju za kontinualni modni pulsni izlaz sa porta 1 ili porta 2. Broj pulseva podešenih da budu izlaz će se koristiti čak iako se SPED(64) koristi da se promeni pulsna frekvencija tokom operacije (broj pulseva se ne može menjati tokom operacije). Na primer : Ako je broj pulseva podešen 2,100 i frekvencija je promenjena od 1 kHz do 100 Hz, pulsni izlaz će se zaustaviti na : - 12 sec ako je pulsna frekvencija promenjena nakon 1sec na 1kHz - 3 sec ako je pulsna frekvencija promenjena nakon 2 sec na 1kHz. XIV / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Fleg
ER:
POZICIONIRANJE
Indirektno adresirana EM/DM reč je nepostojeća ( sadržaj *EM/DM* nije reč BCD, ili se EM/DM granica nije prekoračila. Granični podaci su prekoračeni. Postoji greška u instrukcijama za podešavanje. PULS(65) je izvršen kao prekidajući sporedni postupak, dok su ulazno/izlazne ili brzinske brojačke instrukcije izvršene u glavnom programu.
4.2. SPEED OUTPUT – SPED(64)
Namena funkcije SPED(64) je promena brzine (frekvencije) izlaza. Leder simboli
Oblast operativnih podataka
SPED(64)
@SPED(64)
P
P
M
M
F
F
P: Portni specifikator 001,002, ili 010 do 150 M: Izlazni mod 000 ili 001 F: Pulsna frekvencija IR,SR, AR, DM, EM, HR, LR, #
Ograničenja: Opis:
Portni specifikator (P) :
F mora da bude BCD, #0000 do #50000 kada je port naznačen, #0000 ili #0002 do #0100 kada je izlazni bit naznačen. DM 6144 do DM 6655 se ne može koristiti za F. SPED(64) se može koristiti sa funkcijama datim u sledećoj tabeli : Jedinica / Ploča Funkcija Tranzistorska izlazna jedinica Pulsni izlazi Pulsna I/O ploča Pulsni izlazi 1 i 2 SPED(64) se koristi da podesi, promeni ili zaustavi pulsni izlaz sa definisanog porta ili izlaznog bita. Kada je stanje izvršenja OFF, SPED(64) se ne može koristiti. Kada je stanje izvršenja ON, SPED(64) podešava pulsnu frekvenciju F za port ili izlazni bit koji je definisan sa P. M ograničava izlazni mod. Budući da SPED(64) ima relativno dugo vreme za izvršavanje, kružno vreme se može redukovati korišćenjem različite verzije (@SPED(64)) ovih instrukcija samo onda kada je to potrebno. Portni specifikator definiše port ili izlazni bit svuda gde će puls biti izlaz. P 001 002 000 do 150
Lokacija pulsnog izlaza Port 1 Port 2 Izlazni bitovi IR 10000 do IR 10015 Prve dve cifre od P definišu koji bit od IR 100 je izlazni bit, a treća cifra od P je uvek nameštena na 0. Na primer : P = 000 definiše IR 10000, P = 010 definiše IR 10001, i P = 150 definiše bit od IR 10015
XIV / 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Izlazni mod (M) :
POZICIONIRANJE
Vrednost od M utvrđuje izlazni mod M 000
001 002 003
Izlazni mod Nezavisni mod, frekvencija podešavanja u jedinicama od 10 Hz. Kontinualni mod frekvencija podešavanja u jedinicama od 10 Hz. Nezavisni mod, frekvencija podešavanja i jedinicama od 1 Hz. (vidi *) Kontinualni mod, frekvencija podešavanja u jedinicama do 1 Hz. (vidi *)
* Podešavanja od 002 do 003 se mogu definisati samo u portovima 1 i 2 pulsne ulazno/izlazne ploče (P = 001 ili P = 002). U nezavisnom modu, pulsni izlaz se nastavlja sve dok se jedna od sledećih stvari ne dogodi : 1. dok se ne dostigne broj pulseva koji je definisan sa PULS(65). (Izvršite PULS(65) pre SPED(64) kada definišete nezavisni mod) 2. INI(61) se izvršava sa C=003. 3. SPED(64) se opet izvršava sa izlaznom frekvencijom F koja je podešena na 000. Izlazak pulseva u nezavisnom modu se postiže tako da se unapred definiše broj pulseva u SPED(64). Kada se izlazi iz porta 1 i 2 definišite takođe i smer (CW ili CCW). U nezavisnom modu broj pulseva koji su bili izlazi prema portu 1 i 2 sadrže u sebi IR 236 i IR 237 (port 1) i IR 238 i IR 239 (port 2). Port 1 pulsni izlaz PV
4 leve cifre IR 237
4 desne cifre IR 236
Port 2 pulsni izlaz PV
IR 239
IR 238
U neprekidnom modu pulsevi će biti izlazi sve dok se INI(61) instrukcije izvršavaju sa C=003 ili se SPED(64) izvršava ponovo sa F=0000. Ako smer (CW ili CCW) nije definisan sa izlaskom iz porta 1 ili 2 pulsevi će biti CW. Pulsna frekvencija (F) :
Vrednost F podešava pulsnu frekvenciju kao što je prikazano dole u tabeli. Podešavanje F na 0000 će zaustaviti pulsni izlaz na definisane lokacije. Izlaz
Jedinice
Izlazni bitovi
10 Hz
Port 1 ili 2
10 Hz 1 Hz
XIV / 12
Moguće vrednosti F 0000 (zaustavlja izlaz) ili 0002 do 0100 (20 Hz do 1 kHz) 0000 (zaustavlja izlaz) ili 0001 do 5000 (10 Hz do 50 kHz) 0000 (zaustavlja izlaz) ili 0010 do 9999 (10 Hz do 9,999 Hz)
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Mere opreza pri pulsnom izlazu :
POZICIONIRANJE
Izlazna pulsna frekvencija od CQM1H-PLB21 pulsne ulazno/izlazne ploče je generisan razdvajanjem 500 kHz baznim vremenom pulsa kao celebrojnom vrednosti, koja dovodi do razlike podešene frekvencije i trenutne frekvencije. Pogledajte sledeću jednačinu za izračunavanje trenutne frekvencije. Podešena frekvencija : izlazna frekvencija je podešena u korisničkim instrukcijama. Podeljena jedinica : celoborjno podešavanje u podeljenom krugu generiše izlazni puls podešene frekvencije. Trenutna frekvencija : izlazna pulsna frekvencija ustvari izlazi iz podeljenog kruga. Podeljena jedinica je podešena na osnovu frekvencijskog podešavanja korisnika
INT : Funkcija za izvršavanje celobrojne vrednosti INT (500/Podešena frekvencija) : podeljena jedinica Razlika između podešene frekvencije i trenutne frekvencije postaje veća sa rastom frekvencije. Oprez :
Fleg
ER :
Pulsni izlaz se ne može koristiti kada radi intervalni tajmer 0. Kada je pulsni izlaz sa frekvencijom od 500 Hz ili većom, izlaz iz izlaznog bita podesite prekid za TIMH(15) TIM/CNT brojeve ooo do 003 tako da podesite #0104 u DM 6629 u PC Setup. Samo jedan po jedan izlazni bit može imati pulsni izlaz. Pulsni izlaz se može zaustaviti samo onda kada pulsevi trenutno ne predstavljaju izlaz. Pulsni izlazni fleg (AR 0515 ili AR 0615) se može koristiti da proveri status pulsnog izlaza. SPED(64) se izvršava dok radi intervalni tajmer 0. Indirektno adresirana EM/DM reč ne postoji (sadržaj *EM/DM reč nije BCD, ili EM/DM granica nije pređena). Postoji greška u instrukcijskim podešavanjima. SPED(64) se izvršava u prekidnom potprogramu dok se ulazno/izlazni puls ili brzinske brojačke instrukcije izvršavaju u glavnom programu.
XIV / 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
5. Opis radnog pulta sa PLC-om
Slika 11. Izgled pulta sa PLC-om
Upravljanje je realizovano sa OMRON-ovim PLC-om CQM1H-CPU51. CQM1H programabilni logički kontroler korišćen za ovu vežbu sadrži : jedinicu za napajanje S82K-24 V DC 2.1 A, 1. jedinicu za napajanje CPU PA 216, 2. centralno-procesorsku jedinicu CPU51 sa jedinicom za komunikaciju, 3. jedan ulazni digitalni modul sa 16 digitalnih ulaza OCH, 4. jedan izlazni digitalni tranzistorski modul sa 16 digitalnih izlaza OD 212, 5. specijalni modul PLB21, 6. jedan ulazni analogni modul sa 4 analogna ulaza (strujna ili naponska) AD 042. 7. Svi izvodi sa PLC-a su povezani sa priključnim klemnama (rednim stezaljkama) na panelu odakle je ostvarena komunikacija sa platformom na kojoj se nalazi objekat upravljanja.
H8GN
S82K
PA 216
CPU 51
PLB OD AD OCH 21 212 42
Slika 12. Raspored modula na pultu
XIV / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
5.1. Digitalni ulazni modul OCH
X1/1
0V
24 V Slika 13. Raspored povezivanja priključaka sa modula OCH na redne stezaljke
XIV / 15
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
X 1/1
POZICIONIRANJE
X 2/1
OCH 14
IR 000.00
11
IR 000.01
12
IR 000.02
13
IR 000.03
14
31/2
IR 000.04
15
H8GN
IR 000.05
16
IR 000.06
17
IR 000.07
18
20
granični prekidač 1
IR 000.08
19
21
kapacitivni senzor
IR 000.09
20
22
induktivni senzor
IR 000.10
21
23
opto senzor
IR 000.11
22
24
granični prekidač 2
IR 000.12
23
IR 000.13
24
IR 000.14
25
IR 000.15
26
nužni stop
uslov P12 (PLB 21)
Slika 14.: Veza između modula OCH i ulaza sa objekta upravljanja
XIV / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
5.2. Digitalni izlazi modul OD 212
X1/2
24 V
0V
Slika 15. Raspored povezivanja priključaka sa modula OD 212 na redne stezaljke
XIV / 17
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
X 1/2
POZICIONIRANJE
X 2/1
OD 212
IR 000.00
11
IR 000.01
12
IR 000.02
13
IR 000.03
14
IR 000.04
15
IR 000.05
16
IR 000.06
17
IR 000.07
18
IR 000.08
19
IR 000.09
20
IR 000.10
21
IR 000.11
22
IR 000.12
23
IR 000.13
24
IR 000.14
25
IR 000.15
26
H8GN
(reset)
26
OUTPUT ENABLE (plava)
27
DIRECTION (bela)
28
HALF/STEP (žuta)
29
ONE PHASE (zelena)
30
STEP INPUT (braon)
Slika16. Veza između modula OD 212 i izlaza sa objekta upravljanja
XIV / 18
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
5.3. Pulsni ulazi / izlazi PLB 21
PLB 21 1 2 3 4 12 6 14 RX = 330 Ω
15
X1/1
1
2
3
4
5
6
7
8
Slika17. Raspored povezivanja priključaka sa modula PLB 21 na redne stezaljke
Veza između modula PLB 21 i rednih stezaljki je izvedena preko 8-mo žilnog kabla i standardnog 15-to pinskog konektora.
XIV / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA 5.4. Platforma sa objektom upravljanja
Slika18. Izgled platforme sa objektom upravljanja
1. Asinhroni motor 2. Redne stezaljke sa ulazima/izlazima prema PLC-u 3. STEP motor 4. Elektronika za upravljanje STEP motorom 5. Frekventni pretvarač 6. Glavni prekidač (za pogonski deo) 7. Nužni stop 8. Komandna tabla pogona 9. Tahogenerator 10. Enkoder 11. Hall-ova sonda 12. Cilindar 13. Kapacitivni senzor 14. Induktivni senzor 15. Optički senzor
XIV / 20
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
1
2
3
4
5
6
7
8
25 26 27 28 29 30 31
9
31/1 31/2
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
32 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
5.5. Raspored rednih stezaljki X2/1 na modelu objekta upravljanja
Slika19. Raspored stezaljki X2/1 na modelu objekta upravljanja
XIV / 21
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
25. +24 V (PLC) 26. OUTPUT ENABLE (plava) 27. DIRECTION (bela) 28. HALF-STEP (žuta) 29. ONE-PHASE (zelena) 30. STEP INPUT (braon) 31. 0 V (crna) 31/1.signal sa PLB 21 (žuta/bela) 31/2.uslovni kontakt P12 (zelena/siva) 32. S1 (START) 33. S2 (multifunkcionalni ulaz) 34. S3 (multifunkcionalni ulaz) 35. S4 (multifunkcionalni ulaz) 36. S5 (multifunkcionalni ulaz) 37. SC (zajednička tačka) 38. FS (analogni signal) 39. FR (analogni signal) 40. FC (analogni signal) 41. AM (analogni monitoring izlaz) 42. AC (analogni monitoring izlaz) 43. MA (multifunkcionalni izlaz) 44. MB (multifunkcionalni izlaz) 45. MC (multifunkcionalni izlaz)
1. L (faza) 2. N (nula) 3. PE (masa) 4. +24 V (PLC) 5. +24 V (PLC) 6. 0 V (PLC) 7. 0 V (PLC) 8. pomoćni uslov 9. pomoćni uslov 10. start / stop 11. start / stop 12. ručni / automatski 13. ručni / automatski 14. nužni stop 15. tahogenerator (0 V) 16. tahogenerator (+UT) 17. enkoder (A izlaz) 18. enkoder (B izlaz) 19. Hall-ova sonda 20. granični prekidač 1 (GP1) 21. kapacitivni senzor 22. induktivni senzor 23. fotoelektrični senzor 24. granični prekidač 2 (GP2)
5.6. Raspored rednih stezaljki X2/2 na modelu objekta upravljanja
1
2
3
4
5
6
Slika19. Raspored stezaljki X2/2 na modelu objekta upravljanja
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
L (faza) N (nula) PE (masa) STEP motor STEP motor Asinhroni motor Asinhroni motor
XIV / 22
7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
6. Primeri 6.1. Primer broj 1 ZADATAK : Izvršiti pokretanje STEP motora koji se nalazi na objektu upravljanja (slika 18), preko ploče PLB 21, uz korišćenje specijalne instrukcije SPED(64). Brzinu podesti preko SPED(64) tako da frekvencija bude 500 Hz. NAPOMENA : Cilj ovog primera je da se prikaže korišćenje specijalne instrukcije SPED(64), gde se promenom parametra F može menjati i brzina STEP motora.
Tablica simbola:
Lestvičasti dijagram:
XIV / 23
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
6.2. Primer broj 2 ZADATAK : Za objekat upravljanja (slika 18), gde se nalazi STEP motor sa pripadajućom elektronikom, granični prekidači, induktivni, kapcitivni i opto senzor dati programsko rešenje za rad preko ploče PLB 21, tako da se prikaže promena brzine STEP motora uz korišćenje specijalne instrukcije SPED(64).
Tablica simbola:
XIV / 24
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Lestvičasti dijagram:
XIV / 25
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 26
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 27
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 28
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
6.3. Primer broj 3 ZADATAK : Uz pomoć specijalnih instrukcija SPED(64) i PULS(65), izvršiti pokretanje i zaustavljanje STEP motora sa objekta upravljanja (slika 18) preko ploče PLB 21. Pozicija zaustavljanja STEP motora neka bude nakon tačno jednog njegovog okreta. NAPOMENA : Na pogonskoj osovini koju pokreće STEP motor nalazi se uglomer (360°). Pre startovanja programa treba podesiti kazaljku uglomera na 0°. Zadavanjem broja impulsa u programu izvršiti tačno jedan okret STEP motora.
Tablica simbola: Ista kao u primeru broj 1.
XIV / 29
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Lestvičasti dijagram:
XIV / 30
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
6.4. Primer broj 4 ZADATAK : Za objekat upravljanja (slika 18), gde se nalazi STEP motor sa pripadajućom elektronikom dati programsko rešenje za rad preko ploče PLB 21 uz pomoć specijalnih instrukcija SPED(64) i PULS(65), tako da se prikaže pozicioniranjeSTEP motora nakon tačno jednog okreta motora.
Tablica simbola: Ista kao u primeru broj 2. Lestvičasti dijagram:
XIV / 31
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 32
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 33
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 34
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 35
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
POZICIONIRANJE
6.5. Primer broj 5 ZADATAK : Dati programsko rešenje za objekat upravljanja (slika 18) za rad preko ploče PLB 21, gde se na ulazu nalazi priključen enkoder tako da se izvrši pozicioniranje STEP motora za tačno jedan okretaj. NAPOMENA : Ovaj primer pokazuje da se preko ploče PLB 21 može tačno pozicionirati i da nakon nekoliko ciklusa nema greške.
Tablica simbola: Ista kao u primeru broj 1. Lestvičasti dijagram:
XIV / 36
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 37
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XIV / 38
POZICIONIRANJE
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
XV. vežba OSNOVI PRIMENE PROGRAMABILNIH TERMINALA 1. Cilj laboratorijske vežbe: • Upoznati se sa načinom funkcionisanja i primene programabilnog terminala “NT11S” firme “Omron”. • Upoznati se sa softverskim paketom za programiranje programibilnih terminala “NTseries Support Tool”. • Odvežbati priloženi primer upravljanja primenom programabilnog terminala “NT11S”. 2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • PC računar Pentium I sa istaliranim softverom NT-series Support Tool. • Tabla sa programabilnim terminalom NT11S. 3. Uvod Nakon programiranja PLC kontrolera i prelazak u RUN režim rada u mnogim slučajevima više nije potreban monitoring sa PC računarom u daljem radu. U ovim slučajevima se monitoring obavlja sa programabilnim terminalom. Uz pomoć terminala prati se dalji rad PLC kontrolera, proverava se stanje ulaza i izlaza, unose podaci u kontroler, isčitavaju se podaci iz njega a sem toga podaci se vizualno prikazuju. Programabilni terminal NT11S firme Omron je samostalna mikrokontrolerska programabilna jedinicu u sistemu upravljanja sa LCD ekranom, tasterima za upravljanje i komunikacionim portovima (RS-232C, RS-422A printer port). Terminal sadrži ugrađeni Flash RAM memoriju, koja ne zahteva napajanje (dodatne baterije). Za komunikaciju sa PLC kontrolerom koristi Host Link ili NT Link standard. Za programiranje programabilnog terminala koristi se PC računar sa softverskim paketom NT-series Support Tool.
Slika 1. Programabilni terminal NT11S
XV / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
NT11S je, što se dimenzije tiče, najmanji je u Omronovoj NT seriji ( 218mm x 113mm x 31 mm). Efektivna veličina ekrana je 100 mm (160 tačke) x 40 mm (64 tačke), sa uglom vidljivosti od 35 stepeni. Očekivani radni vek uređaja je minimum 50.000 sati (sa garancijom od 30.000 sati). Životni vek tastera (kojih ukupno ima 22) je 1.000.000 uključenja / isključenja. 4. Instaliranje sistemskog programa programabilnog terminala
Slika 2. Povezivanje PC računara i programabilnog terminala NT11S PC računar i programabilni terminal NT11S povezuje se preko RS-232C porta uz pomoć odgovarajućeg kabla. Nakon povezivanja terminala sa računarom priključujemo napajanje terminala. Na displeju dobijamo sledeću poruku:
System Program Isn’t installed. Press ENTER key To start install.
Ako u memoriji terminala nije postavljen sistemski program treba ga upisati sa alatkom: NTseries System Installer, koja se nalazi na ekranu kao prečica.
Slika 3. Prečica za NT-series System Installer Duplim klikom na ovu ikonu otvara se sledeći prozor. XV / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 4. Određivanje parametara programabilnog terminala Pre podešavanja parametara potrebno je pritisnuti ENTER na terminalu. Nakon podešavanja klikom na taster GO dobijamo sledeću poruku na ekranu programabilnog terminala:
INSTALL MODE 1.3
Pritiskom na taster ENTER program nam javlja da je u toku prenos podataka:
INSTALL MODE 1.3 downloading...
Takođe i na monitoru računara dobijamo poruku da se odvija prebacivanje (downloading ) podataka:
XV / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 5. Prenos sistemskog programa u terminal Na kraju dobijamo informaciju da je postupak uspešno obavljen:
Downloading is complited. Pres any key to run
Slika 6. Završena instalacija sistemskog programa programabilnog terminala XV / 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
4.1. Brisanje sistemskog programa Ako u nekom slučaju sami želimo da menjamo sistemski program, to možemo uraditi ako DIP prekidač SW2-6, sa unutrašnje strane terminala, postavimo u položaj ON.
DIP SW2
Slika 7. Unutrašnja strana programabilnog terminala NT11S Nakon što dovedemo napajanje dobijamo sledeću poruku na ekranu terminala.
Erase system program Are you sure?
Erasing...
( Yes:F3+F4 , No:ENT ) Slika 8. Brisanje sistemskog programa terminal treba potvrditi sa pritiskom na tastere F3+F4 Nakon brisanja potrebno je vratiti DIP prekidač SW2-6 u OFF položaj i resetovati terminal sa tasterom pored SW2.
Erasing is complited Set DIP-SW2-6 to off and press reset - SW
XV / 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Naravno sada treba ponoviti prethodni postupak instaliranja novog sistemskog programa opisan na početku. Na kraju treba spomenuti da kad se to uradi treba ući u meni i proveriti PT adrese. U ovom slučaju Control Area je DM0400 a Notify Area u DM0800 (pogledati originalni priručnik NT11s Programmable Terminal : OPERATION MANUAL). 5. Softverski paket NT-series Support Tool Softverski paket NT-series Support Tool poziva se preko prečice na ekranu.
Duplim klikom na ovu ikonicu startujemo program i otvara nam se sledeći prozor:
Slika 9. Prvi prozor nakon pokretanja programa Biramo opciju “novi projekat” (NEW) na paleti sa alatima. Kad smo to uradili program nam otvara PT Configuration prozor gde podešavamo model terminala kojeg koristimo (PT Type). Zatim podešavamo System i Control/Notify Area na način prikazan na sledećim slikama. XV / 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 10. Podešavanje modela programabilnog terminala
Slika 11. Dijalog box za podešavanje terminala - System XV / 7
PLC I TERMINALI
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 12. Dijalog box za podešavanje terminala - Control/Notify Area Pritiskajući set i direktno upisujući adresu (Address) ubacujemo vrednosti koje se nalaze u programibilnom terminalu. Za programabilni terminal NT11S Control Area je DM 0400, a Notify Area je DM 0800.
Slika 13. Dijalog box za podešavanje adresa – PLC Address Posle ovih podešavanja pojavljuje se prozor projekta, prikazan na sledećoj slici. U folderu projekta nalaze se dva foldera: Screen (za standarne ekrane, lozinku i meni ekrane) i Table (za “štampanje” ekrana tj. opcija koja dozvoljava da se štampaju dnevni izveštaji, gde spada vreme displeja, redni broj ekrana, komentari koji su zadati u softveru za NT11S).
XV / 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 14. Izgled prozora projekta Sledeći prozor koji se pojavljulje je prozor standarnog ekrana (Standard Screen) za rad.
Slika 15. Izgled standardnog ekrana XV / 9
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Sledeći korak je podešavanje ekrana. Desnim klikom na ikonicu prvog ekrana koja se nalazi u folderu Screen/1-250 izaberemo Properties…
Slika 16. Ekran za izbor osobina U dijalog box-u koji se pojavljuje možemo promeniti redosled broja ekrana (Screen No:), podesiti pomoćne tačke za crtanje (Grid…) ili upisati komentar (Comment:).
Slika 17. Podešavanje osobina standarnog ekrana XV / 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
5.1. Kreiranje novog ekrana Za kreiranje novih ekrana koristi se komanda New u opciji Screen.
Slika 18. Prozor za kreiranje novog ekrana Tada dobijamo mogućnost da izaberemo vrstu ekrana koju ćemo da koristimo.
Slika 19. Izbor vrste ekrana 5.1.1. Ekran za lozinku (Password Screen) Ako smo izabrali opciju Password Screen pajavljuje nam se novi prozor u kome treba zadati osnovne parametre ekrana. (redni broj ekrana i komentar).
Slika 20. Ekran za lozinku XV / 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Tada se u folderu 1-250 dobija još jedna ikonica i otvara nam se sledeći prozor.
Slika 21. Ekran za unos lozinke Lozinku možemo menjati u meniju za izmenu osobina (Properties – Password No:). U njemu možemo da podesimo koji će se ekran prikazati nakon ispravno upisane lozinke (Switch To Screen:).
Slika 22. Ekran za unos parametara lozinke XV / 12
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
5.1.2. Meni ekran (Menu Screen) I u ovom slučaju prvi korak je određivanje rednog broja ekrana i komentara. Nakon toga nam se pojavljuje potpuno prazan meni ekran.
Slika 22. Prazan meni ekran Sledeći korak je podešavanje osobina meni ekrana. U opciji meni možemo izabrati na koji ekran ćemo skočiti kada pritisnemo određeni taster na terminalu.
Slika 23. Izbor skoka na ekran XV / 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
5.2. Memorijske tabele Memorijske tabele služe za povezivanje promenljivih terminala NT11s sa promenljivima iz PLC-a, odnosno preko odgovarajućih tabela omogućavamo međusobno povezivanje adresa terminala i kontrolera .
Slika 24. Vrste memorijskih tabela Preko prve memorijske tabele "F-Key Input Notify Table", mogu povezuju se funkcijski tastera terminala, što obezbeđuje njihovo korišćenje, odnosno može se podesiti da svaki taster ima svoju adresu u PLC-u.
Slika 25. Tabela funkcionalnih tastera
XV / 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Sledeća tabela "IO comment Table" je za ulazno/izlazne ”komentare”. Uglavnom u ovoj tabeli se vide i definišu svi bitovi koje se koriste i međusobno razmenjuju između terminala i kontrolera. Naravno u njoj se mogu upisati ili obrisati željene adrese.
Slika 26. Tabela U/I podataka Sledeća tabela je "Mark Table" koji sadrži znakove koji se koriste kod crtanja ekrana.
Slika 27. Tabela znakova XV / 15
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Crtanje znakova se vrši pomoću posebnog editora "Tools/Mark Editor".
Slika 28. Tabela editora znakova Numerička tabela (Numeral Table) nam daje mogućnost za unošenje vrednosti na ekran terminala (a sa time i u neku memorijsku lokaciju u kontroleru ako se ta lokacija koristi u programu). Mogu se koristiti 128 polja tabela ( 0 – 127 ). Od toga 8 polja može biti registrovano istovremeno na displeju terminala.
Slika 29. Numeral Table (donji klizač skroz levo) XV / 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 30. Numeral Table (donji klizač skroz desno ) Primer: Iz memorijske lokacije iščitava vrednost broja obrtaja veličine 2 reči sa adrese DM0020 na PLC-u.
Slika 31. Primer korišćenja tabele Numeral Table za izčitavanje broja obrtaja
XV / 17
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Tabela "String Table" namenjena je za skladištenje karakternih, simbolnih, alfa numeričkih (charracter) podataka. Moguće je koristiti od 0-127 polja (odnosno 128) “string tabli” u 8 pozicija na ekranu. Kad se kreira tabela i stavi neko karakterno polje na nekoj poziciji na displeju u vezu sa nekim uslovom iz kontrolera, ono će se pojaviti na displeju ako se taj uslov ostvari.
Slika 32. String Table(donji klizač skroz levo)
Slika 33. String Table (donji klizač skroz desno ) XV / 18
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
5.3. Korišćenje objekata za crtanje kod NT11s Imamo više mogućnosti za crtanje kod NT11s-a : •
Način korišćenja najlakše se objašnjava na primerima. . 6. Primeri programiranja programabilnog terminala 6. 1. Zadavanje vrednosti na analognom izlazu - zadatak 1: Realizovati lestvičast dijagram koji će vršiti upravljanje vrednošću analognog izlaza u skladu sa sledećim pravilima: • Pomoću dva tastera (plus F1,minus F2) na programabilnom terminalu NT11S povećava se ili smanjuje analogni izlaz za određenu vrednost. • Preko tastera F3 pokazuje se analogna izlazna vrednost na terminalu. • Opseg izlaznog signala je 0 do 20 [mA]. • Vrednost izlaznog signala na početku rada programa treba da je 10[mA]. • Program napraviti tako da signal nikada ne prekorači granice opsega. 6.1.1. MINUS PLUS ekran Kao što smo objasnili u prethodnom poglavlju, za početak treba pokrenuti softverski paket NT-Series Support Tool i kliknuti na ikonicu za otvaranje novog dokumenta. Kada smo izvršili sva podešavanja dobijamo novi ekran na kojem počinjemo izradu zadatka.
Slika 34. Dijalog box za pisanje teksta na ekran XV / 19
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
U paleti sa alatima aktiviramo prečicu za TEXT . Duplim klikom na ekran pojavljuje se dijalog box za pisanje teksta na ekran, kao na prethodnoj slici. Ovde možemo upisati željini tekst (Description), odrediti poziciju teksta na ekranu (Position), podešavati vrstu slova (Font Type), veličinu slova (Scale) i osobenost teksta (Attribute). U našem slučaju podešavanja izgledaju na sledeći način.
Slika 35. Podešavanja osobina teksta u ekrana Nakon ovih podešavanja kao rezultat dobijamo sledeći ekran.
Slika 36. Izgled ekrana nakon podešavanja osobina teksta Na isti način upisujemo i preostali deo teksta na ekran. Kada to uradimo prvi ekran bi trebao od prilike da izgleda ovako. XV / 20
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 37. Izgled gotovog ekrana PLUS MINUS 6.1.2. Ekran IZLAZ Na sličan način pravimo i ostale ekrane potrebne za izradu ovog primera.
Slika 38. Izbor novog ekrana IZLAZ Ako nam treba ulaz brojčanih podataka, prevučemo ga na ekran i kliknem dva puta levim tasterom. Posle običnog podešavanja u osnovnom, glavno (General) prelazim na podešavanje (Setings): XV / 21
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 38. Prevlačenje analogne vrednosti u ekran IZLAZ Sada ovde postoje više opcija i to u vezi: • Biranje memorijske lokacije (Table entry), • Tip ekrana (Display Type), • Oblik , raspored (Format), • Prigušiti, ukinuti nulu (Zero Suppresion), • Znak ekrana (Display Sign),
Slika 39. Ekran posle uključenja numeričkog displeja
XV / 22
PLC I TERMINALI
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Treba napomenuti da ove mogućnosti upisivanja, čitanja numeričkih i simbolnih karaktera možemo uraditi u standardnom i ekranu za štampanje. U meniju i lozinki možemo koristiti samo TEXT opciju, a opcija za ispisivanje podataka grafičkim putem omogućena je samo u standardnom ekranu. Ovaj postupak je uglavnom isti i za čitanje iz memorijskih lokacija .Što se i koristi u ovom primeru. Kada napravimo novi standardni ekran pomocu ikonice uključimo numerički displey. Kojeg kada prevučemo na ekran dobijamo rezultat kao na prethodnoj slici. I kliknemo dva puta levim klikom dobijamo sledeci ekran.Gde imamo ista podešavanja kao i kod numeričkog ulaza.
Slika 40. Podešavanja u numeričkom displeju
XV / 23
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Ulazimo u tabelu:
Slika 41. Ulaz u numeričku tabelu I preko Set podešavamo našu vrednost:
Slika 42. Povezivanje podatka numeričke tabele
XV / 24
PLC I TERMINALI
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Na kraju ispunjena tabela izgleda ovako:
Slika 43. Izgled popunjene numeričke tabele Izlaskom iz nje (Close) vraća se u meni za podešavanje (u ovom primeru podešen je prikaz ekranu od 4 numerička karaktera sa 2 decimalna mesta):
Slika 44. Podešavanje prikaza numeričkog podatka Krajnji izgled ekrana prikazan je na sledećoj slici.
XV / 25
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 45. Krajnji izgled ekrana za prikaz numeričkog podatka Rešenje postavljenog zadatka može biti različito, kako za dva opisana primera kao i za sve ostalo (uvek ima nekoliko različitih pravaca = putanja), tako je u ovom primeru više korišćeno PLC programiranje da bi se dovršio zadatak. Neko drugo rešenje bi bilo: korišćenje meni ekrana, ili korišćenje simbolnih ekrana, i slično... 6.1.3. Podešavanje funkcijskih tastera
Slika 46. Podešavanje funkcijskih tastera
XV / 26
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Kada smo završili izgled ekrana treba omogućiti korišćenje funkcijskih tastera. Ulazimo u tabelu i podešavamo vrednosti za funkcijske tastere prema tabeli i prethodnoj slici: No. u F-Key 0 1 2 3
Funkcijski tasteri na PT-u F1 F2 F3 F4
Pri tome koristimo PLC adrese za pozivanje sa programibilnog terminala iz ulazno/izlaznih (I/U ) memorijskih lokacija. Na kraju treba prebaciti ekrane i podešavanje u PT. Opis prebacivanja dat je posebno u okviru poglavlja 7. 6.1.4. Lestvičasti dijagram Način pisanja lestvičastog dijagrama, ovde nije opisan pošto je on obrađen u ranijim vežbanjima. Navedimo samo specifičnosti koje se odnose na poziv pojedinih ekrana iz PLC programa. Ekrani se upisuju upisom njihovog rednog broja 1 i 2 u memorijsko područje Control Area DM400. Tako da u prvom skenu treba pozvati početni ekran, u našem primeru 1 upisivanjem jedinice u DM400 (vidi 0 red na slici 47). Tabela simbola je:
Lestvičasti dijagram dat je na sledećim slikama:
Slika 47. Lestvičasti dijagram zadatka iz primera 1 XV / 27
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 48. Nastavak lestvičastog dijagrama zadatka iz primera 1 XV / 28
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 49. Nastavak lestvičastog dijagrama zadatka iz primera 1 6.2. Upravljanje asinhronim motorom - zadatak 2 Izvesti pokretanje asinhronog motora u levo i desno i zaustavljanje preko terminala NT11S. 6.2.1. Programiranje terminala U paleti sa alatima aktiviramo prečicu za TEXT Duplim klikom na ekran pojavljuje nam se dijalog box za pisanje teksta na ekran.Uređujući displej dobijamo sledeći ekran.
Slika 50. Izgled ekrana MOTOR STOJI Da bi se omogućilo da se na displeju vidi na koju se stranu motor okreće, napravljena su i sledeća dva ekrana MOTOR LEVO I MOTOR DESNO:
XV / 29
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 51. Izgled ekrana MOTOR LEVO
Slika 52. Izgled ekrana MOTOR DESNO Nakon kreiranja izgleda ekrana treba omogućiti korišćenje funkcijskih tastera, ulaskom u tabelu funkcijskih tastera. U njemu podešavaju se vrednosti za funkcijske tastere prema tabeli: XV / 30
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA No. u F-Key 0 1 2 3
PLC I TERMINALI
Funkcijski tasteri u PT-u F1 F2 F3 F4
Pri tome koristimo PLC adrese za pozivanje sa programibilnog terminala iz njegovih ulazno/izlaznih (I/U) memorijskih lokacija, prema sledećoj slici, odnosno lestvičastom dijagramu:
Slika 53. Definisanje funkcionalnih tastera 6.2.2. Lestvičasti dijagram Lestvičasti dijagram je dat na slici 54. 6.3. Primer alarmnog ekrana – zadatak 3 Izvesti alarmni ekran za prikazivanje stanja nužnog stopa i spremnosti za pogon dva frekventna pretvarača koji gone transportnu traku iz dvadesete laboratorijske vežbe. 6.3.1. Programiranje terminala Lestvičasti dijagram i opis upravljanja sistemom transportne trake dati su u posebnom opisu, pa ovde nisu ponovljeni. Problem se svodi na to da pri pritisku na nužni stop i/ili prekidu dojavnih kontakata na frekventnim pretvaračima treba pozvati odgovarajući ekran koji jasno, naprimer uočljivim tekstom koji blinka treba da dojavi alarmno stanje. Alarm se kvitira pritiskom na neki od tastera PT-a naprimer F3. Tekstualno polje u alarmnom ekranu, prema tome možemo urediti na način prikazan na slici 55. XV / 31
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 54. Lestvičasti dijagrama zadatka iz primera 2 U ovom slučaju ćemo promeniti osobine teksta (Attribute). Osobine možemo podesiti na: standardno (Standard), suprotno (Inverse), nastupati, bljeskati (Flash) i suprotno nastupati, bljeskati (Inverse Flash). Ove poslednje tri opcije se mogu i posebno similurati, da bi se pogledalo kako bi to izgledalo na ekranu sa prečicom
(OFF) i
(ON) u paleti sa alatima.
XV / 32
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 55. Podešavanje atributa tekstualnog polja u ekranu nužnog stopa NST Nakon upisivanja ostalog dela teksta ekran za nužni stop trake izgleda na sledeći način.
Slika 56. Alarmni ekran nužnog stopa NST
XV / 33
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Sledeći je alarmni ekran za Siemens frekventni pretvarač.
Slika 57. Alarmni ekran Siemens-ovog frekventnog pretvarača Alarmni ekran za AEG-ov frekventni pretvarač.
Slika 58. Alarmni ekran AEG-ovog frekventnog pretvarača
XV / 34
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
7. Prebacivanje projekta u programabilni terminal Na početku treba spomenuti da pre prebacivanja projekta u programabilni terminal treba proveriti da li je upisan sistemski program u memoriju terminala. Ako nije treba ga instalirati na način objašnjen u 4. poglavlju. Kada se terminal priključi na napajanje treba bilo koja dva funkcijska tastera (F1-F4) pritisnuti istovremeno i tada se ulazi u glavni meni programabilnog terminala. Zatim treba izabrati opciju za prebacivanje podataka Transmit Mode. U opciju se ualzi sa ENTER, a izlazi sa bilo koja dva zajedno pritisnuta funkcijska tastera (RESET).
SYSTEM MENU Quit Transmit Mode Maintanance Mode
Transmit Mode
1.2
Računar i programabilni terminal treba spojiti preko serijskog RS-232C kabla. Sledeći korak je određivanje komunikacionog porta koji će se koristiti za prenos podataka. To možemo uraditi preko menija Connect / Comms Setting.
Slika 59. Podešavanje komunikacionog porta za prenos programa u PT
XV / 35
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Preduslov za prebacivanje projekta u terminal je tačan izbor komunikacionog porta računara.
Slika 60. Izbor komunikacionog porta Sledeći korak je prebacivanje podataka u terminal. Biramo opciju Download (NT-series Support Tool -> PT) / Application.
Slika 61. Prvi korak prenosa programa u PT
XV / 36
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Nakon startovanja dobijamo poruku da je komunikacija računara i terminala u toku.
Slika 62. Prenos programa u PT Kada je prebacivanje podataka završeno treba se vratiti u glavni meni pritiskom bilo koja dva funkcijska tastera (F1-F4) i odspojiti RS-232C serijski kabl. Nakon prebacivanja podataka pritisnemo OK.
Slika 63. Poruka o uspešnom prenosu programa u PT Ali pre toga da napomenem koje su greške u radu sa prebacivanjem podataka tj. postoji opcija koja nam omogućuje da vidimo gde je greška ako se pojavi obaveštenje u vezi nje.
XV / 37
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Slika 64. Izbor za pregled izveštaja o prenosu A greške koje se najčešće javljaju , prilikom prebacivanja podataka, su sledeće: • kad smo zaboravili da stavimo text na ekran a pokušavamo da prebacimo ekran u memoriju PT:
Slika 65. Poruka o prekinutom prenosu XV / 38
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC I TERMINALI
Kada pogledamo u greške (Error Log) tu pročitamo šta je glavni problem što nije uspelo prebacivanje:
Slika 66. Izveštaj o razlogu prekida prenosa zbog nedefinisanog glavnog ekrana •
A vrlo česta greška je da nismo postavili serijski kabl ili da nismo odredili dobar port pa će program stalno javljati ovog tipa upozorenja sve dok to ne izmenimo:
Slika 67. Izveštaj o razlogu prekida prenosa zbog neuspostavljanja veze sa PT-om
XV / 39
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
UPR. FAZNIM SEČENJEM
XVI. vežba UPRAVLJANJE PRINCIPOM FAZNOG SEČENJA 1. Osnovi faznog sečenja objašnjeni su u materijalu za vežbu IX. 2. Povezati tiristorski podešivač naizmeničnog na mrežu sa sijalicom kao opterećenjem. 3. Snimiti karakteristiku efektivne vrednosti izlaznog napona i struje opterećenja u funkciji ugla paljenja. 4. Za uglove paljenja 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180 električnih stepeni snimiti oscilogram izlaznog napona i struje opterećenja.
XVI / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
XVII. vežba PROGRAMIRANJE PLC UREĐAJA TIPA ZEN 1. Cilj laboratorijske vežbe • Upoznati se sa načinom programiranja i korišćenja PLC-a sa mogućnošću direktnog programiranja na mestu upravljanja. • Realizovati različite zadatke upravljanja u elektromotornim pogonima. 2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • Tabla sa PLC kontrolerom ZEN 10C1DR-D firme Omron. • Simulator ulaza i izlaza PLC kontrolera. 3. PLC kontroler ZEN 10C1DR-D Za realizaciju sitema upravljanja kod ove vežbe koristi se PLC ZEN 10C1DR-D firme Omron. Zen spada u grupu najmanjih programabilnih kontrolera. Model koji se koristi u ovoj vežbi poseduje LCD ekran, koji nam omogućava lako programiranje kontrolera bez upotrebe PC računara. Programiranje se vrši pomoću funkcijskih tastera na samom uređaju. PLC ZEN može se programirati i sa računarom i u tu svrhu se koristi programski paket "ZEN Support Software", o kojem se više može naći u upustvima proizvođača. PLC kotroler ZEN ima 6 ulaza i 4 izlaza. Korišćenjem ulazno/izlaznih modula broj ulaza i izlaza može se proširiti. Kod ove vežbe se koristi modul ZEN 4ED koji nam obezbeđuje dodatnih 4 ulaza i izlaza u slučaju potrebe za njima.
Spoljni izgled ZEN kontrolera
XVI I/ 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
3.1. Memorijska mapa PLC kontrolera Oblast za podatke
Simbol
Bit adrese
Broj bitova
Funkcija
CPU ulazni bitovi
I
I0 do I5
6
Ulazni bitovi CPU-a. Ulazni bitovi proširenja. Broj ulaza zavisi od broja i vrste proširenja koji se koristi. Bitovi koji su određeni za funkcijske tastere u RUN režimu rada. Sadrže rezultat komparacije analognih ulaza. Bitovi koji sadrže rezultat komparacije tajmera i brojača.
Ulazni bitovi proširenja
X
X0 do Xb
12
Funkcijski bitovi
B
B0 do B7
8
A
A0 do A3
4
P
P0 do Pf
16
Q
Q0 do Q3
4
Izlazni bitovi proširenja
Y
Y0 do Yb
12
Radni bitovi
M
M0 do Mf
16
Hold - bitovi
H
H0 do Hf
16
Funkcija
Bitovi analognog komparatora Bitovi komparatora CPU izlazni bitovi
Izlazni bitovi CPU-a. Izlazni bitovi proširenja. Broj ulaza zavisi od broja i vrste proširenja koji se koristi. Radni bitovi koji se koriste isključivo unutar programa. Radni bitovi koji zadržavaju stanje prilikom nestanka struje.
3.2. Tajmeri i bojači
Vrsta tajmera/brojača
Simbol
Bit adrese
Broj tajmera/broja ča
Tajmer
T
T0 do T7
8
Tajmer sa više funkcija.
Hold - tajmer
#
#0 do #3
4
U slučaju nestanka uslova ili napajanja zadrži svoju trenutnu vrednost i nastavlja nakon što se vrati uslov.
Brojač
C
C0 do C7
8
Reverzibilni brojač.
Nedeljni tajmer
@
@0 do @7
8
Kalendarski tajmer
*
*0 do *7
8
XVI I/ 2
Mogu se uključiti i isključiti određenim danima u određenom vremenu. Mogu se uključiti i isključiti određenim datumima.
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
3.3. Funkcijski tasteri PLC kontrolera
LCD displej sa funkcijskim tasterima
Funkcija Taster U meniju
Kod crtanja dijagrama
Kod podešavanja
Bitovi
-
B6
-
B7
Briše ulaze, izlaze i linije za povezivanje. Crtanje linije. Prelaz između normalno otvorenog i zatvorenog kontakta. Pomeranje kurzora gore-dole. Određivanje vrste bitova i funkcija.
Briše unete parametre i vraća na prethodnu operaciju.
Briše unete parametre i vraća na prethodnu operaciju.
B0
OK
Ulazak u meni određenim kursorom.
Potvrđuje unetu operaciju.
Potvrđuje unetu operaciju.
B1
DEL
-
ALT
-
Up Down
Pomeranje kurzora gore-dole.
Left Right
XVI I/ 3
B5 B2 B3 B4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
3.4. Crtanje lestvičastog dijagrama Crtanje lestvičastog dijagrama vrši se pomoću funkcijskih tastera na samom uređaju, koristeći sistem menija koji se prikazuje na LCD ekranu.
Pritiskom na taster OK ulazi se u meni gde biramo opciju PROGRAM.
Odaberemo EDIT PROGRAM. Označava liniju u kojoj se nalazi kurzor. Pritiskom na taster OK prelazi se na ekran za unošenje lestvičastog dijagrama. 3.4.1. Crtanje ulaza Namestimo kursor na poziciju gde se određuje vrsta bita. Koristeći tastere Up/Down odaberemo nama odgovarajući. Pritiskom na taster Right, kursor prelazi na poziciju gde se unosi adresa pomoću Up/Down tastera.
Pritiskom dva puta na taster OK završava se unošenje prvog ulaza. Kurzor prelazi na poziciju za crtanje sledećeg ulaza.
XVI I/ 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
3.4.2. Povezivanje elemenata dijagrama
Pritiskom na taster OK ponovo nam se pojavljuje normalno otvoreni ulaz I0. Pritiskom na taster ALT možemo da menjamo vrstu ulaza između normalno otvorenog ili zatvorenog.
Pritiskom na taster Right prelazimo na poziciju gde možemo promeniti adresu bita pomoću tastera Up. Pritiskom na taster OK kursor prelazi na poziciju za crtanje sledećeg simbola. Veza između dva uneta elementa dijagrama automatski se iscrtava.
Pritiskom na taster ALT omogućava nam crtanje linije za povezivanje.
Crtanje linije se vrši pomoću tastera Right.
3.4.3. Crtanje izlaza Kod crtanja izlaza pored adrese i vrste bita možemo da odredimo i dodatnu funkciju izlaza. Izlaz se zato definiše pomoću tri karaktera.
adresa izlaza vrsta izlaza dodatna funkcija
XVI I/ 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
Značenje dodatnih funkcija: [: Normalni izlaz – Izlaz prati uključivanje i isključivanje uslova na ulazu. S: Set – Izlaz se uljučuje kada se uključi ulazni uslov, a ostaje uključen i nakon isključenja uslova. R: Reset – Izlaz se isključuje kada se pojavi ulazni uslov, a ostaje isključen i nakon isključenja uslova. A: Alternativni izlaz – Izlaz menja svoje stanje nakon svakog uključenja ulaznog uslova.
Dodatne funkcije izlaza Pritiskom na taster Right crta se linija do izlaza, posle čega kursor treba postaviti na poziciju gde se crta izlaz. Pritiskom na taster OK pojavljuje se izlaz. Koristeći Up/Down tastere biramo vrstu izlaza. Pomerajući kursor levo ili desno pomoću tastera Left/Right na isti način možemo da promenimo i adresu ili da odredimo funkciju izlaza. Na kraju postupka crtanja izlaza treba dva puta pritisnuti taster OK. Kursor se automatski nakon toga postavlja na početak sledeće linije.
XVI I/ 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
3.4.4. Crtanje linija za povezivanje
Pritiskom na Taster ALT prelazi se u režim crtanja linija i pojavjuje se mala strelica. Za crtanje se koriste tasteri Up, Down, Left i Right. Pritiskom na taster Up istovremeno se crta linija vertikalno i horizontalno. + označava mesto gde se linije spajaju. Pritiskom na taster OK završavamo crtanje linija, posle čega se vraća automatski kursor za crtanje ulaza i izlaza.
Nakon što smo završili crtanje lestvičastog dijagrama pritiskom na taster ESC vraćamo se u glavni meni, gde uz pomoć opcije RUN možemo da pokrenemo program.
4. Realizacija upravljačkih zadataka
4.1. Zadatak: Uraditi tri primera zadataka po izboru iz vežbe II „Primena PLC-a u elektromotornim pogonima“, i proveriti njihovo delovanje na povezanom PLC-u sa simulatorom ulaza i izlaza.
XVI I/ 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA ZEN
4.2. Šema povezivanja PLC-a sa tablom
1
+24V
2
MIN 1
3
MAX 1
4
ALARM 1
5
MIN 2
6
MAX 2
7
ALARM 2
8 9 10 11
1
Vx
2
Vy
3
Vz
4
Vv
1
0V
2 +24V
3 4 5 6
1 GND
2 3
N
4 5 6
L
XVI I/ 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
XVIII. vežba UPRAVLJANJE PNEUMATSKIM SISTEMOM PRIMENOM PROGRAMABILNOG LOGIČKOG KONTROLERA 1. Cilj laboratorijske vežbe • Realizovati upravljanja pneumatskim sistem primenom programabilnog logičkog kontrolera SYSMAC CJ-1G firme Omron. 2. Laboratorijska vežba se sastoji od: • Tabla sa PLC kontrolerom tipa SYSMAC CJ-1G firme Omron. • Tabla sa pneumatskim cilindrima, ventilima i pneumatskim razvodom. • Tabla sa tasterima za upravljanje. 3. PLC kontroler OMRON SYSMAC CJ-1G Pošto se proizvođači elektronskih uređaja u današnje vreme suočavaju sa zahtevima za smanjenjem troškova proizvodnje i poboljšanjem kvaliteta proizvoda pri naglom porastu konkurencije, očekivanja od elektronskih uređaja koji se koriste u proizvodnim linijama nastavljaju da rastu. Kao odgovor na data očekivanja, firma OMRON je razvila SYSMAC CJ-seriju programabilnih kontrolera, sa osobinama bržeg procesiranja, manjih dimenzija i bržeg prenosa podataka. Programabilne uređaje iz pomenute serije karakteriše velika učinkovitost i sposobnost da kontrolišu hardver (eng. hardware), softver (eng. software) i lokalne mreže u naprednim proizvodnim sistemima. Još jedna karakteristika PLC uređaja iz CJ-serije vezana je njihov izgled. Naime, programabilni logički kontroler sačinjavaju komponente koji se nazivaju moduli ili jedinice (eng. Unit). Moduli se međusobno spajaju konektorima koji se nalaze se leve i desne strane jedinice. Izgled PLC uređaja diktiraju zahtevi vezani za objekat automatskog upravljanja koji će PLC nadgledati i kojim će upravljati. Programabilni logički kontroler koji je korišten u ovom projektu sačinjavaju sledeći moduli: CJ1G-CPU42H Unit Predstavlja centralnu procesorsku jedinicu za koju bi se slikovito moglo reći da je „mozak“ kontrolera. Sadrži mikroprocesor koji ima zadatak da obradi sve signale koji se mogu javiti u posmatranom sistemu i da na osnovu programa upisanog u memoriji kontrolera formira izlazne signale. Brzina procesiranja LD naredbi iznosi 0,04 [µs]. Posmatrani modul ima mogućnost korištenja memorijske kartice i sadrži periferijalni port koji CPU jedinici omogućuje spajanje sa programirajućom konzolom ili računarom. Pored pomenutoga, CPU modul sadrži RS-232C port koji mu omogućuje povezivanje sa programirajućim uređajima različitim od programirajuće konzole kao što je npr. PC, programabilni terminali itd.
XVI II/ 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Ethernet Unit CJW-ETN11 Ostvaruje širok opseg prilikom međusobne komunikacije dva ili više PLC uređaja povezanih u lokalnu (Ethernet) mrežu: prenos podataka na TCP/IP ili UDP/IP kontaktnim servisima, izvršava OMRON-ove standardne FINS komande, ili šalje poruke sa SMPT. Izabira zahtevane komunikacione servise i prilagodljivo povezuje PLC uređaje u Eternet mrežu na visokom informacionom nivou. Osobine: • • • • •
jednostavan pristup socket servisima od strane posebnih rukovodećih bita u memoriji mogućnost korišćenja elektronske pošte korišćenje standardnih Eternet protokola, TCP/IP i UDP/IP prenos fajlova sa kompjuterom “domaćinom” koristeći FTP mogućnost podešavanja parametara komunikacije pomoću CXProgrammer-a
Serial Communications Unit CJ1W-SCU41 Da bi povećali broj serijskih portova (RS-232C ili RS422A/485) koje jedan PLC uređaj može da koristi, možemo koristiti unutrašnju ploču (eng. Inner Board) i posmatranu CPU Bus jedinicu istovremeno. Protokol makroi, Host Link komunikacija ili 1:N NT linkovi mogu de se koriste odvojeno za svaki port. Dakle, posmatranim modulom CJ-serije PLC uređaja možemo obezbediti potreban broj serijskih portova za određeni sistem automatskog upravljanja. Moguće je nadgraditi 16 jedinica na CPU ili na posebno postolje za proširivanje. Protokoli: Protokoli predstavljaju pravila komunikacije. Komunikacija se može obavljati između nekoliko PLC uređaja, između PLC uređaja i PC-a, i između PLC uređaja i odgovarajućih spoljašnjih uređaja. Svi pomenuti uređaji međusobno povezani čine jednu mrežu. Na raspolaganju su nam dve vrste protokola: • •
protokoli standardnih sistema protokoli napravljeni od strane korisnika
Protokoli standardnih sistema su zastupljeni kod komunikacije između programabilnih uređaja i spoljašnjih uređaja firme OMRON kao što su: temperaturni kontroleri, bar – kod čitači, modemi … Protokoli za komunikaciju PLC uređaja sa ostalim spoljašnjim uređajima mogu se lako napraviti zadovoljavajući postojeće standarde. To nam omogućuje program CX-Protocol koji je prilagođen računarskom operativnom sistemu Windows. DeviceNet Unit CJW-DRM21 XVI II/ 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Ovo je OMRON-ovo ostvarenje DeviceNet jedinice za multi bitne mreže sa otvorenim poljem, za mašine, linije i informacije. Mogući su sledeći tipovi komunikacije: •
daljinska I/O komunikacija za automatski prenos podataka između CPU jedinice i slave-a (bez prethodnog programiranja u CPU jedinici) komunikacija porukama (korišćenjem posebnih naredbi IOWR i CMND), koja može biti prethodno programirana u CPU jedinici
•
Osobine: • •
kontrola i do 32, 000 tačaka (2, 000 reči) po nadređenome (master) DeviceNet jedinica dopušta da DeviceNet mreža s njom postupa kao Controller Link, Ethernet ili neke druge mreže za komunikaciju porukama ili daljinsko programiranje i nadzor od strane CX-Programmer-a
DC Input Unit CJW-ID211 Predstavlja modul za priključivanje provodnika koji služe za dovođenje ulaznih, digitalnih naponskih signala iz industrijskog okruženja do CPU jedinice. Ulazni signali koje prihvata osmatrani modul moraju biti prilagođeni centralnoj procesorskoj jedinici. Taj zadatak uspešno izvršava ulazni prilagodni stepen. Osobine: • • •
ulazni napon 24 [VDC] ulazna struja 7[mA] broj priključaka 16
Relay Output Unit CJ1W-OC211 Modul za relejne digitalne izlazne signale. Omogućuje priključivanje provodnika koji služe za odvođenje signala poslatih od strane CPU-a do izvršnih elemenata. Izvršni signali bivaju prilagođeni industrijskim uslovima pomoću prilagodnog izlaznog stepena. Osobine: • •
izlazni napon 24 [VDC] broj priključaka 16
XVI II/ 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Analog Input Unit CJ1W-AD081 Spada u grupu specijalnih ulazno/izlaznih modula. Služi za priključivanje provodnika koji do CPU jedinice dovode analogne ulazne signale iz industrijskog okruženja. U analogne signale ubrajamo temperaturu, brzinu, pritisak, protok itd. Ulazni analogni signali se kreću u opsegu od 1 do 5 [V] ili 4 do 20 [mA]. Ovi signali bivaju pretvoreni u binarne signale vrednosti između 0000 i 1F40 u heksadecimalnom zapisu. Osobine: • • • •
mogućnost otkrivanja pregorelosti provodnika funkcija za zadržavanje vrha signala funkcija za srednju vrednost mogućnost podešavanja napredovanja ofseta
Analog Output Unit CJ1W-DA041 Služi kao modul za priključivanje provodnika koji izlazne analogne upravljačke signale odvode do izvršnih uređaja. Binarni podaci opsega od 0000 da 0FA90 u heksadecimalnom zapisu bivaju pretvoreni u upravljačke signale napona 1 do 5 [V] i struje od 4 do 20 [mA]. Osobine: • •
mogućnost zadržavanja izlaznog signala mogućnost podešavanja napretka ofseta
4. Pneumatika 4.1. Nastanak i razvoj pneumatike Naziv “pneumatika” se koristi za nauku koja se bavi proučavanjem osobina vazduha pod pritiskom većim od atmosferskog i pojava koje se javljaju kao posledica njegovog delovanja. Naziv potiče od grčke reči pneumo što bi u prevodu moglo da znači pluća, dah… Ovaj naziv nosi misao o vazduhu pod pritiskom, vazduhu koji je kontrolisan, za razliku od grčke reči aero koja se koristi za vazduh koji nas okružuje, za atmosferu. Vazduh, kao pomoćno sredstvo čoveka, poznat je od drevnih vremena (na primer, upotreba vetra pri formiranju vatre). Pre više od 2 000 godina, sabijeni vazduh je bio upotrebljen za izgradnju streliva. Pomoću zategnutog luka i vazduha sabijenog u jedan cilindar, domet streliva je znatno povećan. Dalji značajniji razvoj tehnike sabijenog vazduha nije usledio sve do oko sredine XIX veka, iako su u Srednjem veku vršena istraživanja gasova i sprovođeni određeni proračuni koji važe i danas. XVI II/ 4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Izgradnja železničkih pruga je tehnici sabijenog vazduha dala novi polet. Komprimovani vazduh je našao svoju primenu pri izgradnji dugačkih tunela. Prva primena vazduha pod pritiskom u širem obimu usledila je oko 1860. Godine prilikom gradnje tunela kroz planinski masiv Alpa. 1888. godine, u Parizu je izgrađeno postrojenje za proizvodnju sabijenog vazduha. Iz ove centrale sabijeni vazduh se granao ka svim industrijskim pogonima. Ipak, u početku se primena sabijenog vazduha ograničavala samo na udarne i obrtne alate. Tehnizacija i automatizacija je u poslednjih 50 godina dala aparatima za rad sa komprimovanim vazduhom značajnije mesto. Danas se savremeni industrijski pogon ne može zamisliti bez upotrebe sabijenog vazduha, pa jedva da ima neke industrijske grane u kojoj nisu primenjeni pneumatski aparati. Široka skala primene pneumatike ide od duvanja do kompleksnih pneumatskih automata, od mašina alatki do automata za pečenje kolača. 4.2. Pneumatski prenos snage U industrijskoj pneumatici se koristi vazduh koji je sabijen uglavnom na nivo pritiska od oko 6 bara. S toga se pritisak od p = 6 [bar] može smatrati normalnim industrijskim pritiskom. Veći pritisci od ovoga se koriste u građevinarstvu, dok se niži pritisci, reda veličine 1 do 2 bara, koriste uglavnom za neke pneumatske logičke elemente. Korišćenje sabijenog vazduha za vršenje rada se zasniva na Paskalovom zakonu, po kome će u zatvorenom sudu pod pritiskom fluida taj pritisak da se širi jednako u svim pravcima. Odavde sledi: ako je jedan deo unutrašnjeg zida pokretan (na primer klip u cilindru) on će se kretati pod dejstvom sile pritiska. Ako se za klip veže klipna poluga ona je sposobna da prenosi silu na neko telo. Ovakav pneumatski cilindar će imati jedan od sledeća dva moguća zadatka: • •
savladavanje neke spoljne sile pri nekom dužem hodu klipne poluge, tj. pomeranje određenog predmeta formiranje statičke sile, tj. stezanje predmeta
4.3. Linearno kretanje U mašinogradnji, metaloprerađivačkoj, prehrambenoj i drugim granama savremene industrije, postoji stalna potreba za pravolinijskim i kvazi-pravolinijskim kretanjem. Taj zadatak pneumatski i hidraulični cilindri mogu da obave direktno. Pri tome se može na jednostavan način podešavati brzina translacije kao i sila koju cilindar proizvodi. Pneumatski cilindri se koriste za savladavanje manjih sila dok se hidraulični cilindri koriste za proizvodnju većih sila pri srazmerno manjim brzinama kretanja. Sabijeni vazduh je stišljiv, pa s toga nije pogodan u podjednakoj meri za sve zadatke. Naime, ako se zahteva veoma ravnomerno kretanje malom brzinom, javlja se pojava tzv. “stik – slip”-a, koja se manifestuje neravnomernim, takoreći skakutavim kretanjem pneumatskog cilindra. U tom slučaju, pribegava se upotrebi hidro – pneumatskog cilindra. U hidraulici se mnogo primenjuje princip ”živac je električni a mišić je hidraulični”, tj. upravljanje se vrši električnim putem. I u pneumatskim sistemima se može izvesti električno upavljanje (primenjeno u našem slučaju), ali tu prednost ima tzv. monoenergetski princip, po kome se vazduh koristi ne samo za vršenje rada, već i za upravljanje čitavim sistemom (pneumo – logika). Prednosti korištenja sabijenog vazduha: • • •
bezbedan rad bez opasnosti od eksplozije ili strujnog udara relativno velika brzina kretanja radnih organa mali troškovi transporta zbog male gustine vazduha XVI II/ 5
sposobnost akumulacije sabijenog vazduha moguć kontinualan (neskokovit) uticaj na pritisak, tj. na proizvedenu silu i brzinu kretanja radnog organa neosetljivost na povećanje temperature moguć relativno čist rad, jer vazduh u maloj meri prlja radnu sredinu male dimenzije radnih i upravljačkih organa zbog velike gustoće energije potreban je samo cevovod za dovod vazduha pod pritiskom (posle izvršenog rada vazduh se ispušta u atmosferu)
Mane korištenja sabijenog vazduha: • • • •
stišljivost vazduha dovodi do neravnomerne brzine kretanja u oblasti malih brzina. Stišljivost takođe utiče i na izvesno kašnjenje u procesu upravljanja. proizvedena sila je ograničena. Ona mahom ne prelazi vrednost od F = 30 000 [N] vazduh na izlazu iz pneumatskih uređaja stvara jak šum, pa je najčešće potrebno koristiti prigušivače šuma nepovoljan stepen iskorišćenosti mašina na pogon vazduhom pod pritiskom
4.4. Proizvodnja sabijenog vazduha Sabijeni vazduh se proizvodi pomoću kompresora. Njihov zadatak je da usisani vazduh pod normalnim atmosferskim pritiskom sabiju na potreban radni pritisak. Prema načinu kretanja potiskujućeg elementa, kompresori se dele na: • • • • •
Potiskujući element je radni organ zapreminske mašine, koji ostvaruje promenu radne zapremine. Prema broju radnih stepeni, kompresori se dele na: • • •
jednostepene dvostepene višestepene
U industriji se najčešće koriste klipni, dvostepeni kompresori. Dvostepeni kompresori se izvode sa izlaznim pritiskom do 15 bara. Moguća je izvedba i do 30 bara, no, to nisu ekonomične konstrukcije. Tehnički opis korišćenog kompresorskog agregata Kompresorski agregat čine dvostepeni klipni kompresor i elektromotor. Opšti opis: Korišćeni kompresorski agregat je iz grupe malih komresora koji obuhvataju područje dobave vazduha od 35 do 1 200 [l/min]. Savremene je konstrukcije, pogonjen je elektromotorom, zauzima minimalno prostora, snabdeven je automatskom ragulacijom i svim potrebnim zaštitnim XVI II/ 6
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
uređajima. Veza između el. motora i kompresora ostvarena je klinastim remenjem što uslovljava miran rad. Agragat (kompresor i motor), smešteni su na limeno postolje zavareno na kotao, koje istovremeno služi kao šasija. Kompresor: Kompresor je dvostepen u „V“ izvedbi pod uglom od 90° . Između prvog i drugog stepena je hladnjak, hlađen remenicom kompresora koja je opremljena zakrivljenim rebrima. Vazduh koji usisava kompresor prečišćava se od prašine u prečistaču vazduha. Tehnički podaci: 1.
tip agregata ...................................................................... E1NA-240
Kompresor: tip kompresora ................................................................. NA-210 broj stepeni ....................................................................... 2 hod klipa ........................................................................... 85 [mm] efektivna dobavna količina vazduha ................................ 650 [l/min] broj okretaja kompresora .................................................. 1000 [o/min] radni pritisak ..................................................................... 17 [kp/cm2] Elektromotor: vrsta motora: trofazni asinhroni oznaka ............................................................................... ZK 132 S-2 snaga .................................................................................. 7,5 [kW/KS] broj obrtaja ......................................................................... 2 890 [min-1] nazivna struja ..................................................................... 14,3 [A] napon ................................................................................. 380 [V] Opis principa rada kompresora Vazduh prečišćen kroz prečistač ulazi kroz usisni ventil u cilindar niskog pritiska u kojem se sabija do približno 3 [atp]. Prilikom procesa sabijanja proizvodi se i toplota, koje se komprimovani vazduh mora osloboditi. Kroz tlačni ventil na istom cilindru vazduh sabijen kompresijom ulazi u hladnjak od mesinganih cevi i hladi se strujom vazduha koju stvara remenica kompresora. Tako ohlađeni vazduh odlazi iz hladnjaka u cilindar visokog pritiska. U ovom cilindru se pritisak vazduha podiže na nivo od oko 15 [atp]. Sabijeni vazduh iz cilindra visokog pritiska odvodi se kroz kolektor, nepovratni ventil i elastičnu spojnu cev u rezervoar. Na kompresoru postoji ventil za odvajanje ulja iz komprimovanog vazduha koje u njega dospeva iz cilindara za sabijanje vazduha. Regulacija Kod ovog kompresorskog agregata primenjen je princip prekidne regulacije tj. automatsko regulisanje kompresora uključivanjem/isključivanjem pogonskog motora. Povećanje pritiska vazduha u rezervoaru iznad 15 [atp] uslovljava isključenje elektromotora. Padom pritiska u rezervoaru ispod 12 [atp], elektromotor se ponovo uključuje.
XVI II/ 7
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Smeštanje kompresora Kompresor je neophodno smestiti u posebnoj prostoriji koja se zove kompresorska stanica. Ona mora da zadovoljava važeće propise. Kompresorska stanica mora da bude, pre svega, suva i čista. Rezervoar vazduha pod pritiskom To je sud u kome se sakuplja vazduh pod pritiskom. Zadatak rezervoara je da prima od kompresora vazdušne udare i da ih amortizuje, učestvuje u regulaciji rada kompersora, služi kao akumulator sabijenog vazduha i dodatno hladi vazduh. Na dnu rezervoara se nalazi slavina koja služi za odvajanje kondenzata (vode) iz komprimovanog vazduha. Kondenzat se stvara zbog prirodne vlažnosti vazduha koji se usisava iz atmosfere. 4.5. Raspodela sabijenog vazduha Od kompresorske stanice se vazduh do potrošača razvodi metalnim (najčešće čeličnim) ili plastičnim cevima. Za razliku od hidrauličnih cevovoda, pneumatski cevovodi se grade bez povratnog voda. Pneumatski vod može imati: • •
prstenastu razgranatu izvedbu
Prva izvedba je jevtinija dok drugi način izvođenja cevovoda garantuje veću pogonsku sigurnost. Iako se u kompresorskoj stanici oslobodio znatnog dela vlage, vazduh pod pritiskom koji se cevima sprovodi do potrošača ipak u sebi sadrži određeni procenat vlage. Da vlaga ne bi dospela do potrošača i u njima prouzrokovala rđanje, cevovod se vodi pod nagibom od oko 2 % u smeru strujanja vazduha. Na pojedinim mestima u cevovodu, obično najnižim, postoje odvajači vlage u kojima se kondenzat sakuplja i ispušta iz sistema. Nedovoljna zaptivenost dovodi do toga da cevovod „duva“, usled čega se ponekad gubi neočekivano mnogo sabijenog vazduha. Neki tehnički podaci karakteristični za cevovode su: dužina, poprečni presek, potrošnja vazduha na pojedinim mestima, dopušteni pad pritiska itd. Fleksibilni cevovodi napravljeni od gume, plastike ili nekih drugih veštačkih materijala su podložni starenju, pa ih je s toga poželjno blagovremeno obnoviti. Sledi na sledećoj slici simbolički i numerički opis kompletnog pneumatskog sistema korišćenog u našem zadatku.
XVI II/ 8
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
F f1
32
f0
c1
A
35
a1
C
B
35
31
a0
31
c0
b1
33
31
b0
34
B
A
B
A
29 P
R
29 P
R
33
B
A
A
29 P
R
30 P
28 28
28
24
20 23
25
22
21 19
12345 26 27 13
12 1
7
9
16 10
18
M
2
4
5
8
11
14
6 3
15
Slika 1.
XVI II/ 9
17
R
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
1. kompresorski agregat 2. pogonski elektromotor 3. usisni filtar 4. prvi stepen sabijanja 5. drugi stepen sabijanja 6. međuhladnjak 7. hladnjak vazduha 8. automatski odvajač kondenzata 9. odvajač vlage sa automatskim pražnjenjem 10. ventil za zatvaranje 11. rezervoar sabijenog vazduha 12. i 17. manometar 13. i 14. pomoćni ventil 15. ventil za ispuštanje kondenzata 16. sigurnosni ventil za ograničavanje pritiska 18. priključni ventil 19. priključak za spajanje sa napojnim vodom 20. pripremna napojna grupa 21. odvajač vlage sa filtrom 22. regulator pritiska 23. zauljivač vazduha 24. diferencijalna tlačna sklopka 25. petokanalni razdelnik vazduha 26. dvokanalna skretnica vazduha 27. elektropneumatski servomotor 28. razdelnik vazduha 29. monostabilni elektromagnetni razvodnik tipa 4/2 30. monostabilni elektromagnetni razvodnik tipa 2/2 31. pneumatski cilindar dvostranog dejstva 32. pneumatski cilindar jednostranog dejstva 33. nepovratni ventil sa podešljivim prigušenjem 34. podešljivi prigušni ventil 35. mikroprekidači 4.5.1. Napajanje radnog organa vazduhom Sabijeni vazduh se ne može neposredno koristiti za napajanje radnog organa, jer bi isti ubrzo bio oštećen a i sam način rada bi pokazivao znatnu neravnomernost. Zbog toga se na svakom ogranku cevovoda koji vodi ka potrošačima postavlja po jedna pripremna grupa za vazduh poznata i kao pripremna napojna jedinica. Pripremna napojna grupa Pripremnu napojnu grupu (Slika 2), ili pripremnu napojnu jedinicu čine: 1. prečistač vazduha sa odvajačem vlage 2. regulator pritiska sa manometrom 3. zauljivač XVI II/ 10
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
3
1
2
simbol Slika 2. 1. Prečistač vazduha sa odvajačem vlage ima ulogu da iz komprimovanog vazduha odstrani sitne čestice prašine koje su u njemu prisutne, kao i da iz vazduha izdvoji preostalu količinu vlage. Voda sakupljena iz komprimovanog vazduha se iz odvajača vlage ispušta odvrtanjem ispusnog zavrtnja ili automatski. 2. Regulator pritiska ima zadatak da na sekundarnoj strani, na strani koja ide ka potrošaču, obezbedi konstantan pritisak, nezavisno od varijacije primarnog pritiska. Regulator pritiska radi na principu gušenja fluida, pa je logično zaključiti da pritisak vazduha na primarnoj strani regulatora mora biti veći od pritiska vazduha na sekudarnoj strani. 3. Prečišćen i relativno suv vazduh je i posle prolaska kroz regulator pritiska nepogodan za vršenje rada jer nema dobra antifrikciona svojstva. Zbog toga, vazduh treba podmazati finom uljnom maglom, što je zadatak tzv. zauljivača. Preporučeni intenzitet zauljivanja je 1 do 10 kapi ulja (masa od 0,04 do 0,4 [g]) na 1 [m3] vazduha. Održavanje pripremne napojne jedinice podrazumeva uglavnom menjanje filtra, odvajanje kondenzata i povremeno dolivanje ulja. 4.6. Komponente industrijske pneumatike 4.6.1. Pneumatski cilindri Veliki broj pokreta, koje je radnik ranije obavljao ručno, danas vrše pneumatski cilindri. Oni se koriste prilikom zahteva za linearnim i kvazi-linearnim kretnjama. S obzirom na brzinu, oblast primene pneumatskih cilindara se kreće od oko 0,5 do 5 [m/s], a često i do 10 [m/s]. Podela pneumatskih cilindara se može izvršiti prema njihovim različitim osobinama, pa s toga imamo: cilindre jednostranog i dvostranog dejstva, klipne i membranske cilindre, dvopoložajne i višepoložajne cilindre, obične i tandem-cilindre itd. Većina cilindara koji se koriste u industriji su cilindri dvostranog dejstva sa jednostranom klipnom polugom. XVI II/ 11
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Konstrukcijski elementi pneumatskih cilindara U osnovi, pneumatski cilindar se sastoji od cevi cilindričnog otvora unutar koje se kreće klip. Klip je povezan sa klipnom polugom, koja služi za vezu sa onim telom koje treba da se pokreće ili koje treba da se steže. Cilindrična cev je na svoja dva kraja zatvorena dnom i poklopcem. Kroz cilindrični otvor u poklopcu prolazi klipna poluga. To je slučaj kod cilindra sa jednostranom klipnom polugom (Slika 3). Ubuduće ćemo proučavati samo ovaj tip cilindra. Pored pomenutih delova, u pneumatskim cilindrima važnu ulogu igraju i zaptivke na klipu, kao i zaptivke na izlazu klipne poluge iz poklopca. Cev pneumatskog cilindra, dno i poklopac se u jednu celinu povezuju pomoću četiri čelične šipke, ili taj zadatak preuzima sama cilindrična cev. Princip rada pneumatskog cilindra Otvaranjem napojnog ventila, vazduh pod pritiskom se iz mreže dovodi do pneumatskog cilindra. Vazduh u cilindar ulazi kroz otvor A i deluje određenim pritiskom na kružni volumen klipa. Za to vreme, priključak B je povezan sa atmosferom. Delovanjem vazduha pod pritiskom na klip cilindra inicira se pomeranje klipa, a samim tim i klipne poluge cilindra, u tzv. “+” (plus) položaj. Cilindar ostaje u svom plus – položaju dok ne prestane dejstvo sile vazduha na kružni volumen klipa. Cilindar se vraća u svoj početni, tzv. “-“ (minus) položaj tako što se, pomoću ventila, vazduh pod pritiskom dovede u cilindar kroz tačku B, pri čemu je tačka A povezana sa atmosferom. Ovaj princip rada je karakterističan za pneumatske cilindre dvostranog dejstva. 1 3
2
1. cev cilindra 2. klip cilindra 3. klipna poluga B
A
Slika 3 Pored cilindara dvostranog dejstva, često su u upotrebi i cilindri jednostranog dejstva (Slika 4). Kod njih se kretanje ka plus – položaju izvodi pod dejstvom pritiska vazduha dok povratno kretanje izvodi ugrađena povratna opruga.
Moguća je i takva izvedba gde se kretanje ka plus – položaju vrši pomoću opruge, dok bi se kretanje ka minus – položaju vršilo pomoću pritiska vazduha. Dobra strana cilindara sa jednostranim XVI II/ 12
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
dajstvom je to što je dovoljno obezbediti napajanje vazduhom samo sa jedne strane. Mana im je to što efektivnu silu koju proizvodi cilindar umanjuje reaktivna sila opruge. Hod ovih cilindara je najviše 100 [mm]. Opisani tipovi pneumatskih cilindara spadaju u standardne tipove cilindara. Među cilindrima dvostranog dejstva postoje još i neki specijalni tipovi, koji u nešem slučaju neće biti razmotreni. Način učvršćivanja cilindara Zbog toga što pneumatski cilindri treba da proizvedu znatne sile, potrebno ih je pouzdano pričvrstiti za nepokretni deo mašine ili na odgovarajuće postolje. Pod čvrstom vezom se ne mora neophodno podrazumevati takva veza koja pri radu omogućuje pokretanje samo klipa tj. klipne poluge cilindra dok je cev cilindra nepokretna. Ponekad je potrebno omogućiti da i sam cilindar može izvoditi izvesno zaokretanje oko pogodno izvedene osovine tj. zgloba. Cilindri se učvršćuju prirubnicama, stopalima itd. 4.6.1.1. Redosled kretanja radnih organa Pošto su pneumatski cilindri najčešće korišćeni radni organi, postoji karakterističan način zapisivanja njihovog programa kretanja. On se naziva kinematski dijagram (Slika 5). Njegovo nastajanje se može zamisliti tako, da pisaljka 3 učvršćena na kraj klipne poluge cilindra 2 ostavlja pri kretanju cilindra trag na papiru, koji se pomera ulevo usled rotacije i levog i desnog valjka 1. Brzina translacije papira je konstantna. Ako bi cilindar za sve posmatrano vreme mirovao, pisaljka ostavlja trag “a” koji odgovara minus – položaju klipa. Ukoliko bi cilindar izveo svoje kretanje ka plus – položaju beskonačno brzo, dobio bi se trag “b”. U stvarnosti će se cilindar kretati nekom konačnom brzinom. U slučaju ravnomerne brzine translacije klipne poluge dobija se trag “c”. Ostane li klip izvesno vreme u svom plus – položaju, trag pisaljke će biti linija “d”. Rastojanje između paralelnih pravi “a” i ”d” odgovara hodu cilindra. Pri povratnom kretanju klipne poluge, na hartiji dobijamo trag “e”. 1 1
+
d
c e
hod
b 3
α
β
a
2
Slika 5 Ukoliko istovremeno radi više cilindara po nekom utvrđenom programu unutar radnog ciklusa, crta se kinematski dijagram za sve cilindre. Vreme proteklo od početka do kraja ovog procesa naziva se jednim ciklusom. U jednom ciklusu nalaze se pojedini karakteristični vremenski trenuci, koji se nazivaju faze ili etape. To su oni trenuci u kojima se završava jedno a započinje drugo kretanje. XVI II/ 13
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
4.6.2. Ventili – organi za upravljanje i regulisanje protoka i pritiska vazduha Pod sveobuhvatnim nazivom ventila podrazumevamo one pneumatske uređaje koji služe za regulisanje ili upravljanje protoka i pritiska vazduha. Ventili određuju polazak i zaustavljanje kretanja radnog organa, kao i smer željenog kretanja, te regulišu pritisak i protok radnog fluida. Ventili se mogu podeliti u sledećih pet grupa: • • • • •
razvodni ventili – razvodnici nepovratni ventili ventili za regulaciju pritiska ventili za regulaciju protoka ventili za zatvaranje (blokiranje)
4.6.2.1. Razvodnici Razvodnici služe za upravljanje radnim (izvršnim) organima. Imaju dvojak zadatak: ili treba da formiraju neki signal, ili pak da napune neku zapreminu vazduhom određenog pritiska. U slučaju upravljanja cilindrima dvostranog dejstva razvodnik mora imati dva priključka ka cilindru: A i B. Zajedno sa potrebnim priključcima P (za napajanje) i R (za izlazni vazduh), posmatrani razvodnik će imati 4 priključka. Na sledećim slikama se vidi položaj razvodnika pri kretanju klipne poluge cilindra ka “plusu”, odnosno ka “minusu”, respektivno. -
+ A
-
B
A P
A R
P
+
R
P
B
P
R
R
simbol B
A
B
simbol
Slika 6. Na slici možemo primetiti odgovarajuće simbole za razvodnik. Ovaj razvodnik ima četiri priključka: P, A, B i R, i dva položaja uključivanja (razvodnik ima onoliko različitih položaja koliko ima kvadrata). S toga se on naziva razvodnikom tipa 4/2. Razvodnikom se može upravljati ručno i automatski. Automatsko upravljanje razvodnicima je zastupljenije. U slučaju automatskog upravljanja, razvodnik se može aktivirati mehaničkim, pneumatskim i električnim delovanjem. U našem slučaju korišćena su tri monostabilna pneumatska razvodnika tipa 4/2 sa elektromagnetnim aktiviranjem (Slika 7), i jedan monostabilni pneumatski razvodnik tipa 2/2 sa istom vrstom upravljačkog signala i načinom aktiviranja kao i prethodni. Princip rada pneumatskih razvodnika sa elektromagnetnim aktiviranjem: vazduh pod pritiskom od priključka P dolazi do ispod tanjira ventilskog sedišta, ali jedan deo vazduha ide i ka elektromagnetu. Kada je isti pobuđen, njegova kotva savlađuje dejstvo opruge i pušta upravljački vazduh na čelo upravljačkog klipa, potiskujući ga naniže. Time se otvara tok energije od otvora P ka otvoru A, dok se veza koja je ranije postojala između otvora A i R prekida. Električno aktiviranje razvodnika u prednosti je u odnosu na pneumatsko ili mehaničko zbog toga što, u slučaju relativno velike dužine upravljačkog voda, električni signal zbog svoje velike XVI II/ 14
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
brzine rasprostiranja u većoj meri udovoljava zahtevima za pravovremeno aktiviranje radnog organa. Korišćeni elektromagnetni razvodnik zahteva upravljački električni signal od +24 [V] jednosmernog napona i struju od oko 0,5 [A].
Slika 7. 4.6.2.2. Nepovratni ventili Osnovni zadatak nepovratnih ventila je da dozvoljavaju proticanje radnog fluida samo u jednom smeru. Saglasno svojim osobinama, nepovratni ventili se dele na: obične i nepovratne ventile sa prigušenjem, naizmenične ventile, brzoispusne ventile, ventile obostranog pritiska itd. U našem slučaju je upotrebljen nepovratni ventil sa prigušenjem, tzv. “prigušnica” (Slika 8). Prigušnica dopušta slobodan protok radnog fluida u jednom smeru a prigušuje ga u drugom. Prigušenje se postiže uvrtanjem vijka, koji povećava ili smanjuje poprečni presek kanala za proticanje vazduha pod pritiskom. Na taj način, prigušnicom se može uticati na brzinu kretanja radnog organa, u našem slučaju pneumatskog cilindra, koji se preko ovog elementa napaja vazduhom. Željeno kretanje malom brzinom pneumatskog cilindra pomoću prigušnice se može ostvariti na dva načina: prigušivanjem vazduha koji struji u cilindar ili vazduha koji iz cilindra biva istiskivan i preko razvodnika vraćen u atmosferu. Drugi način je bolji jer pri malim brzinama translacije obezbeđuje veću ravnomernost kretanja.
Ručno upravljanje se ograničava uglavnom na jednostavne slučajeve sa jednim do dva cilindra, dok se srednji i veći sistemi upravljaju automatski. Prilikom ručnog upravljanja koristi se sila mišića (ručno ili nožno aktiviranje razvodnika). U našem slučaju moguće je ručno upravljati cilindrima uključivanjem i isključivanjem prekidača smeštenih na upravljačkom panelu uz prethodno obezbeđen električni upravljački signal i vazduh pod pritiskom prikladno pripremljen za rad. Automatsko upravljanje ne zahteva veliko učešće čoveka. Čovek će, eventualno, samo inicirati automatski ciklus na početku procesa i zaustaviti ga na kraju, dok u međuvremenu nije učesnik već samo nadglednik procesa. U radu pneumatskih automata pre svega mora da se izvrši detekcija, tj. otkrivanje položaja pojedinih cilindara. To se može izvršiti na više načina. U našem slučaju, detekcija je izvršena upotrebom “krajnjih prekidača”. To su mikro-prekidači (tasteri) koji rade sa jednosmernim naponom od +24 [V]. Svaki izvršni element sistema automatskog upravljanja tj. pneumatski cilindar mora da ima dva krajnja prekidača. Jedan od njih detektuje početni položaj klipne poluge cilindra, tzv. minus – položaj, dok drugi detektuje njen krajnji položaj, plus – položaj. S obzirom na kontakte koje poseduju, krajnji prekidači mogu biti radni i mirni. Pritiskanjem ili otpuštanjem ovih tastera, u zavisnosti od toga da li je posmatrani taster radni ili mirni, formira se naponski signal. Taj naponski signal koji u sebi sadrži informaciju da je krajnji prekidač pritisnut je pogodan za prenos na daljinu. On se električnom instalacijom prenosi do slobodnoprogramirajućeg uređaja (PLC-a) koji ga detektuje. Ovako dobijeni ulazni signal slobodnoprogramirajući uređaj obrađuje i na osnovu njega formira izlazni signal. 4.8. Pneumatski simboli prema CETOP standardu CETOP je skraćenica za evropski komitet za uljno-hidrauličnu i pneumatsku transmisiju (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliquest et Pneumatiques). Preporuke CETOP-a su kod nas obuhvaćene JUS L.N1 standardom. Sledi tablica standardnih pneumatskih simbola prema CETOP-u:
XVI II/ 16
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 9. XVI II/ 17
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 10.
XVI II/ 18
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 11. XVI II/ 19
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
Slika 12. XVI II/ 20
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
5. Električne šeme i tabela 5.1. Redna stezaljka X2 i relei
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
+
+
1
ulazi
2
3
4
5
6
izlazi
redna stezaljka X2
-
RE1
RE2
RE3
relei Slika 13.
XVI II/ 21
RE4
+
7
8
9
-
-
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
5.2. Upravljački panel
0v
0v 0v
0v
24 24 24 24 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 v v v v
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA 5.6. Tabela ulaza i izlaza
Tabela 1
XVI II/ 27
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
XVI II/ 28
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
6. Primeri Napomene: • • •
svi primeri su ostvareni na osnovu zadatog kinematskog dijagrama pri pokretanju procesa, pre pritiska tastera START PLC (adresa 0.14) obavezno je prebacivanje glavnog prekidača iz položaja „Isključeno“ u položaj „Auto.“ (adresa 0.02) dok je u pojedinim primerima potrebno i aktiviranje tastera START proc. (adresa 0.00). ručno upravljanje cilindrima se ostvaruje prebacivanjem glavnog prekidača iz položaja „Isključeno“ u položaj „Ručni“ (adresa 0.03)
6.1. „Otvaranje“ i „zatvaranje“ cilindra Cilj primera je dovođenje cilindra u njegov krajnji položaj – „otvoren“ pritiskom tastera START PLC koji se nalazi na upravljačkoj kutiji. Cilindar u postignutom položaju ostaje proizvoljno dugo vremena. Pritiskom tastera STOP PLC, cilindar se vraća u svoj početni položaj – „zatvoren“. U svom početnom položaju ostaje do sledećeg pritiska tastera START PLC. Popularan naziv za izgled relejnog i lestvičastog dijagrama korišćenog u ovom primeru je „samodržanje“. Principijelna šema:
6.2. Vremenski uslovljeno zadržavanje cilindra u krajnjem („plus“) položaju Cilj primera je dovođenje cilindra u njegov krajnji položaj (plus–položaj) i njegovo zadržavanje u postignutom položaju tačno 5 sekundi. Nakon isteka predviđenog vremena cilindar se vraća u svoj početni položaj (minus–položaj). „Plus“ kretanje cilindra ostvariti pritiskom tastera START PLC. Prevremeno minus–kretanje može se ostvariti pritiskom tastera STOP PLC. Zadržavanje cilindra u plus–položaju se ostvaruje upotrebom tajmera (eng timer). Napomena: vreme predviđeno za zadržavanje cilindra u plus–položaju može se izabrati proizvoljno. Podešavanje željenog intervala vrši se prilikom crtanja lestvičastog dijagrama. Izabrani interval se unosi u tajmer. Takt tajmera je 0,1 [s] što znači da željeni vremenski interval postižemo unošenjem broja 50 (5 [s] = 0,1 [s] * 50) u polje tajmera predviđeno za unos dužine intervala. Principijelna šema:
6.3. Kontinualna plus – minus kretnja cilindra Cilj primera je ostvariti kontinualno “otvaranje” i “zatvaranje” cilindra. Početak ciklusa se ostvaruje pritiskom tastera START PLC. Ciklus se pekida pritiskom tastera STOP PLC. Za vreme ciklusa, cilindar se u svom plus-položaju ne zadržava, dok se u minus-položaju zadržava 3 [s]. Željeni interval se postiže primenom tajmera. U situacijama opasnim po radnika ili opremu postoji potreba za brzim i trajnim prekidom procesa. To se može ostvariti pritiskom na bilo koji od dva tastera “nužni stop” (NS proc. i NS PLC). Nakon pritiska bilo kog od pomenutih tastera, u realnom industrijskom okruženju potrebno je otkloniti izvor opasnosti da bi se proizvodni sistem ponovo mogao pustiti u pogon. Taj proces je simuliran pritiskom tastera KVIT. Otklanjanjem kvara sistem se vraća u početno stanje i spreman je za ponovno puštanje u rad. Principijelna šema:
6.4. Kontinualan, vremenski regulisan rad cilindra sa mogućnošću signalizacije kvara sistema Cilj je ostvariti kontinualno pomeranje cilindra do svog plus - položaja, odnosno da svog minus - položaja. Potrebno je da se cilindar u svom krajnjem položaju zadrži 2 [s], i nakon vraćanja u svoj početni položaj, takođe 2 [s]. Zatim se ciklus ponavlja. Proces započinje pritiskom tastera START PLC a prekida se pritiskom tastera STOP PLC. U slučaju kvara sistema, što je simulirano povećanjem radnog pritiska u pneumatskom vodu, radni proces se automatski prekida i sistem se dovodi u svoj početni položaj. Pri tome se uključuju svetlosna i zvučna signalizacija kvara. Nemoguće je ponovo započeti proces dok se kvar ne otkloni. Tasteri NS proc. i NS PLC služe za preventivno trajno isključivanje sistema i prekidanje svetlosne i zvučne signalizacije, dok taster KVIT pomaže prilikom vraćanja sistema u svoj početni položaj. Principijelna šema:
6.5. Kontinualan, vremenski regulisan rad dva cilindra sa mogućnošću signalizacije kvara sistema Cilj je obezbediti kontinualan, vremenski regulisan rad dva cilindra. Proces se pokreće pritiskom tastera START PLC a zaustavlja pritiskom tastera STOP PLC. U slučaju opasnosti po čoveka ili uređaje, rad cilindara se može trajno prekinuti pritiskom na bilo koji od tastera NS proc. i NS PLC. Potrebno je ostvariti da nakon pokretanja procesa prvi cilindar zauzme svoj plus-položaj. Po zauzimanju plus-položaja prvog cilindra, započinje se sa “otvaranjem” drugog cilindra. Postignuti plus-položaj drugog cilindra inicira minus-kretnju prvog. Nakon što prvi cilindar zauzme svoj početni položaj, i drugi cilindar se “zatvara”. Po isteku 2 [s] od postizanja početnog položaja drugog cilindra, čitav proces se ponavlja. Napomena: vreme mirovanja cilindara nakon izvršenog ciklusa možemo izabrati proizvoljno. U slučaju povećanja radnog pritiska iznad granice podešene na diferencijalnoj sklopki, proces se zaustavlja. Povećanje pritiska je signalizirano svetlosnim i zvučnim efektom. Signalizaciju je moguće isključiti pritiskom na bilo koji od tastera “nužni stop”. Pritisak se vraća u normalu podešavanjem slavine na regulacionom ventilu koji se nalazi na pripremnoj napojnoj grupi. Tek nakon pritiska tastera KVIT proces je spreman za ponovno poketanje. Principijelna šema: `plus` kretnja
adrese izlaza 1.02 cilindar C 1.03 cilindar F 1.14 rot. sv. 1.15 sir.
XVI II/ 39
R M 9
R M 11 12
R M 5
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Lestvičasti dijagram:
XVI II/ 40
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Vremenski dijagram:
START PLC (I:0.14) t C (Q:1.02)
t c0 (I:0.08)
t c1 (I:0.09)
t F (Q:1.03)
t f0 (I:0.10)
t f1 (I:0.11)
t Tajmer
t T
XVI II/ 41
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
6.6. Sekvencijalna mreža sa dva cilindra – upotreba memorije Cilj primera je omogućiti rada dva cilindra korišćenjem memorijskog elementa. Memorijski element omogućuje “pamćenje” željenih unutrašnjih stanja i izvršenje potrebnih naredbi. Za memorijske elemente, u LD koriste se posebne instrukcije počevši od adrese 5.00. Početak procesa, odnosno “otvaranje” prvog cilindra započinjemo pritiskom tastera START PLC. Zauzimanjem svog plus - položaja, prvi cilindar inicira “otvaranje” drugog cilindra. Postizanjem svog plus - položaja drugi cilindar aktivira memoriju X i trenutno uzrokuje sopstveno vraćanje u početni položaj. Vrativši se u svoje početno stanje, drugi cilindar pobuđuje minus kretnju prvog cilindra. Vrativši se u svoje početno stanje prvi cilindar isključuje memoriju. Proces je moguće zaustaviti u bilo kom tenutku pritiskom tastera STOP PLC. U hitnim slučajevima, rad sistema se može trajno prekinuti pritiskom bilo kog od tastera “nužni stop”. Principijelna šema: `plus` kretnja
`plus` kretnja
`minus` kretnja
f1
F
C
`minus` kretnja
f0
c1
c0
A P
R
Kinematski dijagram: C
c1
t
c0
F
f1
t
f0 X
t T
XVI II/ 42
B
A
P
R
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Relejna šema: 1
R
b1
Auto.
2
3
b7
d1
5
4
f1
d2
6
d1
X
b9
c1
b2 START PLC
b3 f0
d2 d2
X
X
b4
STOP PLC
b5
NS proc.
b8 c0
b6
NS PLC
d1
d2
X
M R M 2 5
R M 4 2 6
Tablica ulaza/izlaza: adrese ulaza adrese izlaza 0.01 NS proc. 1.02 cilindar C 0.02 Auto. 1.03 cilindar F 0.08 c0 0.09 c1 0.10 f0 0.11 f1 0.13 STOP PLC 0.14 START PLC 0.15 NS PLC
XVI II/ 43
C
d3 F
d4
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Lestvičasti dijagram:
Vremenski dijagram: START PLC (I:0.14) t C (Q:1.02)
t c0 (I:0.08)
t c1 (I:0.09)
t F (Q:1.03)
t f0 (I:0.10)
t f1 (I:0.11)
t X
t
XVI II/ 44
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
6.7. Automatski uređaj za bušenje radnih predmeta Cilj je realizovati sistem za bušenje radnih predmeta sa automatskim prinošenjem istih, upotrebom tri pneumatska cilindra i prateće opreme (Slika 18).
a0 A a1
C
c1
c0
f1 F f0
Slika 18. Uređaj za automatsko bušenje se pokreće pritiskom tastera START PLC. Pritiskom tastera STOP PLC prekida se rad bušilice. U slučaju opasnosti po čoveka i opremu radni proces bušilice može se prekinuti pritiskom bilo kog od tastera NS proc. i NS PLC. Princip rada automatske bušilice: prvi cilindar potiskuje deo za obradu ispod burgije bušilice. Drugi cilindar steže radni predmet. Zadatak trećeg cilindra je da obezbedi potreban posmak bušilice na dole. Nakon obrade radnog predmeta (pretpostavka je da elektromotor bušilice vrti burgiju i time vrši obradu radnog predmeta) treći cilindar podiže bušilicu, radni predmet biva otpušten od strane drugog cilindra i potisnut van delovanjem prvog cilindra. Proces se ponavlja pritiskom tastera START PLC. U slučaju povećanja radnog pritiska u pneumatskom vodu proces se automatski prekida i uključuje se svetlosna i zvučna signalizacija kvara. Tasterima “nužni stop” se isključuje signalizacija a dovođenjem radnog pritiska u normalu pomoću regulatora pritiska čitav sistem se dovodi u početno stanje. Zadatak je ostvaren upotrebom memorije. Principijelna šema: `plus` kretnja
izlaza cilindar A cilindar C cilindar F rot. sv. sir.
XVI II/ 46
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Relejna šema: 3
2
1
R
b1
d1
Auto.
4
b6
b6
b6
STOP PLC
STOP PLC
d1
d1
d1
d5
d6
START proc.
b3 NS proc.
d1 b9
b8
b8
f1
b5
f1
d7
dif. sk.
8
d4
F
C
R 2 3 4 5 6 810 M
R
d3
d2
d1
STOP PLC
d1
d1
b10
b5
b3 NS proc.
d7
a1
d6
13
dif. sk.
b12
c1
R 7 M9
12
11
b6
STOP PLC
d5
A
10
9
b6
b4 NS PLC
b11
b13
a0
d7
d6
f0
d8
d7
X
M
d5
START PLC
c0
b4
M
STOP PLC
b7
NS PLC
7
b6
STOP PLC
b2
6
5
R9 M
rot. sv. R 11 M 9
XVI II/ 47
d9
sir.
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA Lestvičasti dijagram:
XVI II/ 48
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
PLC TIPA SYSMAC CJ-1G
Vremenski dijagram:
START PLC (I:0.14) t C (Q:1.02) t c0 (I:0.08) t c1 (I:0.09) t F (Q:1.03) t f0 (I:0.10) t f1 (I:0.11) t A (Q:1.00) t a0 (I:0.04) t a1 (I:0.05) t X t
XVI II/ 49
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC MOT. SA SLABLJENJEM
IXX. vežba POGON JEDNOSMERNOG MOTORA SA SLABLJENJEM POLJA 1. Postupak izvođenja vežbe: •
Osnovi regulacije jednosmernog motora objašnjeni su u materijalu za vežbu IX.
•
Povezati tiristorski regulisani ispravljač na mrežu sa motorom jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom kao opterećenjem.
•
U kolo pobude povezati odgovarajući promenljivi otpornik za regulaciju struje pobude.
M Kombinovano upravljanje naponom i pobudom
•
U rotorsko kolo jednosmernog motora povezati ampermetar za merenje rotorske struje i voltmetar za merenje rotorskog napona, a u pobudno kolo ampermetar za merenje pobudne struje.
•
Izvršiti snimanje karakteristika regulacije motora (funkcije rotorskog napona, rotorske struje i pobudne struje u funkciji brzine obrtanja), u području konstantnog momenta povećanjem napona na izlazu tiristorskog regulatora od nula do nominalne vrednosti motora očitane na njegovoj. Dalje snimiti i karakteristiku regulacije motora u području konstantne snage smanjenjem struje pobude naniže sve do granice stabilnosti.
2. Korišćena oprema: Podaci jednosmernog motora
:
Instrumenti: UA - Voltmetar IA - Ampermetar IP - Ampermetar Regulacioni otpornici Tiristorski ispravljač Tahometar
: : : : : : IXX / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
DC MOT. SA SLABLJENJEM
3. Osnovni dijagrami i relacije: φ Mn Ua
φ = φn = c o n s
U = cons
M = c o n s=t M n
P = cons Ia = Ia m a x
U
−ω
−2ω n
ωn
−ω n
2ω n
φ~
1
ω
M~
1
ω
ω 2ωn φ < φn
ω n I a < I a max
P = const I a = I a max I a = I a max
U
M
φ = φn = const
− ωn φ < φn
I a < I a max
− 2ωn
Opseg momenta pri kombinovanom upravljanju
ω=
U a M (Ra + R pp ) − CΦ C 2Φ 2
ω ∗ = n∗ =
u a*
ϕ
−
m∗ ϕ 2Ka
Ra + R pp T dω = 2 Z U a = U an = const =J Tm = J 2 2 ϕ Ka C Φ dM IXX / 2
Ra + R pp dω =− dM C 2Φ 2 2
Tmf
⎛Φ ⎞ = Tm ⎜ n ⎟ = ϕ − 2Tm ⎝Φ ⎠
ω
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA 4. Izmerene vrednosti: a) Za regulaciju brzine obrtanja u opsegu konstantnog momenta: Brzina obrtanja n [o/min] Rotorski napon UA [V] Rotoska struja IA [A] Pobudna struja IP [A] b) Za regulaciju brzine obrtanja u opsegu konstantne snage: Brzina obrtanja n [o/min] Rotorski napon UA [V] Rotoska struja IA [A] Pobudna struja IP [A] Izveštaj treba da sadrži: a) b) c) d)
šemu veze; tabele sa rezultatima merenja; popis svih korišćenih instrumenata i mašina; dijagrame.
IXX / 3
DC MOT. SA SLABLJENJEM
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC MOT. SA NAP. REG.
XX. vežba REGULACIJA VENTILATORSKOG POGONA SA MONOFAZNIM ASINHRONIM MOTOROM SA NAPONSKOM REGULACIJOM 1. Osnovi naponske regulacije Jednofaznim asinhronim motorima sa stalno priključenim kondenzatorom može se jednostavno regulisati brzina obrtanja promenom napona napajanja, pomoću antiparalelno vezanih tiristora ili pomoću triaka. Pri tome se naročito efikasno može vršiti regulacija brzine obrtanja u širokom opsegu kod pogona kod kojih moment opterećenja ima kvadratični karakter mt = kω2 u funkciji brzine obrtanja, sa malim vrednostima momenta pri malim brzinama. Takvu karakteristiku momenta opterećenja poseduju ventilatori i pumpe, pa regulisani monofazni motori sa tiristorskim regulatorima napona nalaze primenu upravo u njima.
um
Th1
Th2
uc C
b B
u sβ
i sβ
A
θ
i rβ
a i rα
i sα
u sα
Principijelna šema vezivanja tiristorskog regulatora napona sa jednofaznim asinhronim motorom sa stalno priključenim kondenzatorom XX / 1
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC MOT. SA NAP. REG.
Primenjuju se dve vrste spoja motora i tiristorske regulacije pri čemu se regulacijom menja ukupni napon napajanja glavne i pomoćne faze ili se menja samo napon glavne faze dok se pomoćna faza preko kondenzatora napaja iz konstantnog mrežnog napona. Drugi način spajanja u kom se menja samo napon glavne faze je efikasniji, pošto pri manjim brzinama obezbeđuje veće termički dozvoljene momente. Principijelna šema vezivanja za drugi način spajanja prikazana je na prethodnoj slici. Promena napona preko antiparalelno vezanih tiristora izvodi se principom sečenja faza, kod koga se u trenucima sa različitim kašnjenjem u odnosu na prolazak napona napajanja kroz nulu dovode impulsi za paljenje na jedan tiristor tokom pozitivne poluperiode ili na drugi tokom negativne poluperiode. U tim trenucima provode tiristori te spajaju potrošač, u ovom slučaju namotaj pomoćne faze, direktno na mrežu. Ovaj režim rada tretira se kao provodno stanje. Isključivanje tiristora izvodi se u trenucima kada trenutna vrednost struje kroz njih padne na nultu vrednost. U slučaju omsko induktivnog opterećenja taj trenutak se razlikuje od sledećeg trenutka prolaska napona napajanja kroz nulu. Režim posle isključenja do sledećeg trenutka dovođenja impulsa za paljenje tretira se kao prekidno stanje u kom je potrošač izolovan od mreže. Promenom kašnjenja odnosno ugla paljenja tiristora određuje se u kolikom se trajanju dovodi mrežni napon na potrošač a samim tim i efektivna vrednost napona na njemu. 2. Postupak izvođenja vežbe: •
Povezati tiristorski podešivač na red sa glavnom fazom monofaznog asinhronog motora.
•
U kolo pomoćne faze povezati odgovarajući kondenzator.
•
U kolo glavne faze povezati ampermetar za struje i voltmetar za merenje napona glavne faze.
•
Izvršiti snimanje karakteristike regulacije motora (funkcije napona i struje glavne faze u funkciji brzine obrtanja), povećanjem napona na izlazu tiristorskog podešivača od nule do punog napona mreže.
3. Korišćena oprema: Podaci asinhronognog motora
:
Instrumenti: UA - Voltmetar IA - Ampermetar Tiristorski podešivač Tahometar
: : : :
XX / 2
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA
AC MOT. SA NAP. REG.
4. Osnovni dijagrami regulacije:
Promena statorske struje u funkciji veličine statorskog napona.
Promena momentne karakteristike u funkciji veličine statorskog napona.
XX / 3
LABORATORIJSKE VEŽBE IZ UPRAVLJANJA PROCESIMA 5. Izmerene vrednosti: Brzina obrtanja n [o/min] Napon glavne faze UB [V] Struja glavne faze IB [A] Brzina obrtanja n [o/min] Napon glavne faze UB [V] Struja glavne faze IB [A] Izveštaj treba da sadrži: a) b) c) d)
šemu veze; tabele sa rezultatima merenja; popis svih korišćenih instrumenata i mašina; dijagrame.
