VŠB-TU Ostrava
SN171
PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ Úloha č. 3 Dálková správa s využitím WIFI technologie
Datum měření: 28.3.2007
Vypracoval:Ondřej Winkler Spolupracoval:Martin Valas
Zadání: 1. Seznamte se s dílčími pracovišti laboratorní úlohy „Hierarchická strukturu řízení“ a s možnostmi přístupu k jednotlivým reálným úlohám z různých úrovní řízení. (teplovzdušný model, model automatická pračka). 2. Zkonfigurujte měřicí úlohu na druhé úrovni řízení a ověřte její funkčnost. 3. Proveďte měření na teplovzdušném modelu ze třetí úrovně a vykreslete naměřené hodnoty v grafu pomocí programu Excel a vyjádřete se k průběhům. 4. Proveďte zhodnocení naměřených dat.
Schéma zapojení
Obr. 1 celkový pohled na zapojení měřené úlohy
Teoretický rozbor Ovládaná soustava (funkční model) se nachází na obr. 2. Rozměry soustavy jsou 450 x 400 x 350mm. Hlavní částí pohonu jsou krokové motory. Krokový motor pro podélný směr (1), krokový motor pro příčný směr (2) a krokový motor pro svislý pohyb (3). Posuvný pohyb je realizován pomocí závitových tyčí Ø 8mm se stoupání 1,25mm (4). Vodicí tyče v podélném směru jsou zhotoveny z tenkostěnných trubek o Ø 10mm a síle stěny 1mm. Větší průměr těchto tyčí je volen s ohledem na to, že se po nich pohybuje celý mechanismus pro podélný směr. Krokové motory pro oba směry mají stejné parametry. Mechanismus pro podélný směr se skládá z krokového motoru (1), vodicích tyčí , závitové tyče (4).
Koncové spínače pro zajištění kalibrace na nulovou polohu (5) a optické závory pro zjišťování aktuální polohy při pohybu (6). Materiál, ze kterého jsou zhotoveny ostatní díly je plast o rozměrech 19,5x19,5mm. Na mechanismu pro pohyb ve vertikálním směru (7) se nachází pracovní nástroj, v tomto případě se jedná o vrtačku plošných spojů (8).
Obr. 2 Funkční model soustavy Na obr. 1 je uvedeno zapojení soustavy a nadřízeného PC. Zapojení nadřízeného PC a soustavy je provedeno přímo s využitím virtuálního sériového portu. Vlevo na obrázku je umístěno nadřízené PC s aplikací pro ovládání soustavy. V PC je vložena bezdrátová síťová karta. Uprostřed se nachází převodník EZL 300W Lite, ke kterému je připojen převodník RS-232 / RS-485. Vpravo jsou umístněné komunikační moduly. V horní části je vidět model polohované soustavy. KALIBRACE NULOVÉ POLOHY Kalibrace nulové polohy u ovládané soustavy je velmi důležitá pro zajištění přesné vzdálenosti od nulové hodnoty. Po kalibraci je soustava připravena na pohyb v jakémkoli směru.. Na podobném principu fungují všechny polohovací stroje. Kalibraci zajišťují dva koncové spínače (obr.3).
Obr. 3 Koncové spínače, pro kalibraci MONITOROVÁNÍ AKTUÁLNÍ POLOHY Vzdálenost, do které má být pracovní stůl polohován, musí být nějakým způsobem zjistitelná. Probíhá to tak, že uživatel zadá vzdálenost pomocí aplikace pro ovládání. Aplikace vyšle řetězec do komunikačních modulu. Následně při pohybu soustavy dochází k odečítání jednotlivých pulsů od nastavené vzdálenosti. Velikost jednoho pulsu je volena s ohledem na stoupání závitu, které činí 1,25mm. Hodnota která se odečte při každém pulsu je tedy 0,25mm a je to nejmenší vzdálenost, kterou je možné zadávat a se soustavou pohybovat. Pulsy jsou získávány prostřednictvím optických závor a kontrolních kotoučů, které jsou umístěny na konci závitových tyčí. Uchycení optických závor (obr. 4, 5).
Obr. 4 Optická závora pro podélný směr
Obr. 5 Optická závora pro příčný směr Na obr. 6 jsou zobrazeny komunikační moduly. Komunikační modul „A“ má umístěn na předním panelu dva konektory RS-485. Jeden slouží pro připojení nadřazeného PC a druhý je pro připojení komunikačního modulu „B“. Oba moduly jsou napájeny stejnosměrným napětím 12V. Konektory pro napájení jsou rovněž umístěné na předním panelu obou komunikačních modulů.
Obr. 6 Komunikační moduly
Postup práce Úloha spojuje v sobě několik zařízení, které pro správnou funkci úlohy musí bezchybně spolupracovat. Jako první z řady úkonů je důležité mít spuštěnou aplikaci pro ovládaní na nadřízeném PC v prostředí Control Web 5.
Je důležité zkontrolovat nastavení COM portu v parametrickém souboru ASCII ovladače (obr. 7). V případě použití virtuálního sériového portu je zde nutné nastavit virtuální sériový port, např. COM2.
Obr. 7 Nastavení parametrického souboru ASCII ovladače Zároveň je třeba provést nastavení komunikačního portu v systému Windows.
Obr. 8 Nastavení komunikačního portu Přenosovou rychlost je doporučeno nastavit na 9600b/s. Při větších rychlostech může docházet k chybám v komunikaci. Následně je třeba správně zapojit převodníky RS-232/WiFi. Jedná se o převodníky EZL 300W Lite. Po zapojení převodníků se vloží WiFi karta do PCMCIA slotu.
Obr. 9 Zapojení převodníku EZL 300W a převodníku RS-232/RS-485 Pro případ zapojení dvou převodníků EZL 300W Lite proti sobě je nutné provést změnu nastavení obou převodníků. Nastavení je uvedeno v předchozích kapitolách. Je důležité, aby nadřazený převodník (master) byl na straně PC, jinak nedojde ke spojení převodníků do sítě. Na straně ovládané soustavy je připojen podřízený (slave) převodník. Po zapojení převodníků do sítě dojde k automatické inicializaci převodníků. Pokud jsou správně nastaveny, dojde ke spojení těchto převodníků do sítě. Úspěšné spojení je indikováno diodami umístěnými na převodnících. Následně k podřízenému převodníků připojíme převodník RS232/RS-485. Komunikační moduly připojíme k soustavě pomocí dvojice prodlužovacích kabelů. Následně připojíme sběrnici RS-485 k převodníkům. Následuje zapojení napájení pro jednotlivé komunikační moduly avšak nezapneme přívod napětí. Pokud máme vše správně zapojeno a zkontrolováno můžeme pokračovat dále. Jako první spustíme aplikaci pro ovládání soustavy. Pokud je aplikace úspěšně spuštěna můžeme zapnou napájení komunikačních modulů. V tomto okamžiku se doporučuje vyzkoušet polohování v jakémkoliv směru a následně provést kalibraci na nulovou polohu. Nedoporučuje se provádět kalibraci ihned po zapnutí napájení. Může dojít k chybě v komunikaci. Pokud první kalibrace proběhla úspěšně, soustava je připravena na vykonávaní požadovaných úkonů. ÚLOHA OVĚŘOVÁNÍ MOŽNOSTÍ KOMUNIKACE Úkolem úlohy je seznámit studenty se způsobem komunikace nadřízené aplikace s komunikačními moduly. Úloha pro práci se soustavou je zaměřena na nastavení jednotlivých znaků řetězce, který je vysílán z aplikace do komunikačních modulů.
Základem úlohy je aplikace, která je vytvořena v systému Control Web 5. Aplikace se skládá z jednoho okna, které obsahuje tlačítko VÝSTUP pro vyslání řetězce z aplikace. Dále obsahuje volná pole, do který je umožněno zapisovat jednotlivé znaky nebo hodnoty viz obrázek 10.
Obr.10 Okno aplikace Uvozovací znak je implicitně nastaven na znak ‘#‘. Je to adresa obou modulů na jedné sběrnici. Adresa modulů slouží pro adresování dat jednotlivým modulům. Znak pro modul A je ‘A‘ a pro modul B je ‘B‘. Směr pohybu se zadává číselně podle následující tabulky.
Tabulka 1
Zadávání hodnot pro směr pohybu
Nastavení směru pohybu pro komunikační modul A Pohyb po Pohyb více 255 než Směr puslů 255 pulsů Vpřed 12 140 Vzad 4 132 Vpravo 3 131 Vlevo 1 129 STOP 16 KALIBRACE 160 Pro pohyb nad 255 pulsů je nutné nejdříve vypočítat vzdálenost, která přesáhne hodnotu 255, a tu následně zapsat do pole „vzdálenost pohybu“ a dále zadat hodnotu směru pohybu ze sloupce pro pohyb přes 255 pulsů. Pulsy jsou získávány z optických závor. Jeden puls odpovídá vzdálenosti 0,25 mm. Pro pohyb nad 255 pulsů je nutné nejdříve vypočítat vzdálenost, která přesáhne hodnotu 255, a tu následně zapsat do pole „vzdálenost pohybu“ a dále zadat hodnotu směru pohybu ze sloupce pro pohyb přes 255 pulsů. Pulsy jsou získávány z optických závor. Jeden puls odpovídá vzdálenosti 0,25 mm. Příklad: Posuv o hodnotu 300 pulsů odpovídá vzdálenosti 75mm. 300 - 255 = 45. Pro pohyb o 300 pulsů vpřed zadáme hodnotu vzdálenosti 45 a směr 140. Pro pohyb o 100 pulsů vpřed zadáme hodnotu vzdálenosti 100 a směr 12. Podobným způsobem jsou zadávány hodnoty v ostatních směrech. Následující tabulka uvádí hodnoty pro pohyb ve vertikálním směru. Tabulka 2
Zadávání hodnot pro směr pohybu
Nastavení směru pohybu pro komunikační modul B Směr hodnota Nahoru 3 Dolů 1 Vrtej 160 STOP 16 Zapni vrtačku 140 Vypni vrtačku 132 Úloha v sobě spojuje jednak zadávání hodnot pro jednotlivé směry pohybu a zároveň vysvětluje způsob komunikace aplikace s komunikačními moduly. V uvedených tabulkách (tabulka 1. a tabulka 2.) se nalézají hodnoty zadávané pro směr pohybu.
Vykreslení obrazce Úkolem této úlohy je vykreslení obrazce pomocí zvolených souřadnic. Postup vykreslování obrazce je takový, že uživatel si zvolí obrazec, který bude chtít vykreslit (čtverec, obdélník, trojúhelník). Následně stanoví souřadnice jednotlivých bodů obrazce. Rozměry obrazce závisí na zvolených souřadnicích. Pro vykreslení čtverce nebo obdélníku postačí souřadnice čtyř bodů. Pokud bude vykreslován trojúhelník, nebo jakákoliv šikmá přímka musí být stanoveny souřadnice jednotlivých bodů přímky. Na obrázku 11 je uveden obrazec, který má byt vykreslen a způsob, jak stanovit souřadnice pro vykreslení.
Obr. 11 Zvolený obrazec a jeho mezní rozměry Černá čára na obrázku 11 představuje dráhu nástroje. Černé body znázorňují krajní polohy nástroje a modré body uvádějí, ve kterých bodech je nutné stanovit souřadnice. Čísla naboku obrázku slouží jako označení jednotlivých řádku pro zpřehlednění tabulek souřadnic. Tabulka 3 řádek1 x 12 18 24 30 36 42
Souřadnice obrazce podle obr. 12 řádek2 y 6 6 6 6 6 6
x 48 6
y 12 12 řádek3 18 15 36 15
řádek4 x y 48 18 39 18 36 18 33 18 21 18 18 18 15 18 6 18
řádek5 x y 18 21 36 21 řádek6 48 24 6 24 řádek7 6 30 48 30
řádek8 x y 48 36 42 36 12 36 6 36 řádek9 15 39 39 39
řádek10 x y 48 42 36 42 33 42 3 42 27 42 24 42 21 42 18 42 6 42
řádek11 x y 12 48 18 48 24 48 30 48 36 48 42 48
Obr. 12 Hotový obrazec po provedení úlohy
Závěr Tato úloha se zabývá dálkovou správou s využitím WIFI technologie. Prakticky se jedná o řízení vyvrtávání děr do přípravku. Ovládaná soustava (funkční model) se nachází na obr. 2. Hlavní částí pohonu jsou krokové motory. Soustava obsahuje tři krokové motory, pro podélný směr, pro příčný směr a pro svislý pohyb (vrtačka). Krokové motory pro oba směry mají stejné parametry. Soustava dále obsahuje koncové spínače pro zajištění kalibrace na nulovou polohu a optické závory pro zjišťování aktuální polohy při pohybu. Komunikace s PC probíhá po RS232 a RS485 V první části úlohy jsme se seznámili s ovládáním soustavy (vyzkoušeli jsme příčný a podélný posuv, vrtání, tvorbu a ukládání bodů do databáze). Dále jsme navrhli obrazec, který bude vyvrtán. Na základě tohoto obrazce jsme vyhotovili tabulky s body, které se zadávali do programu Control Web 2000. Pomocí těchto bodů pak byl obrazec postupně vyvrtán. Jeho výsledný vzhled je zobrazen na obr. 12. Poslední část úlohy se zabývala způsobem komunikace nadřízené aplikace s komunikačními moduly. Zde jsme nastavovali jednotlivé znaky řetězce, které jsme z aplikace posílali do komunikačních modulů. Každý řetězec musí začínat znakem ‘#’ (což je adresa obou modulů na jedné sběrnici). Poté následuje znak ‘A’ či ‘B’ podle toho, o který
modul se jedná.Další parametry byly zadány dle tabulky a nebo 2. Pro pohyb nad 255 je nutné provést výpočet, viz Příklad 1.
