NS172
2005/2006
PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ Úloha č.2 - Průmyslová sběrnice RS485
Vypracoval: Ha Minh Spolupracoval: Josef Dovrtěl
17. 5. 2006
Zadání 1. Seznamte se s úlohou distribuovaného systému řízení laboratorních úloh („Stejnosměrný motor“, „Tlakovzdušná soustava“ a „Model výtahu“) propojených komunikační sběrnicí RS485. 2. Seznamte se s možnostmi vizualizace aplikace Labmer.cw: a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami, b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace, c) ovládání archivace, d) ovládání programové regulace. 3. Ověřte funkci jednotlivých laboratorních úloh: a) „Stejnosměrný motor“, b) „Tlakovzdušná soustava“, c) „Model výtahu“. 4. Úloha „Stejnosměrný motor“ – v režimu regulace sledujte průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty pro různá nastavení regulátoru. Některé charakteristické průběhy uložte do samostatných archivních souborů. 5. Úloha „Tlakovzdušná soustava“ - v režimu regulace sledujte průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty pro různá nastavení regulátoru. Některé charakteristické průběhy uložte do samostatných archivních souborů. 6. Proveďte vyhodnocení regulačních průběhů z uložených archivních souborů. Pro vynesení grafických závislostí importujte data do programu Microsoft Excel. Grafické průběhy patřičně okomentujte. Úloha stejnosměrný motor 1. Seznamte se s možnostmi vizualizace aplikace Labmer.cw: a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami, b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace, c) ovládání archivace, d) ovládání programové regulace. 2. Odměřte přechodovou charakteristiku stejnosměrného motoru. Průběh uložte do samostatného archivního souboru pro další zpracování. 3. Vyneste grafický průběh přechodové charakteristiky (např. v programu Microsoft Excel) z uloženého archivního souboru. Průběh patřičně okomentujte. 4. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci soustavy (stejnosměrný motor). 5. Určete optimální hodnoty parametrů (kR, TI) PS regulátoru. 6. Ověřte chování regulačního obvodu s vypočtenými parametry. Průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty uložte do archivního souboru. 7. Data z archivního souboru graficky zpracujte a okomentujte. Proveďte zhodnocení tohoto měření. Úloha tlakovzdušná soustava 1. Seznamte se s úlohou distribuovaného systému řízení laboratorních úloh („Stejnosměrný motor“, „Tlakovzdušná soustava“ a „Model výtahu“) propojených komunikační sběrnicí RS485. 2. Seznamte se s možnostmi vizualizační aplikace Labmer.cw: a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami, b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace, c) ovládání archivace, d) ovládání programové regulace. 2
3. Změřte přechodovou charakteristiku tlakovzdušné soustavy (kompresor a vzdušník) při různém nastavení škrtícího ventilku vzdušníku. Průběhy ukládejte do samostatných archivních souborů pro další zpracování. 4. Vyneste grafické průběhy přechodových charakteristik (např. v programu Microsoft Excel) z uložených archivních souborů. Průběhy porovnejte a okomentujte. 5. Ze zvolené přechodové charakteristiky proveďte identifikaci tlakovzdušné soustavy. 6. Určete optimální hodnoty parametrů (kR, TI) PS regulátoru. 7. Ověřte chování regulačního obvodu s vypočítanými parametry. Průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty uložte do archivního souboru. Porovnejte s jiným nastavením regulačních parametrů. Průběhy uložte do archivních souborů. 8. Data z archivních souborů graficky zpracujte a okomentujte. Proveďte zhodnocení tohoto měření.
Schéma zapojení
Aktivace komunikace
3
Postup měření 1.
2.
3.
4.
5.
6.
Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení: a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485, b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj, c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj, d) model výtahu – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic. Spusťte vizualizační aplikaci Labmer.cw v systému Control Web 2000. Vyzkoušejte si ovládání jednotlivých fyzických úloh z vizualizační aplikace. Úloha „Stejnosměrný motor“ vyžaduje zadání volby 2 + Enter (povolení DSC řízení) před zahájením komunikace z vizualizační aplikace. Pracujte s jednotlivými laboratorními úlohami: a) „Stejnosměrný motor“ – sledujte průběhy regulace řízení otáček motoru při změnách žádané hodnoty (w) v režimu regulace a ovládání. b) „Tlakovzdušná soustava„ - sledujte průběhy regulace tlaku vzduchu při změnách žádané hodnoty (w) v režimu regulace a ovládání. c) „Model výtahu“ – odzkoušejte funkci výtahu při ovládání pomocí virtuálních tlačítek z vizualizační aplikace. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Stejnosměrný motor“. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty při různých hodnotách regulačních parametrů kR a TI. Alespoň tři průběhy uložte do archivních souborů (MotorArchiv01.dbf). Zapište si použité regulační parametry při vytvoření nového archivního souboru spolu s jeho číslem pro pozdější vyhodnocení. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Tlakovzdušná soustava“. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty při různých hodnotách regulačních parametrů kR a TI. Alespoň tři průběhy uložte do archivních souborů (TlakArchiv01.dbf). Zapište si použité regulační parametry při vytvoření nového archivního souboru spolu s jeho číslem pro pozdější vyhodnocení. Uložené archivní soubory importujte do programu Microsoft Excel. Získané grafické průběhy okomentujte a proveďte jejich porovnání vzhledem k zadaným parametrům regulátoru.
Úloha stejnosměrný motor 1. Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení: a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485, b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj, c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj, d) „Model výtahu“ – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic. 2. Spusťte vizualizační aplikaci Labmer.cw v systému Control Web 2000. Vyzkoušejte si ovládání jednotlivých fyzických úloh z vizualizační aplikace. Úloha „Stejnosměrný motor“ vyžaduje zadání volby 2 + Enter (povolení DSC řízení) před zahájením komunikace z vizualizační aplikace. 3. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Stejnosměrný motor“. Režim řízení nastavte na ovládání. Odměřte přechodovou charakteristiku stejnosměrného motoru se zapnutou archivací (např. do souboru MotorArchiv01.dbf). a) v režimu ovládání zadejte počáteční hodnotu veličiny u (např. = 0 V), 4
b) c) d) e)
aktivujte archivaci (nové číslo arch. souboru, doba archivace např. 150 s) zapněte motor a vyčkejte ustálení, zadejte skokovou změnu veličiny u (např. 10 V), po ustálení měřené hodnoty ukončete měření (pokud již neuplynul nastavený čas tak vypněte archivaci a motor úlohy). 4. Uložený archivní soubor přechodové charakteristiky importujte do programu Excel. Získaný grafický průběh okomentujte. 5. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci stejnosměrného motoru. 6. Určete pomocí některé metody syntézy regulačního obvodu optimální hodnoty PS regulátoru. 7. Získané hodnoty parametrů regulace kR a TI zadejte do regulátoru. Ověřte chování regulátoru se získanými parametry. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty. Porovnejte s jiným nastavením regulačních parametrů. Průběhy uložte do archivních souborů. 8. Proveďte zhodnocení tohoto měření. Okomentujte získané grafické průběhy. Úloha tlakovzdušná soustava 1. Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení: a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485, b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj, c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj, d) „Model výtahu“ – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic. 2. Spusťte vizualizační aplikaci Labmer.cw v systému Control Web 2000. Vyzkoušejte si ovládání jednotlivých fyzických úloh z vizualizační aplikace. 3. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Tlakovzdušná soustava“. Režim řízení nastavte na ovládání. Odměřte přechodovou charakteristiku soustavy se zapnutou archivací (např. do souboru TlakArchiv01.dbf). a) v režimu ovládání zadejte počáteční hodnotu veličiny u (např. = 0 V), b) aktivujte archivaci (nové číslo arch. souboru, doba archivace např. 150 s), c) zapněte kompresor a vyčkejte ustálení, d) zadejte skokovou změnu veličiny u (např. 6 V), e) po ustálení měřené hodnoty ukončete měření (pokud již neuplynul nastavený čas tak vypněte archivaci a kompresor úlohy). 4. Uložený archivní soubor přechodové charakteristiky importujte do programu Excel. Získaný grafický průběh okomentujte. 5. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci tlakovzdušné soustavy. 6. Určete pomocí některé metody syntézy regulačního obvodu optimální hodnoty PS regulátoru. 7. Získané hodnoty parametrů regulace kR a TI zadejte do regulátoru. Ověřte chování regulátoru se získanými parametry. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty. Porovnejte s jiným nastavením regulačních parametrů. Průběhy uložte do archivních souborů. 8. Proveďte zhodnocení tohoto měření. Okomentujte získané grafické průběhy.
5
Stejnosměrný motor Nastavili jsme žádanou hodnotu w = 40 ot./min. Přechodová charakteristika měla následující průběh: Přechodová charakteristika stejnosměrného motoru 45,00 40,00
-1
otáčky [min ]
35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 Žádané otáčky
10,00
Regulované otáčky
5,00 0,00 0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
čas [s]
Tento průběh jsme identifikovali pomocí metody Požadovaného modelu. Soustava má setrvačnost 1.řádu a následující přenos: k1 Gs = T1 s + 1 Soustava se neustálila a kmitala kolem hodnoty 42 ot./ min. Z žádané a ustálené hodnoty jsme vypočítali zesílení k1:
k1 =
y 42 = = 1,05 w 40
Výpočet stavitelných parametrů pomocí metody Požadovaného modelu:
Časová konstanta T1: T1 = 1,245(t 0, 7 − t 0,33 ) = 1,245(0,5 − 0,20) = 0,373
Vzorkovací perioda a konstanta TW: T volíme 0,02s jelikož se jedná o téměř spojitou regulaci TW > T * 3 > 0,02 * 3 > 0,06 volíme 0,1
6
Integrační složka TI*: 0,02 T TI * = T1 − = 0,373 − = 0,27 2 2 Zesílení kp*: 2 * TI 2 * 0,27 = = 2,36 kp* = k1 * (2 * TW + T ) 1,05 * (2 * 0,1 + 0,02)
Pomocí vypočítaných parametrů jsme nastavili regulátor a provedli měření. Přechodová charakteristika měla tento průběh: Přechodová charakteristika stejnosměrného motoru 60,00
40,00
-1
otáčky [min ]
50,00
30,00 20,00 Žádané otáčky Regulované otáčky
10,00 0,00 0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
čas [s]
Průběh přechodové charakteristiky neustále mírně kmitá. K dosažení žádané hodnoty dojde za 1,5 sekundy.
7
Tlakovzdušná soustava Nastavili jsme požadovaný tlak w = 850 Pa a sledovali průběh přechodové charakteristiky: Přechodová charakteristika tlakovzdušné soustavy
1000,00
tlak [Pa]
800,00 600,00 400,00 Žádaný tlak 200,00
Regulovaný tlak
0,00 0,0
5,0
10,0
15,0
čas [s]
Tento průběh jsme opět identifikovali pomocí metody Požadovaného modelu. Soustava má setrvačnost 1.řádu a následující přenos: k1 Gs = T1 s + 1 Soustava kmitala kolem hodnoty y = 1005 Pa Z žádané a ustálené hodnoty jsme vypočítali zesílení k1: k1 =
y 1005 = = 1,18 w 850
Výpočet stavitelných parametrů pomocí metody Požadovaného modelu:
Časová konstanta T1: T1 = 1,245(t 0,7 − t 0,33 ) = 1,245(1,4 − 0,6) = 0,996 Vzorkovací perioda a konstanta TW: T volíme 0,02s jelikož se jedná o téměř spojitou regulaci TW > T * 3 > 0,02 * 3 > 0,06 volíme 0,1
8
Integrační složka TI*: T 0,02 TI * = T1 − = 0,996 − = 0,986 2 2 Zesílení kp*: 2 * TI 2 * 0,986 = = 7 ,6 kp* = k1 * (2 * TW + T ) 1,18 * (2 * 0,1 + 0,02) Pomocí vypočítaných parametrů jsme nastavili regulátor a provedli měření. Přechodová charakteristika měla tento průběh: Přechodová charakteristika tlakovzdušné soustavy 900,00 800,00
tlak [Pa]
700,00 600,00 500,00 400,00 300,00
Žádaný tlak
200,00
Regulovaný tlak
100,00 0,00 0,0
5,0
10,0
15,0
čas [s]
Průběh přechodové charakteristiky neustále mírně kmitá. K dosažení žádané hodnoty dojde za 1,8 sekundy.
Závěr Seznámili jsme se s pracovištěm, na kterém byla představena úloha pro ovládání stejnosměrného motoru, tlakovzdušné soustavy a modelu výtahu přes sběrnici RS 485. Dále jsme si vyzkoušeli ovládání motoru a tlakovzdušné soustavy pomocí aplikace Lamber.cw, kde jsme měli možnost nastavovat parametry regulátoru. U stejnosměrného motoru a tlakovzdušné soustavy jsme z vykreslených přechodových charakteristik identifikovali soustavu a vypočetli parametry regulátoru pomocí Metody požadovaného modelu. Přes aplikaci jsme si vyzkoušeli ovládání modelu výtahu. Model byl ovládán pomocí programovatelného automatu PLC firmy ABB.
9
