dogodkovno vodenje pri snovanju logičnih krmilij sistemov

1

Dogodkovno vodenje pri snovanju logičnih krmilij sistemov

Aleš Polič, Karel [email protected]

AIG’05 Maribor, 7-8 April 2005

www.ro.feri.uni-mb.si

AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 2

Povzetek

Logično krmilje sistemov Petrijeve mreže in matrični opis DDS Zgled

Stroj za razrez materialov z vodnim curkom (PLK) Trifazni pretvornik (DSP, FPGA)

Zaključek



Motivacija Večji del krmilja sistema zajema obdelavo logičnih veličin v

procesih ter zagotavlja pravilen odziv sistema na procesne pogoje in dogodke Senzorji z logičnimi izhodi (npr. mejna stikala) Aktuatorji z inherentno dogodkovno funkcionalnostjo (npr. motor

s konstantno hitrostjo) Procesi z inherentno dogodkovno dinamiko (npr. koračno krmilje)



Motivacija Krmilje je najpogosteje implementirano na PLK-jih

Standardizirane metode za programiranje (IEC - 1131) Zahtevno testiranje sistema

Nove smernice v avtomatizaciji Distribuirana inteligentna periferija Softverske rešitve nadomeščajo hardwer Standardizirani pristopi in rešitve

Poiskati način modeliranja logičnih krmilij ki: Omogoča formalen opis in analizo krmilja in procesa Je v skladu z trendi na področju avtomatizacije Je skladen s praktični pristopom vodenju logičnih procesov



Logično krmilje

Krmilne funkcije Procesi z diskretno ločenimi stanji (npr. vklop, izklop, vrtenje

v levo, ...) Diskretno stanje določa nabor izhodnih signalov za vodenje

aktuatorjev Dogodkovno proženo prehajanje med diskretnimi stanji

(pogoji za prehod ) Prehodni pogoji so določeni z kombinacijo vhodov



Struktura DDSgrafična predstavitev s pomočjo Petrijevih mrež (PN)

Stanja DES prostori PN (krogi) Dogodki DES tranzicije PN

(pravokotniki) Aktivno stanje DES žeton v prostoru PN Dovoljeni prehodi med stanji usmerjene

povezave

PN so primerne za vizualizacijo DES Nepriročne za analizo in implementacijo

T1

T3T2

P1

P2 P3

T4



Struktura DESmatrična predstavitev

u – vhodni vektor

1

0;

1m iu u u u

x – vektor dogodkov

1

0;

1n ix x x x

y – izhodni vektor

1

0;

1n iy y y y

System u y

x, m m – vektor stanja

1

0;

1n im m m m

Spremenljivke so zapisane z logičnimi vektorji

Struktura je zapisan z matriko



S2 30 31 32

T1

T2

T3

T4

T5

1 0 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

0 0 0 0

0 1 0 0

S S S

F

Matrika pogojev Matrika posledic

TM = S -F

Incidenčna matrka

Struktura DESmatrična predstavitev

0( , ), ( , )

1F i j S i j

T1 T2 T3 T4 T5

S2

S30

S31

S32

0 0 0 0 0

1 0 0 0 0

1 0 0 0 0

0 1 1 0 0

S



Dinamika DESlogične in algebrske enačbe Izbor dogodkov

Rekurzivno osveževanje stanja

( 1) ( ) ( ) ( )k k k T Tm = m + S F x

T1

T3T2

P1

P2 P3

T4u2 u3

u1 u4

( ) ( ) &k k x F m u

u ... Vhodni vektorx ... Vektor dogodkovm ... Vektor stanjaM ... Incidenčna matrikaF ... Matrika pogojevk ... Indeks pojava dogodkov

Označuje boolov skalarni produkt

Omogočeni dogodki Pogoji



Dogodkovno voden sistemmatrični model Prožilni

dogodkiPogoji Stanje

Discrete-event controller Omogočeni dogodki

m x T1

Discrete-event system

1

T2 Di scre te -event syste m

1

T3 Di scre te -event syste m

1

P1 Discrete-event system

1

P2 P3

( 1) ( ) ( )k k k

T

M F S

m = m + M x

Struktura sistema

T4 Di scre te-event syste m

1

& y

Out

In

u

( ) ( )ex k k F m

uc

xe

VhodiIzhodi

Omogočenidogodki



Rezalni stroj

HP-pump

Transporter

Pusher

Rollers

Cutting nozzle

Gripper

WorkdeskOutput section

Input section

x-axis

y-axis

Forklift 2

Forklift 1



Krmilne funkcije

T 1

D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m

1

R e a d y t o C u t

S t e p 1

S t e p 2

S t e p 3

T 2


1

T 4


1

T 3


1

T r a n s p o r t m a t e r i a l ( 1 )

S t o p

F o r w a r d

T 2


1

T 1


1

D e s k t r a n s p o r t ( 2 )

S t o p

C W

T 3


1

T 1


1

T 4


1

T 2 D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m

1

P u s h e r ( 3 )

C C W S t o p

T 2


1

T 1


1

U s e r S t a r t / S t o p ( 4 )

O K


1


1

S t a r t E r r o r

H a n d l i n g ( 5 )

E r r o r / F a u l t

R e v e r s e

T 3


1

T 4


1

u e c ( 1 , 1 )

u e c ( 1 , 2 )

u e c ( 1 , 3 )

u e c ( 1 , 4 )

u e c ( 2 , 2 )

u e c ( 2 , 1 )

u e c ( 3 , 1 )

u e c ( 3 , 3 )

u e c ( 3 , 2 )

u e c ( 3 , 4 ) u e c ( 4 , 2 )

u e c ( 4 , 1 )

u e c ( 4 , 3 )

u e c ( 4 , 4 )

u e c ( 5 , 2 )

u e c ( 5 , 1 )

Arhitektura(Senzorji in Aktuatorji)

Funkcionalnost(Krmilne funkcije)



Simulacijski rezultati

Time

1

2

3

4

1

2

3

4

1 1 0

1 0 1, ,

1 1 0

1 0 1

1 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 0 0 1

TStop

TLevo

TDesno

T

u

u

u

u

M m x

u In



Implementacija Mitsubishi FX1N programirljiv logični krmilnik Grafična pretvorba PN SFC Prostori PN v korake SFC PN Tranzicije PN v tranzicije SFC



Trifazni pretvornik za ASM

Tokovni regulator Zaščitne in krmilne

funkcije

Tokovni regulator

Zaščita

Krmilje

VhodiIzhodi

Most

Asinhronskimotor

DC link



Trifazni pretvornikeksperiment

3M

T1 T2 T3

T4 T5 T6

Udc

XilinxSPARTAN

FPGA

T1T2T3T4T5T6

Iref

Iact

Phasecurrents

TMSC320DSP

Enable

A/D



Trifazni pretvornikrezultati

-10

0

10

Iref

,Iac

t [A

]

0

1

Ena

ble

0

1

Res

et

0

1

RT

O0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

0

1

Fau

lt

Time [s]0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05

-3

-2

-1

0

1

2

3

Iact

, Ir

ef [

A]

Time [s]



Zaključek

Krmilni algoritem je zapisan s pomočjo matrik in logičnih enačb

Nadomesti običajno programiranje v NUK, FUN ali KON pri PLC-jih asemblersko oz c kodo pri običajnih procesorjih VHDL pri FPGA-jih

Omogoča formalno zasnovo in analizo krmilnih algoritmov

dogodkovno vodenje pri snovanju logičnih krmilij sistemov

Documents