racunarski podrzano merenje i upravljanje -...

UNIVERZITET U KRAGUJEVCU

MAŠINSKI FAKULTET U KRAGUJEVCU

SEMINARSKI RAD

Predmet: Računarski podržano merenje i upravljanje

Profesor: Studenti:

dr. Milan Matijevi ć Aleksandar Vukomanović 44/2003 Vladimir Pajović 43/2003

Kragujevac 2010. god.

1.1.1.1. UVODUVODUVODUVOD

Predmet ovog rada je kontrolisanje otklona plo če od vertikalne ravni kod modela vazdušnog tunela na čijem se jednom kraju nalazi ventilator (slika 1). Veli čina ugla plo če se kontroliše promenom ja čine vazduha kroz tunel, koja se menja promenom broja ob rtaja ventilatora. Motorom ventilatora upravlja SIEMENS-o v PLC SIMATIC S7-200 CPU 224XP. Upravljanje se vrši slanjem PID a lgoritma prethodno pomenutom kontroleru. Kreiranje PID algor itma i izgradnja modela predstavlja najvažniji deo ovog rada.

Slika 1. Model

Oprema koja je koriš ćena za realizaciju ovog projekta:

- model vazdušnog tunela - SIEMENS PLC SIMATIC S7-200 CPU 224XP - Touch Panel TP 170micro - SIEMENS SITOP power 3.5 - PC/PPI Cable 6ES7 - MPI Cable 187.5 - NI USB 6009 - Osciloskop HAMEG HM 303

Koriš ćeni programi su:

- STEP 7 MicroWIN V4.0 - SIMATIC WinCC flexible 2004 - Microsoft Excel 2007…

2.0 OPIS SISTEMA2.0 OPIS SISTEMA2.0 OPIS SISTEMA2.0 OPIS SISTEMA

2.0.1 OPIS MODELA

Model se sastoji iz tunela, napravljenog od k lirita (slika 2), na čijem se jednom kraju nalazi ventilator čiji motor pokre će računarsko AT napajanje. Motor ventilatora radi na 12 V (slika 3). Kao što je u uvodu navedeno, strujanje vazduha koje proizvodi ve ntilator je usmereno ka plasti čnoj plo či koja se nalazi na drugom kraju tunela. Ploča je čvrsto vezana za osovinu. Jedan kraj osovine je veza n za potenciometar.

Slika 2.Tunel

Slika 3.Motor ventilator

2.0.2 OSNOVNI DELOVI PLC-a

Glavni delovi S7-200, i mikro PLC-a uopšte, su: - mikroprocesor - CPU, - integrisani izvor napajanja, - ulazna kola i - izlazna kola spakovani u kompaktnom ku ćištu malih dimenzija.

Slika 4.Osnovni delovi PLC-a

2.0.3 OPIS ELEKTRONSKIH KOMPONENTI MODELA

Kao senzor koriš ćen je obrtni potenciometar otpornosti 100 k Ω, koji može da meri uglove u opsegu od 0 – 300 stepen i. Na krajeve potenciometra se dovodi stabilisani napon od 9 V. N apon koji zavisi od ugla otklona plo če se vodi sa jednog krajnjeg i srednjeg izvoda na analogni ulaz PLC-a AIW0. Veoma bitna stavka, pre k reiranja algoritma, je da se kreira dijagram zavisnosti ugla zaokretanja i napona na potenciometru. Ovaj tip merenja se izvrša va pomo ću unimera čije se dve pipalice postave na kleme kontrolne plo če koje predstavljaju izlaze iz potenciometra. Zatim se ru čnim pomeranjem plo če čitaju vrednosti sa unimera. U ovom slu čaju dijagram je prikazan slikom 5.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Uga

o [d

eg]

0.26 0.65 0.98 1.3 1.68 2.04 2.35 2.72 3.12 3.52

Napon [V]

Slika 5.Dijagram zavisnosti

2.0.4 POVEZIVANJE MODELA SA PLC-OM

Napon na potenciometru, koji zavisi od ugla za koji se zakrenula plo ča, dovodi se na analogni ulaz A+ na PLC-u (slika 6 ). Digitalni izlaz Q0.0 vezuje se na poja čavač snage (slika 7). Šema poja čavača snage, stabilizatora napona kao i izgled stampane plo če prikazani su slikama 8 i 9.

Slika 6.Analogni ulazi

Slika 7.Digitalni izlazi

Slika 8 . Šema sistema

Slika 9 . Štampana ploča

PLC sa ra čunarom u toku prenosa programa komunicira pomo ću PC/PPI kabla,koji se vezuje na port 1 (slika 10). P ovezivanje ra čunara i TP-a (TP–Touch Panel ) se vrši direktnim povezivanjem pomo ću istog PC/PPI kabla. Nakon ostvarene konekcije mogu će je programirati TP. Veza izmedju PLC-a i TP-a se ostvaruje pomo ću MPI kabla koji je vezan za port 0 na PLC-u.

Slika 10 . Veze računara i TP-a sa PLC-om

3.0 PROGRAMIRANJE PLC3.0 PROGRAMIRANJE PLC3.0 PROGRAMIRANJE PLC3.0 PROGRAMIRANJE PLC----a i TPa i TPa i TPa i TP----aaaa

3.0.1 TEHNIČKE KARAKTERISTIKE PLC-a

SIEMENS-ov PLC SIMATIC S7-200 CPU224XP poseduje dva analogna ulaza na koji se mogu dovesti naponski sig nali u opsegu od -10 do +10 V. Naponski signal se konvertuje u digit alnu re č dužine 16 bita. Ove vrednosti se upisuju na adrese AIW0 (anal ogni ulaz A+) i AIW2 (analogni ulaz B+). Vrednosti analognih ulaza se mogu samo čitati ( read only values ).

Signal sa ulaza se konvertuje u digitalnu vrednost u opsegu od -32000 do +32000. Impedansa analognih ulaza je veca od 100 kΩ. Najkraće vreme analogno – digitalne konverzije iznosi 125 ms . Ulazni analogni signal se prevodi u digitalnu vrednost svaki put ka da instrukcija iz glavnog programa zatraži čitanje analognog ulaza. Svaki analogni ulaz je mogu će nezavisno filtrirati u cilju dobijanja stabilniji h signala. Filtriranje ulaza je isklju čeno (default ) i u zavisnosti od tipa i brzine signala se može uklju čiti. Za brzo promenljive ulazne signale nije potrebno filtriranje. Filtriranje analognih ulaza t reba koristiti kada se radi o sporo promenljivom signalu.

SIMATIC S7-200 CPU224XP poseduje jedan analo gni izlaz sa mogu ćnošću izbora naponskog ili strujnog signala. Naponski s ignal se kre će u opsegu od 0 do 10 V, a strujni u opsegu od 0 do 10 mA. Analogni izlaz je predstavljen vrednoš ću od 0 do +32000, koja se upisuje na adresu AQW0 ili AQW2.

Pored anlognih ulaza i izlaza veoma su zanimljiva i dva digitalna izlaza (Q0.0 i Q0.1). Ovi izlazi su znatno brzi od ostalih digitalnih izlaza pa su vrlo zna čajni za upravljanje brzim procesima. Napon na svim digitalnim izlazima je briblizno isti i iznosi 24 V . Izlazi ne trpe velika strujna optere ćenja o čemu treba posebno voditi ra čuna. Zbog ovoga se preporu čuje upotreba poja čavača snage ili primena relejnog ojačavanja za spore izlaze.

3.0.2 PRINCIP RADA PLC-a

Osnovni princip rada S7-200 je veoma jednostavan: - S7-200 čita stanje ulaza, - program smešten u memoriji S7-200 koristi ove ula ze da obradi kontrolnu logiku. Dok program radi, S7-200 ažurira podatke, - S7-200 upisuje podatke na izlaze.

S7-200 ponavlja izvršenje niza zadataka. Ovo cikli čno izvršavanje zadataka zove se ciklus skeniranja (eng. scan cycle). Kako je pokazano na slici 11, S7-200 obavlja slede će zadatke u ciklusu skeniranja:

- čitanje ulaza: S7-200 kopira stanje ulaza na ulazni registar, - izvršavanje programa: S7-200 izvršava instrukcije u programu i smešta vrednosti u razli čite memorijske lokacije, - obrada eventualnih zahteva za komunikacijom: S7-2 00 obavlja zahtevane zadatke za komunikacijom,ako ih ima, - izvršavanje CPU samo-dijagnostike: S7-200 provera va da ’firmware’, programska memorija i moduli za proširenje rade isp ravno, - upisivanje izlaza: vrednosti sa čuvane u izlaznom registru upisuju se na izlaze. Po završetku upisivanja izlaza, PLC se vra ća na prvi korak ( čitanje ulaza) itd. Vreme skeniranja (eng. scan time) se de finiše kao vreme potrebno za izvršavanje ovih koraka. Ono je promenl jivo, zavisi od broja ulaza i izlaza, dužine programa. Važno je ima ti na umu da vreme skeniranja nije isto što i perioda odabiranja!!! Izvršavanje korisni čkog programa zavisi od toga da li je S7-200 u ‘STOP’ ili ‘RUN’ modu. U ‘RUN’ modu, program se izv ršava, dok se u ‘STOP’ modu ne izvršava.

Slika 11 . Ciklus skeniranja

3.0.3 Ladder dijagram

Programski paket koji je razvio SIEMENS STEP 7-Micr o/Win, omogu ćava korisnicima tri vrste programskih editora za pi sanje programa: - leder dijagram (Ladder Logic) – LAD, - iskaznu listu (Statement List) – STL, i - funkcijski blok dijagram (Function Block Diagram) – FBD.

LAD editor predstavlja program kao grafi čki prikaz sli čan elektri čnim šemama. Leder program emulira tok elektri čne struje od izvora napajanja, kroz niz ulaznih logi čkih uslova, koji na kraju rezultiraju stanjima izlaza. Leva strana LAD dijagrama se napaj a, zatvoreni kontakti omogu ćavaju prolaz enegrije, a otvoreni kontakti prekidaj u tok. Logika je podeljena u nivoe – network , i program se izvršava jedan po jedan nivo, se leva na desno, i od vrha ka dnu. Tak av izgled podse ća na lestvice, i po tome je ovaj prikaz i dobio ime. Različite instrukcije su predstavljene grafi čkim simbolima i uklju čuju tri osnovne forme. Kontakti predstavljaju stanja logi čkih ulaza kao što su prekida či, tasteri, ili unutrašnji uslovi. Kalem obi čno predstavlja logi čke izlaze kao što su lampe, motori, starteri, relej i, ili stanja logi čkih izlaza. Blok predstavlja dodatne instrukcije, kao što su tajmeri, broja či, ili matemati čke funkcije. Glavne karakteristike LAD editora, koje su bitne pr ilikom opredeljivanja za ovaj pristup, su:

- jednostavan je za koriš ćenje za po četnike, - može se koristiti i sa SIMATIC i sa IEC 1131-3 in strukcijama, -grafi čko predstavljanje je jednostavno za razumevanje i rasprostranjeno je u svetu, - uvek se može iskoristiti STL editor za prikazivan je programa napisanog uz pomo ć SIMATIC LAD editora.

Network 1

Network 1 služi za iš čitavanje vrednosti ugla koju korisnik upisuje na TP-u. Izgled Network-a 1 je prikazan slikom 12.

Slika 12 . Network 1

Blok MOV_R se uklju čuje preko kontakta SM0.0 u svakom ciklusu. Ova adresa je rezervisana za virtualni kon takt koji je stalno uklju čen nezavisno od stanja na ulazima i izlazima PLC-a. Svaki blok u dijagramu mora biti priklju čen preko nekog kontakta. Upotrbom ovog kontakta obezbe ñuje se da blok radi neprekidno. MOV_R služi da realnu vrednost ( real ) koju korisnik upisuje u odre ñeno polje na TP-u i koja se time upisuje na adresu VD220, prebac i na adresu VD240 ne menjaju ći joj time vrednost. Ova vrednost je željeni ugao, izražen u stepenima, izme ñu plo če i vertikale. Željeni ugao može da se zada u opsegu od 0 do 85 stepeni. Vrednost koja je upisana na adresi VD240 PID instrukcija koristi kao Setpoint .

Network 2

Network 2 poziva PID0_INIT podprogram, koji se kreira koriš ćenjem opcije PID Wizard . Pokretanje i sam postupak rada sa ovom opcijom je detaljno opisan u 2.-5. Izgled Network-a 2 je prikazan slikom 13.


Kontakt SM0.0 i u ovom delu programa služi da obezb edi rad PID instrukcije u svakom ciklusu. Blok PID0_INIT predstavlja podprogram koji izvršava PID instrukciju. Ovaj blok ima dva u laza, željenu vrednost ugla (VD240) i trenutnu vrednost ugla (AIW 0). Blok PID0_INIT na osnovu ove dve vrednosti kreira signal greške ko ji dolazi na ulaz PID instrukcije. Trenutna vrednost ugla je skaliran a vrednost napona davača koji se dovodi na analogni ulaz A+ (adresa AIW0). Skaliranje vrednosti napona na analognom ulazu se vrši u okvir u kreiranja PID instrukcije kroz PID Wizard . Izlaz koji generiše PID ( Output ) se kreće u opsegu od 0 do +32000 i upisuje se na adresu VW10 0.

Network 3

Network 3 služi za dobijanje širine impulsa koju ko risti PWM (Pulse Width Modulation ) instrukcija u slede ćem Network-u (slika 14).


Blok DIV_I vrši prostu operaciju deljenja dve celobrojne vredn osti (integer ), pri čemu je OUT=IN1/IN2. Kako je maksimalna vrednost promenljive na adresi VW100 +32000, deljenjem sa +3 20 omogu ćen je prikaz izlaza iz PID-a u opsegu od 0 do 100 (odnosn o u procentima). Ovako normalizovana vrednost se upisuje na adresu V W200.

Network 4

Network 4 poziva PWM0_RUN podprogram, koji se kreira koriš ćenjem opcije Pulse Output Wizard . Pokretanje i sam postupak rada sa ovom opcijom je detaljno opisan u 2.-5. Izg led Network-a 4 je prikazan slikom 15.


Prekida č M0.0 služi za uklju čivanje/isklju čivanje digitalnog izlaza Q0.0 na koji je povezan poja čavač snage. Stanje kontakta M0.0 (on/off ) menja korisnik pritiskom odgovaraju će ikonice na TP-u (Uklju či/Isklju či). Vrednost 100 na ulazu Cycle predstavlja dužinu svakog perioda T izraženu u mikro sekundama. Na ula z Pulse dovodi se vrednost promenljive sa adrese VW200, koja preds tavlja trajanje impulsa u mikro sekundama (širina impulsa). Odnos t rajanja ciklusa i sirine impulsa zove se faktor ispune (Duty cycle ). Kreiranje signala ovog tipa se zove Impulsno širinska modulacija signala (IŠM), ali se u praksi čeñće upotrebljava termin PWM (Power Width Modulation ). Izgled upravlja čkog PWM signala prikazan je slikom 16.

Slika 16 . PWM signali sa različitim faktorima ispune (DT)

PWM je jako mo ćna tehnika kontrolisanja analognih kola preko digitalnih izlaza ra čunara. Napon, odnosno struja se dovode do analognog primaoca kao serija impulsa, a informacij a o amplitudi analognog signala se predstavlja širinom (trajanjem ) impulsa PWM signala. PWM ima vrlo široku primenu, koristi se pr i merenju, komunikaciji, kontroli napajanja, kontroli motora, kao i u raznim vrstama pretvara ča. Amplituda PWM signala je naj češće fiksa i nije od značaja, ali se u nekim slu čajevima može koristiti za prenos dodatnih informacija. U suštini, PWM predstavlja na čin digitalnog kodiranja nivoa analognih signala. Koriš ćenjem broja ča visoke rezolucije, četvrtasti signal se moduliše tako da predsvavlja sp ecifi čni nivo analognog signala. Analogni naponi i struje se mogu koristiti za direktnu kontrolu ure ñaja, to je jako jednostavan i jasan na čin kontrole. Digitalnim kontrolisanjem analognih kola, smanjuje se osetljivost na šumove. Mnogi današnji PLC-ovi imaju brze izlaze čto omogu ćava primenu PWM-a

Network 5 Network 5 vrši skaliranje izmerene vrednosti (naponski signa l na analognom ulazu A+) zbog ispisivanja izmerenog ugla na TP-u.


Network 5 kroz niz blokova izvršava funkciju:

– skalirana vrednost maksimalnog ulaznog napona (1062 4, što odgovara naponu 3,11 V na potenciometru)

– skalirana vrednost minimalnog ulaznog napona (720, što odgovara naponu 0,069 V na potenciometru)

- maksimalni ugao (85)

– minimalni ugao (0)

– skalirana vrednost trenutnog ulaznog napona

– trenutna vrednost ugla

Kada se ujedna čonu unesu vrednosti ya konkretan slu čaj imamo:

Posle sre ñivanja jedna čina ima oblik:

Prva tri bloka Network-a 5 služe za prebacivanje celobrojne promenljive koja se nalazi na adresi AIW0 u realnu promenljivu koja se upisuje na adresi VD400, bez promene njene vredn osti. Blok SUB_R vrši oduzimanje upisuju ći vrednost rezultata na

adresu VD420. Blok MUL_R vrši množenje upisuju ći vrednost rezultata na adresu VD440. Blok DIV_R deli prethodno dobijene vrednosti na adresi VD440 sa 9904 čime se dobija trenutna vrednost ugla koju plo ča zaklapa sa vertikalom, upisana na adresu

VD480. Vrednost sa adrese VD480 se dalje šalje na T P. Jasno je da posledja tri bloka Network-a 5 samo izvršavaju proste matemati čke operacije. Ovakvim pristupom je mogu će rešavanje i mnogo složenijih matemati čkih operacija.

Network 6

Network 6 služi za zaustavljanje programa i prebacivanje PLC -a iz Run u Stop Mode. Program se zaustavlja pritiskom tastera STOP koji j e kreiran na TP-u i čija je adresa M0.1. Tasteri za zaustavljanje postoj e iz bezbedonosnih razloga na gotovo svim sistemima k oji se kontrolisu pomo ću PLC-a. Ovim Network-om se i završava Ladder dijagram.

Slika 18. Network 6

Spisak svih simbola i adresa upotrebljenih za kreir anje ovog Ladder dijagrama zajedno sa pripadaju ćim komentarima prikazani su tabelarno slikom19.

Slika 19. Symbol Table

3.0.4 Kreiranje podprograma PID0_INIT

Implementaciju PID-a je najbolje izvršiti primenom PID Wizard-a , što je i preporuka proizvo ñača softvera STEP 7-MicroWIN . PID Wizard u glavnom programu kreira podprogram ( subroutine) PID0_INIT i rutinu prekida ( interrupt routine) PID_EXE. Podprogram PID0_INIT služi za pozivanje PID instrukcije i unos promenlji vih, a izra čunavanje vrši PID_EXE. PID Wizard se aktivira izborom Instruction tree > Wizards > PID. SIMATIC S7-200 može da radi sa više PID petlji (maksimalno 8). U prvom prozoru se bira broj petlj i ( slika 20).

Slika 20. Izbor broja PID petlji

Naredni prozor (slika 21) predvidjen je za p odešavanje ulaznih i izlaznih promenljivih potrebnih za rad PID instrukc ije.

Slika 21. Skaliranje Input-a i Output-a

Način skaliranja ulazne veli čine u petlju može biti unipolaran ili bipolaran ( Uniploar/Bipolar ). Kod unipolarnog skaliranja ulazna promenljiva može uzimati vrednosi iz opega od 0 do +32000 što odgovara maksimalnom naponu na analognim ulazima (o d 0 V do +10 V), a kod bipolarnog iz opega od -32000 do +32000 š to odgovara maksimalnom naponu na analognim ulazima (od -10 V d o +10 V). U polja Low Range i High Range se unose digitalizovane vrednosti minimalnog i maksimalnog naponskog signala koji pos toji u razmatranom procesu. U konkretnom slu čaju Low Range je 832 što odgovara naponu 0,26 V koji je izmeren za ugao od 0 stepeni. High Range je 10624 što odgovara naponu na potenciometru od 3 ,32 V odnosno uglu od 85 stepeni izme ñu plo če i vertikale. Isto važi i za izlaznu promenljivu. Preporuka proizvo ñača je da se izlazna promenljiva koristi u punom opsegu, ako je to mogu će.

Slika 22 Izbor parametara PID-a

U trećem prozoru (slika 22) se unose granice u kojima će se kretati željena veli čina (Low-High Range for the Loop Setpiont ), što je u ovom slu čaju ugao od 0 do 85 stepeni, kao i parametri PID-a (Gain, Integral Time, Derivate Time i Sample Time ). Bitno je napomenuti da su Gain, Integral Time, Derivate Time za sada fiktivni i služe samo da PLC “ zna ” koju vrstu upravljanja želimo da primen imo, P, PI, PD ili PID. Da bi se isklju čilo diferencijalno (D) dejstvo u polje Derivative Time je potrebno upisati 0, a da bi se isklju čilo integralno dejstvo u polje Integral Time je potrebno upisati +inf. Parametri PID-a se podešavaju u PID Tune Control Panel-u posle završenog Ladder dijagrama.

U istom prozoru se definise i dužina periode odabi ranja u sekundama. Najkra ća perioda odabiranja za A/D konverziju kod SIMATIC S7-200 kontrolera je 125 ms. Ovo je jedno o d ograni čenja primene ovog industrijskog kontrolera. Upolje Sampl e Time, Wizard dozvoljava unos periode odabiranja sa ta čnošću od 0,1s.

Slika 23. Podesavanje alarma

Slika 24 . Izbor adrese

Slika25. Kraj PID Wizarda

3.0.5 KREIRANJE PODPROGRAMA PWM0_RUN

PWM Wizard se aktivira izborom Instruction tree > Wizards > PTO/PWM. Ovaj Wizard korisnika vodi kroz tri prozora (slike 26, 27 i 28) i u glavnom programu kreira podprogram ( subroutine) PWM0_RUN. Podprogram PWM0_RUN generise PWM upravlja čki signal na izlazu Q0.0.

Slika 26. Izbor digitalnog izlaza

Slika 27. Izbor vremenske baze PWM-a

Slika 28. Kraj PWM Wizarda

3.0.6 PROGRAMIRANJE Touch Panel-a

Za programiranje Touch Panel-a koristi se SIMATIC W inCC flexible 2004. Po startovanju ovog programa potrebn o je izabrati vrstu projekta i TP-a. Pojavi će se novi prozor koji je dat slikom 29.

Slika 29. Izgled osnovnog prozora

Prvo je potrebno napraviti konekciju klikom na opci ju Connections koja se nalazi na desnoj strani prozora. U polju Profile se postavlja opcija PPI , a u polju Baud rate vrednost 9600 (slika 30). Sledeće što treba napraviti su Tag-ovi koji služe zadeklarisanje grafi čkih objekata koji se koriste u aplikaciji. Svaki Tag ima svoje ime, grafi čki izgled (taster, prekida č, polje za unos, skala...) i adresu koja

mora da odgovara adresi te iste veli čine u Ladder dijagramu. Kada je podešavanje Tag-ova i konekcije završeno prave se ekrani ( Screen-ovi). Završeni S creen slika 32.

Slika 30. Podešavanje konekcije

Slika 31. Spisak Tag-ova sa adresama

Slika 32. Screen

4.0 PID UPRAVLJANJE4.0 PID UPRAVLJANJE4.0 PID UPRAVLJANJE4.0 PID UPRAVLJANJE

4.0.1 TEORIJSKE OSNOVE PID ZAKONA UPRAVLJANJA

PID kontroleri su najpopularnija familija kontrole ra u industriji. Razlog njihove popularnosti je niska cena, jednosta vna struktura, laka implementacija, mogu ćnost modifikacije i pridruživanja funkcija. Savremene verzije PID kontrolera su isklju čivo digitalne. PID zakon upravljanja se moze predstaviti relacijom:

gde je K pojačanje, Ti vremenska konstanta integralnog dejstva i Td vremenska konstanta diferencijalnog dejstva.

SIEMENS-ovi kontroleri imaju implementirani paralel ni (nezavisni) PID algoritam. Blok dijagram ovakvog algoritma implementiranog u proces prikazana je slikom 33.

Slika 33. PID algoritam implementiran u SIMATIC

Zadatak svakog kontrolera je da upravlja pr ocesom tako da grešku, koja je razlika željene ( Setpoint ) i izmerene ( PV_I) vrednosti, svede na nulu.

PID zakona upravljanja u S domenu može se predstaviti relacijom:

Ako uvedemo smene:

dobijamo jedna činu:

- - Izlaz PID-a u vremenskom domenu - - Pojačanje - - Greška u vremenskom domenu - - Prethodna vrednost greške u vremenskom domenu - – Konstanta integralnog dejstva - - Prethodna vrednost integralnog dejstva - - Konstanta diferencijalnog dejstva

SIMATIC S7-200 koristi modifikovanu varijantu preth odne jednačine:

-

-

-

gde je:

- - P dejstvo na izlazu iz PID-a - - I dejstvo na izlazu iz PID-a - - D dejstvo na izlazu iz PID-a - - Pojačanje - – Zadata (željena) vrednost u vremenskom obliku n - - Vrednost procesne promenljive u vremenskom oblik u n - - Vreme odabiranja ( loop sample time ) - - Vreme integracije ( integral time, reset ) - - Vreme diferenciranja ( derivative time, rate ) - - Vrednost I dejstva u obliku n-1 (integralna suma, bias ) - - Zadata (željena) vrednost u vremenskom obliku n-1 - - Vrednost procesne promenljive u vremenskom oblik u n-1

4.0.2 PODEŠAVANJE PARAMETARA PID-A

Podešavanje parametara PID-a se vrši u programu STEP 7 MicroWIN V4.0 pomo ću alata PID Tune Control Panel… Izgled alata prikazan je slikom 34.

Slika 34. PID Tune Control Panel…

PID Tune Control Panel… je verovatno najmo ćniji alat SIEMENS-ovog programa MicroWIN . Ovaj alat obezbe ñuje monitoring zadate veli čine (SP), izlazne promenljive iz PID-a ( Out ) i izmerene veli čine (PV) u realnom vremenu. U ovom prozoru se mogu menjati parametri PID-a i to u toku rada kontrolera ( Online ). Najvažnije deo ovog alata je ugrañena sekvenca za samopodešavanje PID-a ( Auto Tune ). Program omogu ćava automatsko podešavanje za razli čite brzine odziva sistema koje bira korisnik. Na raspolaganju stoji b rzi odziv, srednje brzi odziv, spori i veoma spori odziv sistema. Da b i Auto Tune izračunao korektne i optimalne vrednosti parametara, sis tem se pre samog pokretanja ove sekvence mora dovesti u stacio narno stanje koje je jednako Setpoint -u. Za vreme trajanja ove sekvence ne izvrsava se PID dejstvo. Auto Tuning algoritam zasnovan je na tehnici podešavanja relay feedback koju su predložili K. J. Åström i T. Hägglund 1984 godine. Ova tehnika se veoma dobro pokazala ko d podesavanja PID kontrolera primenjenih u sistemima sekvencijalnog upravljanja. Tokom podešavanja kontroler izaziva ma le, ali stalne oscilacije u okolini stacionarnog stanja u kome je sistem bio pre početka podešavanja.

Na osnovu amplitude i u čestalosti oscilacija, kontroler zapravo vrši identifikaciju sistema i izra čunavanje optimalnih vrednosti PID parametara. Vrednosti koje PLC preporu či mogu se snimiti u program u toku rada. Parametre je takodje mogu će i ru čno podešavati radi postizanja kvalitetnijih karakteristika sistema. Sl ikama35, 36, 37 i 38 su prikazani odzivi sistema sa parametrima koje je kontroler izračunao.

Slika 35. Sa 20 na 60 stepeni


5.0 IZVODJENJE PROJEKTA5.0 IZVODJENJE PROJEKTA5.0 IZVODJENJE PROJEKTA5.0 IZVODJENJE PROJEKTA

Slika 39. Na TP-u ugao 30 stepeni

Slika 40. Na stranici tunela ugao 30 stepeni


Slika 42. Na stranici tunela ugao 50 stepen


Slika 44. Na stranici tunela ugao 20 stepen

LITERATURA

[1] Milan Matijevi ć, Goran Jakupovi ć, Jelena Car, Računarski

podržano merenje i upravljanje , Mašinski fakultet u Kragujevcu, 2005.

[2] Dačić Ivan, Realizacija PID upravljanja modelom sušare PT400 upotrebom SIEMENS-ovog PLC-a CPU 224XP, diplomski rad, Mašinski fakultet u kragujevcu, 2009.

[3] Siemens AG, S7-200 Programmable Controller System Manual, order number: 6ES7298-8FA24--8BH0

[4] Hans Berger, Automating with SIMATIC , 2003

[5] Karl J. Åström and Tore Hägglund, PID Controllers: Theory,

Design, and Tuning , Instrument Society of America, 1995.

[6] ETF Beograd - Signali i sistemi / Signals&Syste ms Department,

http://automatika.etf.bg.ac.yu/

racunarski podrzano merenje i upravljanje -...

Documents