Politechnika Białostocka

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Programowanie narzędziowe, konfiguracja i parametryzacja regulatora wielofunkcyjnego na przykładzie PSW-8 Numer ćwiczenia: 8 Laboratorium z przedmiotu: Sterowniki i Regulatory 2 Kod: T S 1 C 6 2 2 3 8 2 Opracował: dr inż. Wojciech Trzasko Białystok 2015

1. Wprowadzenie Regulatory PID mogą realizować tylko kilka typowych układów regulacji. W miarę wzrostu wymagań coraz częściej potrzebne są układy nietypowe, w tym zwłaszcza dodatkowe obwody sterowania logicznego i sygnalizacji. Wymaganiom takim mogą sprostać regulatory wielofunkcyjne, które w zależności od aplikacji mogą pracować jako regulatory PID lub jako sterowniki logiczne. Regulator wielofunkcyjny PSW-8 Sterownik PSW-8 jest mikroprocesorowym aparatowym urządzeniem automatyki, w którym zastosowano program regulatora wielofunkcyjnego. Posiada mikroprocesor Z80 (4.0, 6.17MHz), pamięć programu, danych i roboczą, dwa moduły we/wy analogowych i binarnych, panel operatorski, RS232 oraz zasilacz. Zastosowanie Można go zastosować m.in. jako: Regulator PID - jedno lub wielokanałowy, regulacja stałowartościowa, dwupołożeniowa, kaskadowa i inne. Sterownik logiczno sekwencyjny - kilka do około 20 obwodów dla uwarunkowanych czasowo dyskretnych procesów produkcyjnych, sterowania maszyn, urządzeń, napędów itp. Kalkulator-wskaźnik. Zadania te można realizować jednocześnie. Typowym zastosowaniem są dwa układy regulacji PID i 10 obwodów sterowania logicznego. Można łączyć kilka regulatorów PSW-8 poziomo, co pozwoli na automatyzację większej skali. Bloki i Funkcje Bloki wejściowe obsługują wejścia obiektowe, klawisze panelu oraz odbiorniki komunikacyjne. Wytwarzają wewnętrzne zmienne arytmetyczne i logiczne stanowiące dane dla innych obiektów. Bloki wyjściowe dokonują przetworzenia zmiennych wewnętrznych na wyjścia obiektowe, stany wizualne panelu oraz dane wysyłane przez nadajniki komunikacyjne. Wejścia i wyjścia obiektowe Wejścia analogowe (obsługują bloki AI1 AI6) - wartościami wyjść są liczby znormalizowane z przedziału <0.0, 1.0>. Zakresy wejść określają parametry r 1,..., r 6: r i = 0 wejście I=0..20mA lub 0..10V, r i = 1 wejście I=4..20mA. Wejścia binarne (obsługują bloki BI1 BI20) - wartościami wyjść są liczby znormalizowane L o - 0V, H i - 24V/10mA. Wyjścia analogowe (obsługują bloki AO1 AO2 i funkcje: AO, AOC)- przetwarzają zmienne wewnętrzne z przedziału <0.0, 1.0> na wyjścia analogowe I=0..20mA lub U=0..10V. Wyjścia binarne (obsługują bloki BO1 BO16 i funkcje: BO, BOC, BOT)- L o - 0V, H i - 24V/120mA. 8-2

BLOKI WEJŚCIOWE BLOKI ALGORYTMICZNE BLOKI WYJŚCIOWE Wejścia funkcje proste Wyjścia Analogowe 6 bloki Analogowe 2 Wejścia funkcje złożone Wyjścia Binarne 20 bloki Binarne 16 Klawisze parametry wskaźniki 3 Panelu 8 linijki 2 LED 6 stany logiczne Odbiornik Odbiornik Komunikacyjny Komunikacyjny we anal. 8 stałe, alarmy wy anal 8 we bin 16 wy bin 16 wy alarm. 2 obsługa procesu WORK konfiguracja CONF struktura EPROM Rys.1 Schemat funkcjonalny regulatora PSW-8 Funkcje panelu operatorskiego 8 klawiszy: KE3, KE4, KE7, KE8 (key) - bez własnych LEDów, KE1, KE6 - z jednym LEDem, KE2, KE5 - z dwoma LEDami; każdy z klawiszy jest blokiem wejściowym, któremu można przyporządkować jedną z dwóch funkcji - KEY, KEYC 3 wskaźniki cyfrowe: DI1, DI2 (display) - 4 cyfrowe, DI3-2 cyfrowy; parametry funkcji: y L - wartość dolna dla wejścia 0.0 y H - wartość górna dla wejścia 1.0 y L, y H <-1999, 10000> - DI1,DI2 y L, y H <-19, 100> - DI3 d: _.---,.--,.-, - pozycja kropki T - okres aktualizacji, 2 linijki diodowe: LN1, LN2, 6 LED-ów pojedynczych: LD1,...,LD6, LED WD układu kontrolnego. Rys.2. Panel operatorski Rys.3.Funkcje KEY 8-3

Rys.4.Bloki i funkcje wskaźników cyfrowych Bloki algorytmiczne 80 bloków prostych, którym można przyporządkować jedną z 47 funkcji prostych, 40 bloków złożonych, którym przyporządkowuje się jedną z 40 funkcji złożonych, jeżeli wystarczy pamięci, 48 parametry w tym 32 uniwersalne, 16 binarnych, stałe, alarmy. Funkcje proste nie posiadają własnych parametrów. Blokom prostym przydzielone są jednakowe obszary pamięci, co powoduje ujednolicenie funkcji. Pamięć na dane oraz wynik działań funkcji jest przydzielana dynamicznie. Wielokrotne użycie pamięciowo chłonnych (opóźnienie) funkcji może wyczerpać pamięć. Realizowane funkcje (dokładny opis w instrukcji ZPDA: Funkcje sterownika PSW-8 ): Funkcje proste: arytmetyczne (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, pierwiastek..), logiczne (OR, AND, NOT, NAND, NOR, EXOR, ANDN), przełączniki (przełącznik analogowy, przełącznik binarny, komparator...), Rys.5.Przełącznik analogowy i binarny, komparator. przerzutniki, liczniki (przerzutniki: D, T, JK, RS, licznik...), analizatory sygnału (max w czasie (MAT), min w czasie(mit)), filtry (1-rzędu (FILT), różniczkowanie (DIFR)), inne( ogranicznik, strefa martwa,..); Złożone regulator PID, zadajniki, integratory, opóźnienie, liczniki, opóźnienie, funkcje, kalkulatory...) C1,C3 - zwiększanie/ zmniejszanie wyjścia C2 - blokada (C2=Lo) C4 - wejście do śledzenia C5- Lo - całkowanie, Hi - śledzenie C6- wyjście Parametry: y L, y H - ograniczenia wyjścia T I - stała czasowa całkowania T T - stała czasowa śledzenia Rys.6. Zadajnik sygnału 8-4

Charakterystyka konfiguracji Bloki z przyporządkowanymi funkcjami, parametry, stałe i alarmy są podczas konfiguracji łączone z wejściami i wyjściami, elementami panelu operatorskiego, nadajnikami i odbiornikami komunikacyjnymi zgodnie ze schematem. Każda sensowna struktura jest możliwa do zdefiniowania. Do zdefiniowania posłużyć może z powodzeniem stacyjka operatorska, laptop lub zewnętrzne programatory. Fazy konfiguracji regulatora PSW-8: NAME - nadanie nazwy konfigurowanemu układowi, DEFN - definiowanie bloków funkcyjnych, CONN - łączenie wejść i wyjść, POSN - pozycjonowanie (określenie kolejności obliczeń), OFPA - ustawienie parametrów stałych, ONPA - ustawienie początkowych wartości parametrów typu on-line, OPTN - wybór układów opcjonalnych RUN- analiza konfiguracji i przejście do obsługi procesu Rys.7. Panel operatorski podczas konfiguracji Do konfiguracji i symulacji sterownika PSW-8 na komputerze pomocne są programy P8s_401.EXE i TP8_401.EXE, których instrukcja obsługi zamieszczona została w opisie ZPDA: Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8. Instrukcja programowania Przyporządkowanie klawiszy PC jest następujące: 1..8 klawisze KE1...KE8 - przełącznik PARM ENABLE = przełącznik CONF ENABLE 0 przełącznik HIST ENABLE ESC zakończenie programu. Przebieg procesu konfiguracji (panel operatora lub P8s_401.exe): Faza 1. NAME pytanie (DI2): NAME odpowiedź (DI1): 1...255 exit: KE1 Faza 2. DEFN pytanie (DI2) : blok odpowiedź (DI1): funkcja, ndef 8-5

Wyjścia analogowe Wyjścia binarne Klawisze Linijki diodowe BLOKI (pytania) AO BO KE1,...,KE8 LN1, LN2 AO, AOC BO, BOC, BOT KEY, KEYC DISP, LED Bloki proste b01,...,b80 ndef, ADD, SUB,... Bloki złożone c01,...,c48 ndef, PID, SP,... FUNKCJE (odpowiedzi) Faza 3. CONN pytanie (DI2) : wejście odpowiedź (DI1): wyjście, stała, nc Faza 4. POSN (pozycji jest tyle ile bloków: p01...p128) pytanie (DI2) : pozycja odpowiedź (DI1): blok [funkcja], npos, inst, delt Faza 5. OFPA (ustawianie parametrów typu off-line, które podczas obsługi pozostają stałe, na schematach identyfikuje je symbol [C]) ONPA (ustawianie wstępnych parametrów on-line, które można zmieniać podczas obsługi procesu, na pytanie (DI2/DI3): blok[funkcja] - symbol parametru odpowiedź (DI1): wartość param. Faza 6. OPTN pytanie (DI2) : OPTN odpowiedź (DI1):no, PRST, LOAD, PUT, GET gdzie: PRST - zerowanie pamięci programu, LOAD- przesłanie programu z PC do PSW-8, PUT- zapis programu na dysk (rozszerzenie zgodne z nazwą nadaną w fazie NAME), GET - pobranie programu z dysku. Faza 7. RUN (analiza konfiguracji pod względem poprawności połączeń). Sygnalizacja błędów: npos - warn - pominięty blok w łańcuchu obliczeń, nuse - warn - blok nie będzie obsługiwany, ucon - Err - istnieje niedołączone wejście do bloku. Powyższą konfigurację można przeprowadzić w sposób graficzny przy użyciu programu kgs.exe. Przykłady konfiguracji pokazane są na rysunkach 8 i9. 2. Cel ćwiczenia Poznanie oprogramowania narzędziowego i zasad jego wykorzystania przy konfigurowaniu i uruchamianiu sterownika wielofunkcyjnego PSW-8. Zdobycie praktycznych umiejętności potrzebnych przy opracowaniu strategii sterowania modelem procesu przemysłowego z wykorzystaniem PSW-8. 2. Metodyka badań. Stanowisko badawcze Ćwiczenie przeprowadzane jest w dwuosobowych grupach przy stanowisku PSW-8. Podstawowe wyposażenie stanowiska laboratoryjnego PSW-8 powinno zawierać: 8-6

sterownik - PSW-8.11 programator - komputer PC kabel połączeniowy - RS-232 oprogramowanie - TP8_404.EXE, P8s_401.EXE, KGS.EXE zestaw modeli o wejściach i wyjściach analogowych. Przebieg ćwiczenia: 1. Z dostępnych bloków PSW-8 (patrz instrukcja ZPDA: Funkcje sterownika PSW-8 ) zdefiniować układ sterowania opisany w zadaniu 1 lub 2 2. W programie P8s_401.exe lub bezpośrednio z panelu operatorskiego przeprowadzić konfigurację sterownika zgodnie z podanymi wcześniej fazami (Uwaga: listing można przygotować w programie KGS.EXE). w fazie OPTN obowiązkowo zapisać konfigurację sterownika (PUT), w przypadku wystąpienia błędów powtórzyć niezbędne fazy konfiguracji. 3. Przeprowadzić symulację działania sterownika PSW-8 - faza RUN. a) wciskając klawisz 9 pod obrazem płyty czołowej PSW-8 pojawia się napis SET np. AI1=0.000, klawisze - i = pozwalają na zmianę wartości danego wejścia, trzymając 0 i - lub 0 i = zmieniamy numery wejść, b) obsługa panelu: KE6 (przez 10s) - pulsujący napis PV sygnalizuje gotowość przejścia do operacji on-line lub przejścia do konfiguracji (wybór klawisze KE3, KE4): PARM - parametryzacja on-line, VIEW - przeglądanie zmiennych, wyjście klawisz KE6 BYTE - kontrola bajtów, CONF - konfiguracja (przejście przy jednoczesnym wciśnięciu klawiszy KE7, KE8) 4. Uruchomić program TP8_401.exe (opis działania i klawiszy w instrukcji ZPDA: Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8. Instrukcja programowania. a) ustawić parametry transmisji - F5 PARAM oraz port transmisji szeregowej COM1/COM2 -F4 COM F4 SPEED - szybkość transmisji - 9600 bodów F5 BITS - liczba bitów danych - 8 bitów F6 STOP - liczba bitów stopu - 1 Uwaga : wyboru dokonujemy strzałkami lub i zatwierdzamy klawiszem Enter. b) przesłać konfigurację do sterownika PSW-8 - F7 PANEL F2 TRANS - transmisja konfiguracji z PC do PSW-8 Po naciśnięciu tego klawisza pojawia się napis f_name:psw_conf., który należy rozszerzyć o nazwę z fazy NAME; sterownik PSW-8 po wcześniejszym wyzerowaniu (OPTN/PRST) i nadaniu tej samej nazwy (NAME) ustawić w tryb odbioru (OPTN/LOAD); transmisję rozpoczyna klawisz Enter. c) przeprowadzić testowanie PSW-8 (PARM - parametryzacja on-line, VIEW - przeglądanie zmiennych): przeprowadzić wielokrotne próby pracy sterownika PSW-8, zaobserwować działanie wszystkich wejść i wyjść, w razie potrzeby dokonać niezbędnych poprawek w aplikacji. Prezentacja i analiza wyników badań. 8-7

Wynikiem pracy grupy laboratoryjnej jest działająca aplikacja na sterownik PSW-8 przedstawiona prowadzącemu w czasie zajęć. Wnioski i uwagi, jakie nasunęły się podczas wykonywania prób na układzie należy zamieścić w sprawozdaniu. Do sprawozdania należy dołączyć plik PSW_list.001 z listingiem konfiguracji PSW-8. Wymagania BHP Warunkiem przystąpienia do ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP stosowaną w Laboratorium i ogólnymi zasadami pracy przy stanowisku komputerowym. Instrukcje te powinny być podane studentom podczas pierwszych zajęć laboratoryjnych i są dostępne do wglądu w Laboratorium. W trakcie wykonywania ćwiczenia należy zachować szczególną ostrożność przy podłączeniu urządzeń do zasilania 230 VAC. Wszelkich połączeń pomiędzy elementami automatyki (w tym połączeń sieci Profinet) oraz zmian w konfiguracji stanowiska badawczego należy wykonywać przy odłączonym zasilaniu (np. odłączonym wyjściu 24 VDC zasilacza). Sprawozdanie studenckie Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: stronę tytułową zgodnie z obowiązującym wzorem; cel i zakres ćwiczenia; opis stanowiska badawczego; opis przebiegu ćwiczenia z wyszczególnieniem wykonywanych czynności; schemat blokowy układu regulacji automatycznej wykonany w programie KGS; wnioski i uwagi. Na ocenę sprawozdania będą miały wpływ następujące elementy: ogólna estetyka - 10%; zgodność zawartości z instrukcją - 20%; poprawne oprogramowanie regulatora PSW-8-40%; wnioski i uwagi - 30%. Sprawozdanie powinno być wykonane i oddane na zakończenie ćwiczenia, najpóźniej na zajęciach następnych. Sprawozdania oddane później będą oceniane niżej. Literatura: 1. Trybus L.: Regulatory wielofunkcyjne. WNT, Warszawa 1992. 2. ZPDA: Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8 - DTR - Instrukcja programowania - Funkcje sterownika - Instrukcja programowania - TRANS, PSW, 1994 Ostrów Wlkp 8-8

Zadanie 1 Regulator PSW-8 ma pełnić rolę stacji pomiarowej wskazującej wartość zmiennej procesowej i sygnalizującej przekroczenia. Niech zmienną będzie temperatura w piecu. Zakres zmian przetwornika pomiarowego niech wynosi <T m, T M >, alarm dolny przy spadku T poniżej T AL, a alarm górny przy wzroście T powyżej T AH. Dane liczbowe: T m,=0, T M,=100, T AL,=30, T AH,=70, ΔT=5 [ C] Sygnał z przetwornika temperatury podany na wejście analogowe regulatora zostanie przetworzony na znormalizowany sygnał wewnętrzny t z przedziału <0.0, 1.0>. Z danych liczbowych wynika, że t AL,=0.3, t AH,=0.7, Δt=.05, Schemat blokowy układ realizujący stacyjkę pomiarową pokazano na rys.8 (zrealizowany w KGS) LD1, LD2 - przekroczenia alarmowe wyznaczane przez komparatory COMP i PL1= t AL i PL2= t AH, DI1 - temperatura w piecu, y L =0, y H =1000 d= _.-, Dane konfiguracyjne podano w tabeli 1 Rys.8. Struktura układu Tabela 1 Dane konfiguracyjne do PSW-8. 8-9

Zadanie 2 Regulator PSW-8 ma pełnić rolę stacyjki zadającej wartość zmiennej procesowej i sygnalizującej jej stan. Niech zmienną będzie napięcie zasilające element grzejny w piecu sterowanym poziomem napięcia. Zakres zmian przetwornika pomiarowego niech wynosi <U m, U M >, Dane liczbowe: U m,=0, U M,=10 [V] Znormalizowany sygnał z zadajnika SP podany na wyjście analogowe regulatora zostanie przetworzony na sygnał zewnętrzny u z przedziału <0.0, 10.0>[V]. Schemat blokowy układ realizującego stacyjkę zadawania pokazano na rys.9 (zrealizowany w KGS). DI1 - napięcie sterujące piecem, y L =0, y H =100 d=, KE1.3 - Hi - załącza napięcie sterujące na wyjście A01 z potwierdzeniem na LED Lo - OV na wyjściu. KE3.1, KE4.1 - zadawanie wartości napięcia. Rys. 9. Struktura układu. Tabela 2. 8-10

Opis we/wy binarnych i analogowych sterownika PSW-8.11.1 8-11