PROJEKT APLIKACJI STERUJĄCEJ WIELOOSIOWĄ PLATFORMĄ DO BADAŃ DYNAMICZNYCH



Podobne dokumenty
MODEL STANOWISKA DO BADANIA OPTYCZNEJ GŁOWICY ŚLEDZĄCEJ

DEMERO Automation Systems

Machine Struxure. 100 % wydajności, elastyczności w projektowaniu i programowaniu.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Regulacja prędkości posuwu belki na prowadnicach pionowych przy wykorzystaniu sterownika Versa Max

Serwonapędy AC Serie EDC, EDB, ProNet

Zadania do ćwiczeń laboratoryjnych Systemy rozproszone automatyki - laboratorium

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Szybkie prototypowanie w projektowaniu mechatronicznym

WYBRANE ASPEKTY BADAŃ LABORATORYJNYCH OPTOELEKTRONICZNYCH GŁOWIC ŚLEDZĄCO- CELOWNICZYCH

ALGORYTMY STEROWANIA IMITATOREM STACJI RADIOLOKACYJNEJ

ŚRODOWISKO PC WORX JAKO WSPARCIE W NAUCE PROGRAMOWANIA STEROWNIKÓW PLC

Wysokowydajne falowniki wektorowe Micno KE300.

Sterowniki Programowalne Sem. V, AiR

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

DEMERO Automation Systems

Politechnika Łódzka. Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej

3/13/2012. Automatyka i Sterowanie PRz Wprowadzenie. Wprowadzenie. Historia automatyki. dr inż. Tomasz Żabiński. Odśrodkowy regulator prędkości

Tylna strona Vibstand a 2 zawiera panele zawierające przyłącza komunikacyjne, zasilające oraz bezpieczniki.

PRZEMIENNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI W DWUSIL- NIKOWYM NAPĘDZIE WAŁU TAŚMOCIĄGU PO- WIERZCHNIOWEGO

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

3Motion - wieloosiowy sterownik ruchu Część 1. Informacje ogólne i hardware

Tytuł Aplikacji: Aplikacja przetwornic częstotliwości Danfoss w sieci przemysłowej Profinet

Od prostego pozycjonowania po synchronizację. Rozwiązania Sterowania Ruchem. Napędy Elektryczne i Sterowania

Sterownik Spid Pant 8 i Ant 8. Podręcznik użytkowania

Projekt sterowania turbiną i gondolą elektrowni wiatrowej na farmie wiatrowej

Politechnika Gdańska

SYSTEMY STEROWANIA APARATURĄ POMIAROWĄ BAZUJĄCE NA MAGISTRALI CAN

Doskonalenie jakości edukacji zawodowej - współpraca i partnerstwo

Wydział Elektryczny. Katedra Automatyki i Elektroniki. Instrukcja. do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: SYSTEMY CYFROWE 1.

SPOSOBY POMIARU KĄTÓW W PROGRAMIE AutoCAD

Politechnika Wrocławska

Automatyka przemysłowa na wybranych obiektach. mgr inż. Artur Jurneczko PROCOM SYSTEM S.A., ul. Stargardzka 8a, Wrocław

BADANIE SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO (SRM) CZĘŚĆ 2 PRACA DYNAMICZNA SILNIKA

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium MASZYN I URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH. Nr 2

STEROWNIK LAMP LED MS-1 Konwerter sygnału 0-10V. Agropian System

Opracowanie ćwiczenia laboratoryjnego dotyczącego wykorzystania sieci przemysłowej Profibus. DODATEK NR 4 Instrukcja laboratoryjna

3.0 FALOWNIKI ASTRAADA DRV

PROGRAMOWALNE STEROWNIKI LOGICZNE

Falowniki Parker

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

1. Wykorzystanie sterownika Modicon Micro (03) do sterowania transportem i segregacją półfabrykatów

Programowalne Sterowniki Automatyki PAC

Opracowanie systemu sterowania wybranej linii technologicznej z uwzględnieniem zagadnień inżynierii oprogramowania

Zagadnienia podstawowe. Motion Control. Zagadnienia podstawowe. siemens.pl/s7-1500t

KOMPLETNA OFERTA DLA AUTOMATYKI PRZEMYSŁOWEJ

Sterownik PLC firmy FATEK do sterowania napędami. seria FBs-xxMN. działanie i podstawowe funkcje

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

Automatyka i metrologia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Politechnika Gdańska. Gdańsk, 2016

WIZUALIZACJA I STEROWANIE ROBOTEM

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

CDI-360 Karta wejść binarnych Instrukcja obsługi

Veronica. Wizyjny system monitorowania obiektów budowlanych. Instrukcja oprogramowania

Instrukcja do oprogramowania ENAP DEC-1

Konfiguracja i programowanie PLC Siemens SIMATIC S7 i panelu tekstowego w układzie sterowania napędami elektrycznymi. Przebieg ćwiczenia

Załącznik nr 5. Opis przedmiotu zamówienia (Specyfikacja Techniczna)

Kontrola ruchu i napędy spis treści. Kontrolery ruchu 4. Serwonapędy 5. Falowniki 6. Kontrola ruchu i napędy. Ogólny opis produktów 74

Robot EPSON SCARA T3-401S

Laboratorium Elektrycznych Systemów Inteligentnych

STEROWNIK MODUŁÓW PRZEKAŹNIKOWYCH SMP-8

Elastyczne systemy wytwarzania

I. PROFIL FIRMY II. PROJEKTOWANIE

Podstawy obsługi programów TwinCAT System Manager i TwinCAT PLC Control

Instrukcja programowania wieratko-frezarki BFKO, sterowanej odcinkowo (Sinumerik 802C)

OPIS PROGRAMU USTAWIANIA NADAJNIKA TA105

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

Katedra Inżynierii Systemów Sterowania WEiA PG. Przemysłowe Sieci Informatyczne Laboratorium

Electronic Infosystems

Przemienniki częstotliwości seria IS7

CDIRO-360 Karta wejść binarnych i wyjść przekaźnikowych Instrukcja obsługi

Wideodomofon głośnomówiący z pętlą indukcyjną

Opracował: Jan Front

OPROGRAMOWANIE CANStudio

1 Zasady bezpieczeństwa

DEMERO Automation Systems

Modularny system I/O IP67

Zastosowanie Safety Integrated na przykładzie obrabiarki Scharmann Heavycut

Tematy prac dyplomowych w Katedrze Awioniki i Sterowania. Studia: I stopnia (inżynierskie)

Oprogramowanie do sterowania zasilaczy serii LPS 300

Prototypowanie sterownika dla robota 2DOF

Laboratorium Komputerowe Systemy Pomiarowe

Zastosowanie sterownika PLC w modelowaniu i symulacji prostych układów automatyki

Obrabiarki CNC. Nr 10

CENTRALA STERUJĄCA SMART CONTROL

PUKP Programowanie urządzeń kontrolno-pomiarowych. ztc.wel.wat.edu.pl

Opis techniczny koncentratora wejść impulsowych KWI-1. APATOR SA,

Industrial Ethernet Dokumentacja techniczna połączenia Sterowniki S7-400(300) firmy Siemens - System PRO-2000 firmy MikroB

e. Antena musi spełniać normę min. IP Zasilacz

2. Zawartość dokumentacji. 1. Strona tytułowa. 2. Zawartość dokumentacji. 3. Spis rysunków. 4. Opis instalacji kontroli dostępu. 3.

Przemysłowe Systemy Automatyki ĆWICZENIE 2

ZAUTOMATYZUJ SIĘ. Automatyka Technika Napędowa Hydraulika Siłowa Pneumatyka

Technik mechanik. Zespół Szkół Nr 2 w Sanoku

ZAP.370/225-2/2013 Jasło, dnia r.

SYSTEMY CZASU RZECZYWISTEGO (SCR)

DEMERO Automation Systems

INVEOR nowy standard w technice napędów pomp i wentylatorów.

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Katedra Inżynierii Systemów Sterowania WEiA PG. Przemysłowe Sieci Informatyczne Laboratorium

Transkrypt:

Dr inż. Wojciech KACZMAREK Dr inż. Waldemar ŚMIETAŃSKI Mgr inż. Szymon BORYS Mgr inż. Piotr PRZYBYLSKI Wojskowa Akademia Techniczna DOI: 10.17814/mechanik.2015.7.252 PROJEKT APLIKACJI STERUJĄCEJ WIELOOSIOWĄ PLATFORMĄ DO BADAŃ DYNAMICZNYCH Streszczenie: W referacie przedstawiono projekt aplikacji sterującej wieloosiową platformą do badań dynamicznych. Autorzy skupili się na opracowaniu panelu operatora, który umożliwia wygenerowanie określonych wymuszeń. Stanowisko zostało przygotowane w celu badania m.in.: stabilizacji układów. CONTROL APPLICATION DESIGN FOR MULTI-AXIS PLATFORM FOR DYNAMIC RESEARCH Abstract: This paper presents control application design for multiaxis platform used in dynamic testing. The authors focused on development of the operator panel, which is used to generate specified extortions. The stand has been prepared in order to study, inter alia, systems stability. Słowa kluczowe: sterowanie, panel operatora, badania dynamiczne Keywords: control, operator panel, dynamic testing 1. WPROWADZENIE Konstruowanie urządzeń, które podczas eksploatacji są poddawane wymuszeniom dynamicznym, jest niezmiernie złożonym zagadnieniem, dlatego też wykorzystywane są do tego celu nowoczesne środowiska programistyczne. Podczas projektowania takich urządzeń (np.: głowic obserwacyjnych, układów stabilizacji) konieczne jest z jednej strony przeanalizowanie wytrzymałości konstrukcji urządzenia, z drugiej sprawdzenie poprawności działania systemów regulacji i stabilizacji. Dostępne na rynku środowiska projektowe (np.: ANSYS) umożliwiają przeprowadzenie dokładnych analiz dynamicznych, co gwarantuje wykonanie urządzenia spełniającego oczekiwania projektanta. W celu zbadania opracowywanych układów sterowania (regulacji i stabilizacji) konieczne jest opracowanie dokładnych modeli matematycznych konstruowanych obiektów. Najczęściej w pierwszej fazie projektowej są one wystarczające, jednak często się zdarza, że algorytmy regulacji muszą być dostrajane po wykonaniu demonstratora konstruowanego urządzenia. Dlatego też kolejną fazą badań takich układów są badania laboratoryjne. Możliwość ich przeprowadzenia podyktowana jest posiadaniem odpowiednich stanowisk laboratoryjnych. 385

W ramach prac badawczo-rozwojowych prowadzonych w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie, tworzone są nowe rozwiązania, które w założeniu konstruktorów spełnią wymagania odbiorców. Aby było to możliwe, konieczne są m.in.: analiza istniejących rozwiązań konstrukcyjnych, prowadzenie symulacji komputerowych umożliwiających dobór odpowiednich komponentów tworzonego rozwiązania, opracowanie aplikacji (programów komputerowych) umożliwiających pełne funkcjonowanie urządzenia i w końcu przeprowadzenie badań urządzenia. 2. WIELOOSIOWA PLATFORMA DO BADAŃ DYNAMICZNYCH Z uwagi na konieczność prowadzenia laboratoryjnych badań dynamicznych układów stabilizacji i naprowadzania (głównie z uwagi na to, że są one tańsze od badań terenowych), utworzono stanowisko badawcze, w skład którego weszła wieloosiowa platforma oraz układ sterowania (rys. 1). Podczas projektowania platformy wyspecyfikowano założenia, wśród których należy wyróżnić: wykonywanie przez platformę złożonych ruchów z obiektem o masie do 120 kg, mocowanie obiektu badań za pomocą specjalnego adaptera, wyważenie platformy dla zapewnienia ruchów bez wzajemnych przemieszczeń obiekt platforma, programowalne sterowanie platformą również w pętli sprzężenia zwrotnego. Rys. 1. Ogólny widok koncepcji wieloosiowej platformy w układem sterowania: 1 komputer, 2 sterownik programowalny, 3 przemienniki częstotliwości, 4 silniki asynchroniczne klatkowe 386

MECHANIK 7/2015 Platforma jest zbudowana z części mechanicznej z odciążaczem pneumatycznym [5, 7]. Do poruszania osiami aktywnymi platformy wykorzystano pięć silników asynchronicznych klatkowych z przekładniami firmy Sew. Układ sterowania platformy oparto o sterownik programowalny Modicon M340 firmy Schneider Electric. Sterownik został połączony z przemiennikami częstotliwości firmy Schneider Electric za pomocą magistrali CANOpen, co pozwoliło na jednoczesne sterowanie pięcioma silnikami napędzającymi platformę [6]. Do stanowiska załączono komputer, który pozwala na tworzenie oprogramowania dla sterownika oraz może pełnić funkcję konsoli operatora podczas generowania wymuszeń. Wszystkie elementy układu sterowania zostały umieszczone w szafie sterowniczej (rys. 2). Sterowanie pięcioma silnikami z wykorzystaniem magistrali CANOpen jest możliwe dzięki zastosowaniu skrzynek przyłączeniowych VW3CANTAP2 (rys. 3), które pośredniczą w przesyłaniu sygnałów sterujących ze sterownika PLC do przemienników częstotliwości. Rys. 2. Ogólny widok platformy oraz szafy sterującej z komputerem PC W szafie sterowniczej zamieszczono dodatkowe elementy: panel HMI, switch ethernetowy. 387

Rys. 3. Ogólny widok skrzynki przyłączeniowej VW3CANTAP2 3. APLIKACJA STERUJĄCA WIELOOSIOWĄ PLATFORMĄ DO BADAŃ DYNAMICZNYCH Aplikacja sterująca wieloosiową platformą do badań dynamicznych została opracowana w środowisku programistycznym Unity Pro XL firmy Schneider Electric (rys. 4), które posiada wbudowane funkcje komunikacyjne (Ethernet, CANopen). Rys. 4. Środowisko Unity Pro XL do programowania sterownika Modicon M340 [1] 388

Pulpit operatora Przygotowano pięć pulpitów operatora (rys. 5), które umożliwiają: wybór trybu pracy (rys. 6), sterowanie prędkością (rys. 7) definiowanie prędkości kątowych w stopniach/sekundę, z jakimi mają poruszać się poszczególne osie, sterowanie prędkością trzech osi (rys. 8) definiowanie prędkości kątowej (ruch synchroniczny), sterowanie kątami definiowanie kątów obrotów poszczególnych osi (dla osi głównych), sterowanie kątami trzech osi definiowanie kątów (ruch synchroniczny). Rys. 5. Algorytm głównego programu Poniżej przedstawiono wybrane panele operatora (rys. 6-8). Na panelu głównym, operator dokonuje wyboru trybu sterowania platformą. 389

Rys. 6. Panel główny (wybór trybów sterowania) Panele sterowania prędkościami i kątami są podobne, więc w niniejszym opracowaniu zamieszczono wybrane (sterowanie prędkością). Na panelu sterowania prędkością operator ma możliwość zadania prędkości dla wybranych osi w stopniach/sekundę. Żądane wartości można wprowadzać za pomocą klawiatury lub suwaka. Aby aktywować panel, należy wcisnąć przycisk włącz/wyłącz. Gdy panel jest nieaktywny, dioda sygnalizacyjna jest czerwona. Po aktywowaniu panelu, dioda przyjmuje kolor zielony. Wciśnięcie przycisku Menu operatora powoduje powrót do panelu głównego. Przed opuszczeniem panelu należy go deaktywować (dioda sygnalizacyjna powinna być czerwona). Obsługa pozostałych paneli przebiega tak samo jak panelu sterowanie prędkością. Wszystkie panele są wyposażone w przycisk włącz/wyłącz oraz menu operatora. 390

Rys. 7. Panel sterowanie prędkością Panel Sterowanie prędkością trzech osi umożliwia synchroniczne sterowanie ruchem blatu (dół góra). Konfiguracja obsługi sieci CANOpen Rys. 8. Panel sterowanie prędkością trzech osi Podczas tworzenia aplikacji sterowania okazało się, że wykorzystanie bloków MFB i skorzystanie z mechanizmów CAN_HANDLER do obsługi sieci CANOpen nie pozwala na pełne odczytywanie informacji z enkoderów, a tym samym powstał problem sterowania z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. Dlatego też w projekcie zdecydowano się na 391

wykorzystanie funkcji Controller 2. Innymi słowy, do komunikacji w sieci CANopen pomiędzy urządzeniem master (sterownik PLC) a urządzeniami slave (przemienniki częstotliwości) wykorzystywano specjalne rejestry PDO, w których przechowywane są wartości zmiennych odbieranych i wysyłanych przez poszczególne falowniki. Podejście takie wymusiło wprowadzenie odpowiednich ustawień sterowania w przemienniku częstotliwości ATV71 odczytywanie licznika enkodera funkcją PUC sterowanie magistrali CANopen bitami z zakresu C 201 C 215 [1]. W programie sterującym dla każdego przemiennika częstotliwości konieczne było zdefiniowanie rejestrów specjalnych PDO (transmisja i odbiór rys. 9). Rys. 9. Okno konfiguracji pierwszego przemiennika częstotliwości (tabele: Transmit i Receive) W zakładce odbioru danych (tabela Receive rys. 10) aktywowano PDO1, gdzie zdefiniowano dwie zmienne Cmd value (załączenie zasilania) oraz LFRD (zadanie prędkości obrotowej [obr/min]). Rys. 10. Rejestry odbierane przez falowniki 392

W przypadku transmitowania danych z urządzenia typu slave (falownik) do mastera (sterownik) wykorzystano parametr PUC (parametr wysyłany przez falownik i przechowujący liczbę impulsów zliczanych przez enkoder). Z uwagi na to, że każde PDO może zawierać tylko 4 słowa i zakładka PDO1 była zapełniona, aktywowano PDO2 (rys. 11). W projekcie wykorzystano następujące rejestry [2-4]: Cmd value rejestr służący do podawania zasilania poszczególnym falownikom, LFRD przechowuje zadaną prędkość obrotową silnika (obr/min), PUC parametr wysyłany przez falownik, przechowuje liczbę impulsów zliczanych przez enkodery. Rys. 11. Rejestry wysyłane przez falowniki Tabela 1. Adresy Cmd value oraz LFRD poszczególnych osi Nr osi Adres Cmd value Adres LFRD Obrót do przodu Obrót do tyłu 1 %MW424.0 %MW424.1 %MW429 2 %MW480.0 %MW480.1 %MW485 3 %MW536.0 %MW536.1 %MW541 4 %MW592.0 %MW592.1 %MW597 5 %MW648.0 %MW648.1 %MW653 Tabela 2. Adresy PUC poszczególnych osi Nr osi Adres PUC 1 %MW38 2 %MW120 3 %MW202 4 %MW284 5 %MW366 4. PODSUMOWANIE Zaproponowane stanowisko może być wykorzystywane do badania układów stabilizacji poprzez dynamiczne wychylanie platformy zgodnie z opracowanymi algorytmami. Platformę można również wychylać i zatrzymywać w danym położeniu (np.: przy badaniu dryftu układów opartych o żyroskopy). Dzięki otwartości oprogramowania sterującego, panel 393

operatora może być dostosowany dla konkretnych potrzeb użytkownika. Podczas prac uruchomieniowych, przy gwałtownych zmianach kierunku obrotów silników dochodziło do przeciążenia przemienników częstotliwości, dlatego układ sterujący wzbogacono o rezystory hamowania. Ponadto, przy projektowaniu platform dynamicznych konieczne jest również opracowanie algorytmów regulacji, które powinny umożliwiać optymalne sterowanie całym układem. W przedstawionej aplikacji zastosowano pętle regulatorów na niskim poziomie (przemiennik częstotliwości silnik) oraz w programie sterującym (układ sterowania przemienniki częstotliwości). LITERATURA [1] Altivar 61/71 CANopen User's manual, Schneider Electric, 2006. [2] CANopen COMMUNICATION MANUAL, Advanced Motion Controls, 2006. [3] Modicon M340, Discovery Kit, Schneider Electric, 2006. [4] Modicon M340 CANopen, Schneider Electric, 2006. [5] Opracowanie demonstratora technologicznego, stabilizowanej optoelektronicznej głowicy śledząco-celowniczej do zastosowań w przeciwlotniczych zestawach artyleryjskich małego i średniego zasięgu, Sprawozdanie merytoryczne z wykonania Projektu Rozwojowego nr 0137/R/T00/2010/12 (PBR/15-572/2010/WAT), praca zbiorowa pod kierunkiem W. Kaczmarka, Warszawa 2013. [6] The Basics of CANopen, National Instruments. 2014. [7] Wieloosiowa platforma ruchoma o 5 stopniach swobody PW-OK1, dokumentacja techniczno-ruchowa wraz z instrukcją obsługi i eksploatacji, Starogard Gdański 2011. 394