Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWANIA (KSS) Temat: Budowa pętli sprzętowej (ang. Hardware In the Loop) w oparciu o sterowniki GE Fanuc oraz system czasu rzeczywistego Simulink Desktop Real Time Ćwiczenie Laboratoryjne nr 2 Materiały pomocnicze Elementy pętli sprzętowej (ang. Hardware In the Loop) Opracowanie: Tarnawski Jarosław, dr inż. Puchalski Bartosz, mgr inż. Gdańsk, marzec 2016
Spis treści 1 Wstęp... 3 2 Połączenia fizyczne na potrzeby pętli sprzętowej... 3 2.1 Opis elementów... 4 2.2 Opis połączeń... 5 2.3 Sygnały fizyczne, logiczne i potrzeba skalowania zmiennych... 5 3 Regulator PID w sterowniku programowalnym GE Fanuc... 6 4 Załącznik Galeria elementów... 7 2 S t r o n a
1 Wstęp Niniejszy dokument ma na celu zobrazowanie pętli sprzętowej, którą należy wykonać w trakcie ćwiczenia laboratoryjnego, oraz przedstawienie jej elementów. Pętla sprzętowa zostanie wykonana w oparciu o systemu czasu rzeczywistego Simulink Desktop Real Time (SDRT) oraz sterownik programowalny GE Fanuc. Poniżej przedstawiono (Rysunek 1), który prezentuje idee oraz połączenia fizyczne pętli sprzętowej, gdzie: SP Set Point wartość zadana, CV Control Variable zmienna sterująca, PV Process Variable zmienna regulowana. Rysunek 1 Schemat pętli sprzętowej W systemie SDRT można zamodelować niemal dowolny obiekt dynamiczny natomiast, w sterowniku programowalnym zaprogramować różne algorytmy sterowania. Przedstawiona pętla sprzętowa umożliwia zatem elastyczne zestawianie symulacji i stanowi uniwersalne środowisko do badania systemów regulacji. 2 Połączenia fizyczne na potrzeby pętli sprzętowej Wykorzystany moduł sterownika ALG442 oraz karta akwizycji PCI1711 wraz z płytką przyłączeniową PLCD9710 to urządzenia wielokanałowe. Przy podłączaniu/użytkowaniu systemu należy zwrócić szczególną uwagę na to, które kanały wyjściowe i wejściowe są wykorzystane oraz skonfigurować te kanały na pracę w odpowiednim zakresie napięć. Na końcu materiałów pomocniczych przedstawiona jest galeria elementów wchodzących w skład pętli sprzętowej. Na schemacie poglądowym (Rysunek 2) przedstawiono sposób połączeń modułu wejść/wyjść analogowych sterownika programowalnego ALG442 oraz karty akwizycji danych PCI1711. Wyprowadzenia z tych elementów zebrane są w wygodnej formie na białym panelu połączeniowym, który służy do zestawiania połączenia między nimi. 3 S t r o n a
Rysunek 2 Schemat poglądowy wyprowadzeń karty PCI1711 oraz modułu ALG442 (aut. Arkadiusz Cimiński) 2.1 Opis elementów Na zamieszczonych poniżej rysunkach (Rysunek 3, Rysunek 4, Rysunek 5) przedstawiono najważniejsze parametry elementów wchodzących w skład pętli sprzętowej. Rysunek 3 Dane katalogowe modułu IC694ALG442 Rysunek 4 Dane katalogowe karty akwizycji Advantech 1711 4 S t r o n a
Rysunek 5 Dane dotyczące parametrów wejść i wyjść analogowych karty Advantech 1711 2.2 Opis połączeń Sygnały wyjściowe z modelu obiektu symulowanego w środowisku SDRT wystawiane są na wyjścia karty akwizycji i dostępne są poprzez gniazda (DA0 OUT A0 GND, DA1 OUT A0 GND) na płytce przyłączeniowej (zielonej) i dalej przedłużone na biały panel na wtyki AQ0 i AQ1 w sekcji Karta akwizycji (prawa górna strona białego panelu). Sygnały te należy dostarczyć na wejścia sterownika gniazda AI1-AI4 w sekcji PLC GE Fanuc (lewa górna strona białego panelu) za pomocą przygotowanych przewodów z końcówkami bananowymi. Wyjścia sterownika dostępne na białym panelu w lewym dolnym rogu oznaczone AQ1 i AQ2 należy połączyć z wejściami karty akwizycji AI1 AI4 w prawym dolnym rogu białego panelu. Sygnały fizyczne mają charakter napięciowy zatem do ich przesłania niezbędne jest wykorzystanie pary przewodów (przewód sygnałowy czerwony i przewód odniesienia niebieski). Należy dokonać konfiguracji modułu IC694ALG442 sterownika ze szczególnym uwzględnieniem ustawień poziomu napięć wykorzystanych w połączeniu kanałów. 2.3 Sygnały fizyczne, logiczne i potrzeba skalowania zmiennych Sygnały w zastosowaniach automatyki są ustandaryzowane. Najbardziej popularne to sygnał napięciowy 0 10V lub -10 10V i sygnał prądowy 4 20 ma. Ponieważ przesyłane pomiędzy elementami układów automatyki sygnały mogą reprezentować wielkości fizyczne istotnie różne od ww. zakresów, objawia się potrzeba odwzorowania wielkości fizycznej w ustandaryzowanym sygnale np. ciśnienie 500 Pa może być reprezentowane przez sygnał 10V. Sygnały fizyczne w układach wejść analogowych zamieniane są z określoną w kartach katalogowych urządzeń rozdzielczością na dane cyfrowe (Rysunek 3, Rysunek 4, Rysunek 5). 5 S t r o n a
3 Regulator PID w sterowniku programowalnym GE Fanuc Do uruchomienia regulatora PID w trybie automatycznym niezbędne jest uruchomienie bloku PID_IND lub PID_ISA (stan wysoki na wejście ENABLE), podanie przez styki niskiego sygnału na wejścia MAN, UP i DN, wpisanie zakresu zmienności sygnału sterującego Upper Clamp i Lower Clamp, określenie zakresu zmienności wielkości regulowanej i wartości zadanej (SP/PV Range) oraz nadanie niezerowych parametrów Proportional, Integral, Derivative (Rysunek 6). Więcej informacji na temat regulatora PID w sterowniku programowalnym GE Fanuc można znaleźć na wykładach z przedmiotu Sterowniki Programowalne. Rysunek 6 Regulator PID w sterowniku GE Fanuc 6 S t r o n a
4 Załącznik Galeria elementów Rysunek 7 Płytka przyłączeniowa PLCD9710 Rysunek 8 Panel połączeniowy 7 Strona
Rysunek 9 Moduł IC694ALG442 Rysunek 10 Przykładowe stanowisko z elementami pętli sprzętowej 8 S t r o n a