Průmyslová sběrnice RS485

Zadání:

Průmyslová sběrnice RS485 (TIA/EIA-485-A)

1. Seznamte se s úlohou distribuovaného systému řízení laboratorních úloh („Stejnosměrný motor“, „Tlakovzdušná soustava“ a „Model výtahu“) propojených komunikační sběrnicí RS485.

2. Seznamte se s možnostmi vizualizace aplikace Labmer.cw:

a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami,

b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace,

c) ovládání archivace,

d) ovládání programové regulace.

3. Ověřte funkci jednotlivých laboratorních úloh:

a) „Stejnosměrný motor“,

b) „Tlakovzdušná soustava“,

c) „Model výtahu“.

4. Úloha „Stejnosměrný motor“ – v režimu regulace sledujte průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty pro různá nastavení regulátoru. Některé charakteristické průběhy uložte do samostatných archivních souborů.

5. Úloha „Tlakovzdušná soustava“ - v režimu regulace sledujte průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty pro různá nastavení regulátoru. Některé charakteristické průběhy uložte do samostatných archivních souborů.

6. Proveďte vyhodnocení regulačních průběhů z uložených archivních souborů. Pro vynesení grafických závislostí importujte data do programu Microsoft Excel. Grafické průběhy patřičně okomentujte.

Úloha stejnosměrný motor

1. Seznamte se s možnostmi vizualizace aplikace Labmer.cw:

a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami,

b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace,

c) ovládání archivace,

d) ovládání programové regulace.

2. Odměřte přechodovou charakteristiku stejnosměrného motoru. Průběh uložte do samostatného archivního souboru pro další zpracování.

3. Vyneste grafický průběh přechodové charakteristiky (např. v programu Microsoft Excel) z uloženého archivního souboru. Průběh patřičně okomentujte.

4. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci soustavy (stejnosměrný motor).

5. Určete optimální hodnoty parametrů (k_R, T_I) PS regulátoru.

6. Ověřte chování regulačního obvodu s vypočtenými parametry. Průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty uložte do archivního souboru.

7. Data z archivního souboru graficky zpracujte a okomentujte. Proveďte zhodnocení tohoto měření.

Úloha tlakovzdušná soustava

2. Seznamte se s možnostmi vizualizační aplikace Labmer.cw:

a) zapnutí a vypnutí komunikace s jednotlivými úlohami,

b) řízení úloh a zadávání parametrů regulace,

c) ovládání archivace,

d) ovládání programové regulace.

3. Změřte přechodovou charakteristiku tlakovzdušné soustavy (kompresor a vzdušník) při různém nastavení škrtícího ventilku vzdušníku. Průběhy ukládejte do samostatných archivních souborů pro další zpracování.

4. Vyneste grafické průběhy přechodových charakteristik (např. v programu Microsoft Excel) z uložených archivních souborů. Průběhy porovnejte a okomentujte.

5. Ze zvolené přechodové charakteristiky proveďte identifikaci tlakovzdušné soustavy.

6. Určete optimální hodnoty parametrů (k_R, T_I) PS regulátoru.

7. Ověřte chování regulačního obvodu s vypočítanými parametry. Průběh regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty uložte do archivního souboru. Porovnejte s jiným nastavením regulačních parametrů. Průběhy uložte do archivních souborů.

8. Data z archivních souborů graficky zpracujte a okomentujte. Proveďte zhodnocení tohoto měření.

Schéma zapojení:

Obr.1 Úvodní okno vizualizace

Teoretický rozbor:

Úloha distribuovaného systému řízení v prostředí Control Web 2000 obsahuje sestavu tří fyzických modelů laboratorních úloh. Tyto modely jsou pomocí průmyslové komunikační sběrnice RS485 propojeny s vizualizačním počítačem. Vizualizační aplikace Labmer.cw je naprogramována v systému Control Web 2000 a umožňuje monitorovat a modifikovat parametry jednotlivých úloh.

Jednotlivé úlohy jsou samostatně řízeny mikropočítači, PLC a můžou pracovat samostatně i bez vizualizační aplikace. Zadávání regulačních parametrů je v tomto lokálním režimu realizováno pomocí klávesnice a displeje na příslušném řídicím mikropočítači. Algoritmus regulace je tedy implementován na nejnižší úrovni (v jednotlivých řídicích mikropočítačích, PLC) a po sběrnici RS485 se přenáší jen parametry regulace a skutečná hodnota měřené veličiny.

Distribuovaný systém obsahuje tyto úlohy:

· „Stejnosměrný motor“,

· „Tlakovzdušná soustava“,

· „Model výtahu“.

Aplikace - Vizualizace

Po spuštění aplikace „Labmer.cw“ systému Control Web 2000 se zobrazí úvodní okno vizualizace obr.1 se schematickým znázorněním propojení jednotlivých laboratorních úloh.

V horní části jsou umístěny tři malé panely informující o stavu úloh. Tyto stavové panely jsou vždy viditelné a umožňují trvalou kontrolu základních funkcí jednotlivých úloh. Pomocí virtuálních tlačítek na těchto panelech je umožněno zapínat a vypínat komunikaci s jednotlivými úlohami. Pokud se nepodaří navázat komunikaci s úlohou je na tomto stavovém panelu vypsáno příslušné hlášení obr. 2. Dokud není komunikace tlačítkem „ODPOJ“ vypnuta, tak se aplikace vizualizace stále pokouší navázat komunikaci s úlohou.

Obr.2 Nebyla navázána komunikace s úlohou tlakovzdušná soustava

Vyskytnou-li se však v průběhu přenosu dat komunikační chyby, které mají vliv na bezchybnou funkci komunikace, dojde k vypnutí komunikace s příslušnou úlohou obr. 3. Zobrazené hlášení periodicky bliká a neumožní znovu zapnout komunikaci dokud nebude potvrzeno (kliknutím na blikající hlášení).

Obr. 3 Chyba komunikace s úlohou tlakovzdušná soustava

Pomocí záložkového přepínače na pravé straně okna nebo kliknutím do prostoru stavového panelu příslušné úlohy je umožněno zobrazení panelů vizualizací jednotlivých laboratorních úloh.

Úloha „Stejnosměrný motor“

Panel vizualizace úlohy „Stejnosměrný motor“ umožňuje (je-li aktivní komunikace s úlohou) sledovat průběh žádané a měřené hodnoty, modifikovat parametry regulace a ovládat běh motoru obr. 4.

Obr. 4 Okno vizualizace úlohy „Stejnosměrný motor“

ZÁLOŽKA „REGULACE“:

V základním zobrazení záložkového přepínače je vybrán panel „Regulace“. Tento panel soustřeďuje nastavovací prvky pro změnu parametrů úlohy „Stejnosměrný motor“. Důležitým nastavením je volba způsobu řízení motoru:

· Regulace - akční veličina počítána PS regulátorem v závislosti na žádané hodnotě, hodnotě zesílení, integrační časové konstanty a regulované veličině. Motor je tedy řízen PS regulátorem pomocí zpětné vazby (měření otáček). V tomto režimu je možné nastavovat tyto parametry:

- žádaná hodnota (w): nastavitelný rozsah -50 až +50 ot/s,

- zesílení regulátoru (k_R): nastavitelný rozsah 0,01 až 10,

- integrační časová konstanta (T_I): nastavitelný rozsah 0,001 až 1 s.

· Ovládání - akční veličina je nastavena na zadanou hodnotu řídicího napětí bez vlivu regulátoru a zpětné vazby. V tomto režimu je umožněno nastavovat pouze hodnotu řídicího napětí pro motor (akční člen):

- hodnota napětí pro nastavení motoru (u): rozsah 0 – 10 V.

ZÁLOŽKA „PROGRAMOVÁ REG.“:

Další volbou záložkového přepínače je „Programová reg.“ (tj. programová regulace), kterou je zde možné zapínat nebo vypínat. Principem programové regulace je nastavování hodnoty žádané veličiny v požadovaných časových okamžicích z předem připravené receptury. Vlastní hodnoty jsou uloženy v souboru formátu dBASE III (Motor_PrgReg.dbf). Zadávání a změnu těchto dat je možné provádět editorem záznamů, který je vyvolán tlačítkem „Editace souboru programové reg.“. Po spuštění programové regulace lze v příslušných zobrazovačích sledovat aktuálně nastavenou žádanou hodnotu a hodnotu, která bude nastavena v nejbližší naprogramované časové hodnotě obr. 5.

Obr. 5 Programová regulace

Standardně je zapnuto opakování programové regulace, kdy se po vyčerpání záznamů z připravené receptury přejde na prvý záznam a nastavování žádané hodnoty z receptury se stále opakuje. Tlačítkem „Opakování VYP“ lze toto opakování vypnout. Připravená receptura pak proběhne pouze jedenkrát a po vyčerpání záznamů bude funkce programová regulace vypnuta.

Zelená signálka nad záložkou „Programová reg.“ je v aktivním stavu (tj. světle zelená) při zapnuté funkci programové regulace.

ZÁLOŽKA „ARCHIVACE“:

Poslední volbou záložkového přepínače je „Archivace“. Zde je umožněno nastavení parametrů pro vytvoření archivního souboru. Vytvářený soubor je formátu dBASE III (*.dbf) a je možné ho importovat do běžně používaných programů pro zpracování dat (program EXCEL). Archivují se hodnoty žádané a měřené veličiny, vypočítaná regulační odchylka a čas od spuštění archivace. Jméno souboru je pevně nastaveno na „MotorArchiv01.dbf“. Nastavovacím prvkem „Arch. soubor MotorArchiv č.:“ je možné modifikovat poslední dvojčíslí a tak uložit až 99 různých archivních souborů úlohy „Stejnosměrný motor“ obr. 6.

Obr. 6 Archivace

Doba archivace je nastavitelná. Běh archivace je podmíněn spuštěním úlohy (tj. zapnutým motorem), takže v případě zapnutí při běžící úloze bude archivace okamžitě spuštěna, jinak bude spuštěna spolu se zapnutím úlohy (tj. zapnutím motoru). K ukončení archivace dojde po vypršení nastaveného času, případně při přerušení komunikace. Zastavení úlohy (tj. vypnutí motoru) však již spuštěnou archivaci nezastaví. Zelená signálka nad záložkou „Archivace“ je v aktivním stavu (tj. světle zelená) při archivování (ukládání měřených dat do archivního souboru).

Úloha „Tlakovzdušná soustava“

Panel vizualizace úlohy tlakovzdušná soustava umožňuje (je-li aktivní komunikace s úlohou) sledovat průběh žádané a měřené hodnoty, modifikovat parametry regulace a ovládat běh kompresoru obr. 7.

Obr. 7 Vizualizace úlohy „Tlakovzdušná soustava“

Rozmístění ovládacích a zobrazovacích prvků i způsob práce je obdobný jako u předcházející úlohy.

ZÁLOŽKA „REGULACE“:

V základním zobrazení záložkového přepínače je vybrán panel „Regulace“. Tento panel soustřeďuje nastavovací prvky pro změnu parametrů úlohy tlakovzdušná soustava. Důležitým nastavením je volba způsobu řízení kompresoru:

· Regulace - akční veličina počítána PS regulátorem v závislosti na žádané hodnotě, hodnotě zesílení, integrační časové konstanty a regulované veličině. Kompresor je tedy řízen PS regulátorem pomocí zpětné vazby (snimač tlaku). V tomto režimu je možné nastavovat tyto parametry:

- žádaná hodnota (w): nastavitelný rozsah 0 až 1500 Pa,

- zesílení regulátoru (k_R): nastavitelný rozsah 0,01 až 10,

- integrační časová konstanta (T_I): nastavitelný rozsah 0,001 až 1 s.

- hodnota napětí pro nastavení kompresoru (u): rozsah 0 – 10 V.

ZÁLOŽKA „PROGRAMOVÁ REG.“:

Soubor s hodnotami má název Tlak_PrgReg.dbf (souboru formátu dBASE III). Činnost a ovládáni je stejné jako v úloze „Stejnosměrný motor“. I zde je standardně zapnuto opakování programové regulace, kdy se po vyčerpání záznamů z připravené receptury přejde na prvý záznam a nastavování žádané hodnoty z receptury se stále opakuje. Tlačítkem „Opakování VYP“ lze toto opakování vypnout. Připravená receptura pak proběhne pouze jedenkrát a po vyčerpání záznamů bude funkce programová regulace vypnuta.

ZÁLOŽKA „ARCHIVACE“:

Jméno souboru je pevně nastaveno na „TlakArchiv01.dbf“ (soubor formátu dBASE III). Stejně jako v úloze „Stejnosměrný motor“ je možné modifikovat poslední dvojčíslí, a tak uložit až 99 různých archivních souborů úlohy. Archivují se hodnoty žádané a měřené veličiny, vypočítaná regulační odchylka a čas od spuštění archivace.

Rozběh archivace je podmíněn spuštěnou úlohou (tj. zapnutým kompresorem). V případě zapnutí archivace za běhu úlohy bude tato okamžitě spuštěna, jinak bude spuštěna spolu se zapnutím úlohy (tj. zapnutím kompresoru). K ukončení archivace dojde po vypršení nastaveného času, případně při přerušení komunikace. Zastavení úlohy (tj. vypnutí kompresoru) však již spuštěnou archivaci nezastaví.

ÚLOHA MODEL VÝTAHU

Úloha model výtahu je jiného charakteru než předchozí dvě úlohy. Proto i panel vizualizace má poněkud jiný vzhled obr. 8. V levé části panelu je fotografie skutečného fyzického modelu výtahu. Jednoduchou animací je znázorněna komunikace mezi PLC a počítačem s vizualizací. V pravé části je umístěno grafické znázornění výtahu i s ovládacími tlačítky pro řízení kabiny a přivolávacími tlačítky v patrech.

Obr. 8 Vizualizace úlohy „Model výtahu“

Po aktivaci komunikace mezi úlohou a PC s vizualizací (ze stavového panelu úlohy) budou grafické prvky nastavovány podle skutečného stavu na fyzickém modelu. Pojede-li kabina výtahu nahoru, bude se i ve vizualizaci grafický prvek představující kabinu přemisťován směrem nahoru.

Na pravé straně panelu jsou znázorněna jednotlivá jazýčková relé. Tyto jsou spínána průjezdem kabiny jednotlivými patry a jejich sepnutý stav je ve vizualizaci signalizován znázorněním sepnutého stavu spolu se zeleným podsvícením.

Tlačítka v kabině i v jednotlivých patrech také kopírují stav na fyzickém modelu výtahu. Vybrané tlačítko změní svou barvu na červenou. Těmito tlačítky lze také přímo řídit provoz výtahu. Jejich funkce je zcela shodná s tlačítky na fyzickém modelu.

Ve středu panelu vizualizace výtahu je také sdružený zobrazovač pro signalizaci čísla aktuálního patra a směru jízdy výtahu.

Postup měření:

Průmyslová sběrnice RS485 (TIA/EIA-485-A)

1. Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení:

a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485,

b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj,

c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj,

d) model výtahu – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic.

2. Spusťte vizualizační aplikaci Labmer.cw v systému Control Web 2000. Vyzkoušejte si ovládání jednotlivých fyzických úloh z vizualizační aplikace. Úloha „Stejnosměrný motor“ vyžaduje zadání volby 2 + Enter (povolení DSC řízení) před zahájením komunikace z vizualizační aplikace.

3. Pracujte s jednotlivými laboratorními úlohami:

a) „Stejnosměrný motor“ – sledujte průběhy regulace řízení otáček motoru při změnách žádané hodnoty (w) v režimu regulace a ovládání.

b) „Tlakovzdušná soustava„ - sledujte průběhy regulace tlaku vzduchu při změnách žádané hodnoty (w) v režimu regulace a ovládání.

c) „Model výtahu“ – odzkoušejte funkci výtahu při ovládání pomocí virtuálních tlačítek z vizualizační aplikace.

4. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Stejnosměrný motor“. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty při různých hodnotách regulačních parametrů k_R a T_I. Alespoň tři průběhy uložte do archivních souborů (MotorArchiv01.dbf). Zapište si použité regulační parametry při vytvoření nového archivního souboru spolu s jeho číslem pro pozdější vyhodnocení.

5. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Tlakovzdušná soustava“. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty při různých hodnotách regulačních parametrů k_R a T_I. Alespoň tři průběhy uložte do archivních souborů (TlakArchiv01.dbf). Zapište si použité regulační parametry při vytvoření nového archivního souboru spolu s jeho číslem pro pozdější vyhodnocení.

6. Uložené archivní soubory importujte do programu Microsoft Excel. Získané grafické průběhy okomentujte a proveďte jejich porovnání vzhledem k zadaným parametrům regulátoru.

Úloha stejnosměrný motor

1. Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení:

a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485,

b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj,

c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj,

d) „Model výtahu“ – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic.

3. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Stejnosměrný motor“. Režim řízení nastavte na ovládání. Odměřte přechodovou charakteristiku stejnosměrného motoru se zapnutou archivací (např. do souboru MotorArchiv01.dbf).

a) v režimu ovládání zadejte počáteční hodnotu veličiny u (např. = 0 V),

b) aktivujte archivaci (nové číslo arch. souboru, doba archivace např. 150 s)

c) zapněte motor a vyčkejte ustálení,

d) zadejte skokovou změnu veličiny u (např. 10 V),

e) po ustálení měřené hodnoty ukončete měření (pokud již neuplynul nastavený čas tak vypněte archivaci a motor úlohy).

4. Uložený archivní soubor přechodové charakteristiky importujte do programu Excel. Získaný grafický průběh okomentujte.

5. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci stejnosměrného motoru.

6. Určete pomocí některé metody syntézy regulačního obvodu optimální hodnoty PS regulátoru.

7. Získané hodnoty parametrů regulace k_R a T_I zadejte do regulátoru. Ověřte chování regulátoru se získanými parametry. V režimu regulace sledujte odezvu regulačního pochodu na skokovou změnu žádané hodnoty. Porovnejte s jiným nastavením regulačních parametrů. Průběhy uložte do archivních souborů.

8. Proveďte zhodnocení tohoto měření. Okomentujte získané grafické průběhy.

Úloha tlakovzdušná soustava

1. Zapněte přístroje nutné pro práci úlohy distribuovaného systému řízení:

a) PC s vizualizací a zdroj pro převodník RS232/RS485,

b) „Stejnosměrný motor“ – mikropočítač JR552, řídicí a silové obvody motoru, zdroj,

c) „Tlakovzdušná soustava“ – mikropočítač BAST552, silový obvod kompresoru a zdroj,

d) „Model výtahu“ – zdroj 24 V pro PLC ABB Procontic.

2. Spusťte vizualizační aplikaci Labmer.cw v systému Control Web 2000. Vyzkoušejte si ovládání jednotlivých fyzických úloh z vizualizační aplikace.

3. Zapněte komunikaci pouze s úlohou „Tlakovzdušná soustava“. Režim řízení nastavte na ovládání. Odměřte přechodovou charakteristiku soustavy se zapnutou archivací (např. do souboru TlakArchiv01.dbf).

a) v režimu ovládání zadejte počáteční hodnotu veličiny u (např. = 0 V),

b) aktivujte archivaci (nové číslo arch. souboru, doba archivace např. 150 s),

c) zapněte kompresor a vyčkejte ustálení,

d) zadejte skokovou změnu veličiny u (např. 6 V),

e) po ustálení měřené hodnoty ukončete měření (pokud již neuplynul nastavený čas tak vypněte archivaci a kompresor úlohy).

4. Uložený archivní soubor přechodové charakteristiky importujte do programu Excel. Získaný grafický průběh okomentujte.

5. Z přechodové charakteristiky proveďte identifikaci tlakovzdušné soustavy.

6. Určete pomocí některé metody syntézy regulačního obvodu optimální hodnoty PS regulátoru.

8. Proveďte zhodnocení tohoto měření. Okomentujte získané grafické průběhy.

Podkladem pro tento návod byla bakalářská práce [JANČÍK 2004].

Otázky:

1. Jaký vliv má na průběh regulace změna zesílení a integrační konstanty regulátoru?

2. Co je to RS 485? Srovnejte ji s RS 232.

3. Popište použitý algoritmus pro návrh parametrů regulátoru.