Industriella styrsystem, TSIU06. Föreläsning 2

Transkript

1 Industriella styrsystem, TSIU06 Föreläsning 2 Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

2 Sammanfattning av Föreläsning 1 2(24) Det finns en stor mängd system och processer som behöver styras. Återkopplingsprincipen: Mät den variabel y(t) som vi vill få att bete sig på ett visst sätt. Jämför med den variabel, r(t), som anger det önskade beteendet, d v s bilda e(t) = r(t) y(t). Bestäm värdet hos den variabel vi har för att påverka systemet, d v s u(t) på ett lämpligt sätt utgående från e(t). Ett sätt att beräkna u(t) är via en s k PI-regulator: u(t) = K(e(t) + 1 t e(τ)dτ) T i 0

3 Sammanfattning (forts) 3(24) Med enbart P-återkoppling når y(t) nästan det önskade värdet. Insvängningen går snabbare ju större K är. Med I-del, d v s T i > når y(t) det önskade värdet. Mindre värde på T i ger snabbare insvängning men det kan orsaka oscillationer och instabilitet. Valen av koefficienter i PI-regulatorn är en avvägning mellan snabb insvängning och risken att komma nära instabilitet.

4 Dagens föreläsning 4(24) Frågor: Hur bestämmer man koefficienterna K och T i på ett systematiskt sätt? Hur implementerar man PI-regulatorn i en dator?

5 Utgångspunkt 5(24) Givet: Stegsvar för det objekt som ska styras, d v s y(t) = k (1 e t/t ) där k kallas statiskt förstärkning och T kallas tidskonstant. Exempel: Statisk förstärkning: k = 4, tidskonstant: T = 2 sekunder u(t) sek 4 3 y(t) sek

6 λ-trimning 6(24) Styrning av process med tidskonstant T och förstärkning k med PI-regulator: ( u(t) = K e(t) + 1 t ) e(τ)dτ T i 1. Bestäm hur snabbt systemet ska vara (önskad tidskonstant) genom att välja λ. 2. Sätt T i = T och K = T kλ En utförligare härledning ges i kursen TSIU61. 0

7 Utsignal y(t) vid steg i r(t) för olika λ. 7(24) 1 λ =1 0.8 λ=2 λ=4 0.6 y t

8 Styrsignal u(t) vid steg i r(t) för olika λ. 8(24) λ= u λ= λ= t

9 PID-återkoppling 9(24) Utökning: Ta även hänsyn till om e(t) ökar eller minskar ( u(t) = K e(t) + 1 T i t 0 ) de(t) e(τ)dτ + T d dt

10 Hur implementeras reglersystem i praktiken? 10(24) Huvudalternativ: Inbyggda system Generella styrsystem... Här: Tonvikt på generella styrsystem.

11 Exempel på leverantörer av processstyrsystem 11(24) ABB Siemens Allen Bradley Honeywell...

12 Exempel: Operatörsplats 12(24)

13 Exempel: Översikt 13(24)

14 Motsvarande i labskala Kontrollrum : 14(24) Industriell process :

15 Här sitter regulatorn en s.k. PLC 15(24)

16 Skrivare Bildskärm Datorer Principskiss av PLC 16(24) Nätdel CPU Kom. In D In D Ut D In A Ut A Programmeringsenhet Nätdel. Centralenhet. Kommunikationsmodul. Digital ingångsmodul. Digital utgångsmodul. Analog ingångsmodul.moderna PLC-er. Analog utgångsmodul.moderna PLC-er. CPU 2 1 In 4 Data Ut 5

17 Funktionen hos en PLC 17(24) Ofta (t.ex. i labben) är styrutrustningen en s.k. PLC (programmable logic controller). I princip är detta en enkel skräddarsydd dator där följande utförs 1. Läs in alla insignaler och lägg värdena i ett minne. 2. Löp igenom ett program som gör beräkningar på de inlästa värdena och lägger resultatet i ett minne för utdata. 3. Mata ut värdena i utdataminnet som utsignaler. 4. Gå till steg 1. Oftast kan man bestämma hur ofta sekvensen ovan ska genomlöpas.

18 Vilka beräkningar utförs? 18(24) Exempel 1. Om man trycker på knappen A skall lampan B tändas. I programmet finns då en kodrad som i princip ser ut så här: If adra then adrb där adra är adressen i indataminnet där mätdata från knappen A lagras och adrb är adressen i utdataminnet som aktiverar lampan B.

19 Vilka beräkningar utförs? forts. 19(24) Exempel 2. En P-regulator som skall få den mätta signalen y att ligga närmre börvärdet r genom att ställa ut styrsignalen u. I programmet finns då en kodrad som i princip ser ut så här: u = K*(r - y) där u, r och y är adresserna där respektive värden lagras.

20 Grafisk programmering av PLC 20(24) I praktiken programmeras en PLC oftast i ett högnivåspråk i en överordnad dator. Det kompilerade programmet laddas sedan ner i den PLC som utför styrningen. Ofta är vissa funktioner, som t.ex. PID-regulatorer förprogrammerade För att förenkla programmeringen görs denna ofta med grafiska symboler.

21 Grafisk programmering i RSLogix 21(24) PI(D)-regulator PID d1 d2 d3 d1, d2 och d3 är konfigurationsoch inställningsparametrar för PID-regulatorn

22 Användargränssnitt 22(24) RSLogix ger bara begränsad möjlighet att kommunicera med regulatorn In Touch gör det möjligt att bygga upp ett professionellt användargränssnitt

23 Enkel logik i PLC 23(24) A X Om A så X B Y Om (icke-b) så Y

24 Mera om labbarna 24(24) Inför varje lab: Bakgrund på föreläsningar och lektioner. Förbedelseuppgifter. Godkännande av förberedelseuppgifter vid ett s k Helpdesk-tillfälle. Separata Helpdesk-tillfällen för varje labtillfälle. Tider finns på hemsidan samt skickas ut per e-post. Lab: Genomförande och redovisning

25 Projektuppgift till Lab 1 25(24) Skriv en användarhandledning till regulatorn. Inkludera tips om hur man väljer regulatorparametrar