Industriell reglerteknik: Föreläsning 1

Transkript

1 Diverse / Industriell reglerteknik: Föreläsning Föreläsare och examinator: Martin nqvist Martin nqvist Reglerteknik Institutionen för sstemteknik Linköpings universitet Lektionsassistenter: rik Hedberg Oskar Ljungqvist Kurshemsida: Vem är jag? / Mål / Martin nqvist: Y-linjen Målet med kursen är att förmedla kunskaper om de reglertekniska metoder som är vanligt förekommande i industrin. Doktorand i reglerteknik Doktorsav: Linear Models of Nonlinear Sstems Postdocår på ett universitet i Brssel, Belgien, under 006 Tillbaka på LiU sedan 007 Nu: Universitetslektor i reglerteknik, forskar om sstemidentifiering (bl.a. flg, fordon, fartg, elektronik) Tre teman i kursen: Sekvensstrning (= strning med hjälp av binära mät- och strsignaler) Design, implementering och drift av en regulator Multivariabel reglering (regulatorstrukturer och optimeringsbaserad reglering) Dessutom: Kompletterande reglertekniska verktg (tidsdiskret reglerteori och modellering av industriella sstem)

2 / Industriell reglerteknik / Var hittar man reglerteknik i industriella tillämpningar? Vad är industriell reglerteknik? Jo, i form av... Inbggda reglersstem (ofta i konsumentprodukter som t.ex. tvättmaskiner, klskåp, kaffemaskiner) Applikationsspecifika reglersstem (t.ex. autopiloter, säkerhetssstem i bilar, reglersstem för industrirobotar) Öppna reglersstem (generella regulatorer för bl.a. processindustrin (pappersmaskiner, värmekraftverk, oljeraffinaderier, stålverk, etc)). Tpisk industriell tillämpning 6 / Industriell reglerteknik 7 / Varför använder man reglerteknik i industriella tillämpningar? strsignaler 000 reglerkretsar 9 personer/skiftlag m/minut (världsrekord 009: 96 m/minut) PM på Stora nso Kvarnsveden i Borlänge Foto: Stora nso Flera olika skäl: Produkten är inte möjlig utan reglerteknik (t.ex. en läsare för optiska skivor) Produkten är i sig en reglerteknisk lösning (t.ex. ett antisladdsstem i en bil) tt reglersstem ökar säkerheten (t.ex. trckreglering i ett kraftverk) n god reglering ger ekonomiska vinster (t.ex. högre produktionstakt, snabbare uppstarter, lägre kassation, lägre energi- och råvarukostnader) ( miljövinster)

3 xempel: konomi & reglerteknik 8 / xempel: konomi & reglerteknik... 9 / Betrakta tillverkning av rostfritt stål som ska ha en nickelhalt på (minst) %. 7 6 Bättre reglering Minskad varians er detta någon ekonomisk vinst? xempel: konomi & reglerteknik... 0 / / 0 9 Den ekonomiska vinsten kommer först när man justerar börvärdet Kursens upplägg

4 Organisation / Föreläsningar / st föreläsningar (varav en gästföreläsning) 0 st lektioner (alla i datorsal) st laborationer: Strning av legofabrik (total labtid cirka 0h) Inställning och implementering av PID-regulatorer med framkoppling (total labtid cirka 6h) Modellbaserad prediktionsreglering av destillationskolonn (total labtid cirka 6h) Anmäl er så snart som möjligt! Sekvensstrning: Funktionsdiagram, rafcet. rundläggande reglerteori i diskret tid. Modellering. Design av regulatorer. Framkoppling från referenssignal. PID-regulatorn. PID-regulatorn. Implementering av regulatorer. 6 Regulatorer i drift. Olinjära regulatorer. 7 Regulatorstrukturer. 8 Regulatorstrukturer. MPC: rundprincip, problemformulering. 9 MPC: Problemformulering, referensföljning, I-verkan. 0 MPC: Stabilitet. ästföreläsning. MPC: Tolkningar. Sammanfattning. Datortentamen (kurskompendiet och grundkursboken tillåtna hjälpmedel) Laborationer / Kursvärderingen i fjol / Konceptet Självständiga laborationer: Laborationerna utförs till stora delar på egen hand under en vecka. Obligatoriskt introduktionstillfälle. Resurstillfällen. Redovisning (i Laboteket eller med rapport). Resultat: Sammanfattningsbetg:.8 Svarsfrekvens: % xaminationen:.6 Lärarnas insatser:.8 Kurslitteraturen:.8 Sftet är att detta ska leda till: Minskad tidspress. Ökad kreativitet. Djupare lärande. Arbetsinsats: Lagom enligt 9% Åtgärder: Mindre modifieringar av upplägget med datortenta för att minska på stressen Smidigare examination på lab

5 6 / Sekvensstrning 7 / Sekvensstrning Många sstem har diskreta inslag (t.ex. binära givare och variabler). Man är ofta intresserad av att göra stringrepp som tar sstemet från ett starttillstånd till ett annat tillstånd. Sådana ingrepp kallas ar. Sekvensstrning: Utförandet av en bestämd sekvens av ar. Sekvensstrning... 8 / Historik 9 / 00-talet f.kr: Hdrauliska strsstem Varför sekvensstrning med binära str- och mätsignaler? 700-talet: Mekaniska strsstem (hålkort, programverk) Naturligt för många tper av sstemkomponenter. er enklare och billigare givare och strdon. De flesta str- och reglerproblem i industrin är av denna tp. 90-talet: lektromagnetiska reläer. Pneumatik och ventiler 960-talet: rindlogik och vippor 970-talet: PLC-sstem (lågnivåprogrammering) 980-talet: Högnivåspråk

6 Komplexitet 0 / Funktionsdiagram (rafcet) / JAS 9 ripens landningssstem: binära givare olika kombinationer, dvs fall som behöver undersökas. (Ytterligare flervärda givare ger ännu högre komplexitet!) Komplexiteten och kraven på korrekthet, säkerhet och läsbarhet gör att någon tp av modellerings- och programmeringsspråk behövs. Här: Funktionsdiagram (rafcet) R : /Nödstopp Nollställningsvillkor Startsteg Tp x0 Strsignal Tpspecifikation Övergångsvillkor C x F /V Handlingsvillkor (underhandsvillkor) Steg Övergång Parallellförgrening Alternativförgrening Makrosteg n komplett graf ska vara sluten x x 7 /7 x Markör (eng. token) (aktivt steg) F x6... Repetition x7 / Handlingstper / Realisering av strlagar / Handlingstp Beteckning Beskrivning Villkorlig C B B ttställning x S x Lagrad Nollställning x R x Tidsbegränsad L 8 s 8 s Tidsfördröjd D s s Standard Puls P PLC-sstem Reläer rindlogik Pneumatik Mekaniska programverk

7 PLC-sstem / PLC-sstem... / PLC = Programmable Logic Controller Mcket vanliga idag pga flexibilitet, tillförlitlighet, ekonomi PLC-kod påminner om assemblerkod PLC-koden kan ofta automatgenereras från ett funktionsdiagram Tpiskt utseende: Nätdel CPU Kom. In D In D Ut D In A Ut A Programmeringsenhet Skrivare Bildskärm Datorer tt kodexempel: = (/ ) X LD NOT OR AND X ST 6 7. Nätdel.. Centralenhet.. Kommunikationsmodul.. Digital ingångsmodul.. Digital utgångsmodul. 6. Analog ingångsmodul. Moderna PLC-er. 7. Analog utgångsmodul. Moderna PLC-er. CPU In Data Ut Reläer 6 / Tpkodning med reläer 7 / Reläets funktion och hur dess komponenter ritas: TIMR ON u(t) Brtande kontakter Spole Ankare Dragfjäder Slutande kontakter Relä med kontakter Trckknappar Smbol (IC) Smbol (Amerikansk) Beskrivning Strdon (relä) Slutande kontakt Brtande kontakt Slutande & återfjädrande kontakt Brtande & återfjädrandekontakt Standard Villkorlig Lagrad x x Tidsfördröjd TON IN Q x x S B x R Tidsbegränsad T#s x T#s PT TON IN Q PT T T T T

8 xempel: Trafikljus 8 / xempel: Trafikljus... 9 / Sekvensstrprogram implementerat m.h.a. Proview (open source-processtrsstem från SSAB Oxelösund) Betrakta regleringen av trafikljusen i en korsning. (Projektarbete av LiU-studenten Christian Schreck.) xempel: Trafikljus... 0 / Sammanfattning / Sekvensstrning Funktionsdiagram: Steg, övergångar, övergångsvillkor, ar, parallell- och alternativförgreningar Handlingstper: Standard, villkorlig, (lagrad), tidsbegränsad, tidsfördröjd, (puls) PLC-sstem Reläscheman: Logiska uttrck med hjälp av kontakter och spolar

9