Industriella styrsystem, TSIU04. Föreläsning 1

Transkript

1 Industriella styrsystem, TSIU04 Föreläsning 1 Reglerteknik, ISY, Linköpings Universitet

2 Mål Ge kunskaper och färdigheter om reglerteknik närmare verkligheten. Mera precist: Trimning av PID-regulatorer. Tidsdiskret form av PID-regulatorer. Hantering av integratoruppvridning m m. Implementering av PID-regulatorer i en PLC. Operatörsgränssnitt. Sekvensstyrning (binär styrning).

3 Organisation Kursen examineras via laborationer. Genomförande: Fö 1 - Le 1 - Lab 1 (Processdator) Fö 2 - Le 2 - Le 3 - Lab 2 (PID-Implementering i PLC) Fö 3 - Le 4 - Lab 3 (Styrning av LEGO-fabrik) + Studiebesök Föreläsningarna ger den teoretiska bakgrunden. Lektioner bidrar till förberedelserna för laborationerna. Inför varje laboration måste förberedelseuppgifterna vara genomförda och godkända.

4 Mera om labbarna 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

5 Var används reglerteknik? Industriella processer (papper- och massaindustri,stål- och metallindustri,...) Energi och miljö (kraftverk, reningsverk, sopförbränning,...) Bilar (motorstyrning, farthållare, anti-sladdsystem,...) Flygplan (hastighet, höjd, kurs,...) Mobiltelefonisystem (quality-of-service,...) Industrirobotar (position, orientering, hastighet,...)... Här: Tonvikt på industriella processer.

6 Exempel: Valsverk

7 Exempel: Avfallsanläggning

8 Exempel: Kemiindustri (tillverkning av myrsyra)

9 Varför behövs reglerteknik? Krav på t ex: Kvalitet Produktivitet Säkerhet Bekvämlighet Hushållning med resurser Miljöpåverkan...

10 Hur förverkligas reglersystem i praktiken? Huvudalternativ: Inbyggda system Generella styrsystem... Här: Tonvikt på generella styrsystem.

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

12 Exempel: Operatörsplats

13 Exempel: Översikt

14 Motsvarande i labskala Kontrollrum : Industriell process :

15 Kort repetition Blockschema: v + r e u + Σ F G + Σ y där F - regulator, G - system som ska styras. u - styrsignal, y - mätsignal, r - referenssignal v - systemstörning, n - mätstörning + Σ z + n

16 PID-regulator ( u(t) = K e(t) + 1 t ) de(t) e(τ)dτ + T D T I t 0 dt där e är reglerfelet, d v s e = r y Laplacetransformering ger ( U(s) = K c ) T i s + T ds E(s) Egenskaper: I-delen tar bort stationärt fel D-delen förbättrar dämpningen (minskar oscillationer)

17 Modifierad PID-regulator Grundekvation: ( u(t) = K c e(t) + 1 t T i Om referenssignalen inte deriveras: ( u(t) = K c e(t) + 1 t T i 0 0 ) de(t) e(τ)dτ + T d dt ) dy(t) e(τ)dτ T d dt

18 Huvudfrågor, bl a inför Lab 1 I Hur ställer man in koefficienterna i PID-regulatorn? II Hur implementerar man en PID-regulator i en PLC (programmable logic controller)? III Hur skapar men interaktion med operatören?

19 I: Enkel form av λ-trimning. Modell av styrda processen: PI-regulator: G(s) = ( U(s) = K c T i s ) } {{ } F(s) k 1 + st 1 + T E(s) = K i s c E(s) T i s

20 λ-trimning (forts) Om man väljer T i = T får man Det återkopplade systemet blir då där λ = T/(kK c ). Y(s) = F(s)G(s) = K ck Ts kk c Ts 1 + kk c Ts R(s) = λs } {{ } G c R(s)

21 λ-trimning (forts) 1. Bestäm hur snabbt det återkopplade systemet ska vara genom att välja λ. 2. Sätt T i = T och K c = T kλ

22 Stegsvar för olika val av λ 1 λ =1 0.8 λ=2 λ=4 0.6 y t

23 Styrsignal för olika val av λ λ= u λ= λ= t

24 Dämpning nav systemstörningarn för olika val av λ λ=4 1.5 e λ= t

25 Stegsvar för KLT-process u d u y 63% d y L T

26 Inställningsregler för KLT-process T i = T, K c = T k(λ + L)

27 Robusthet mot modellfel Man tror att L = 0. I själva verket gäller L = λ= λ=2 1 y λ= t

28 II: Hur ser styrsystemet ut? Ofta: (T.ex. i labben) en s k PLC (programmable logic controller), d v s 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.

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

30 Vilka beräkningar utförs? (forts) 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.

31 Grafisk programmering av PLC 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.

32 Några enkla funktioner i PLC A X Om A så X B Y Om (icke-b) så Y

33 PID-block i PLC PID d1 d2 d3 d1, d2 och d3 är konfigurationsoch inställningsparametrar för PID-regulatorn