instrukcja do ćwiczenia 7

1DSUDZDFKU
NRSLVX
GRX*\WNXVáX*ERZHJR
,167<787(1(5*2(/(.75<.,32/,7(&+1,.,:52&à$:6.,(Raport serii SPRAWOZDANIA Nr
LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
67(52:$1,(35$&6,/1,.$
Z WYKORZYSTANIEM PLC
0LURVáDZàXNRZLF]
6áRZDNOXF]RZH
sterownik sekwencyjny
regulator
silnik
:52&à$:2003
5HJXODFMDSU
GNRFLREURWRZHMVLOQLND'&]DSRPRFVWHURZQLNDSURJUDPRZDOQHJR
PLC CPU215 firmy SIEMENS
5HDOL]DFMDSURJUDPRZDG]LDáDQLDF\IURZHJRUHJXODWRUDPID
'R VWHURZDQLD SU
GNRFL REURWRZ ZLUQLND VLOQLND '& ]DVWRVRZDQR IXQNFM
PID,
GRVW
SQ Z ]HVWDZLH IXQNFML SURJUDPX STEP7 0LFUR:LQ VáX*FHJR GR HG\FML NRPSLODFML
SU]HV\áDQLDLWHVWRZDQLDRSURJUDPRZDQLDGODVWHURZQLNyZPLC 2xx firmy SIEMENS.
Blok 3,'UHDOL]XMHIXQNFM
UHJXODWRUDG\VNUHWQHJRRSLVDQHJRUyZQDQLHP
M n = K C ∗ e n + K I ∗ e n + MX n + K D ∗ e n − e n −1 MX n = MX n −1 + K I e n −1
(1)
gdzie:
M n ZDUWRüVWHURZDQLD]]DNUHVX0-1,
K C Z]PRFQLHQLHF]áRQXSURSRUFMRQDOQHJR
K I Z]PRFQLHQLHF]áRQXFDáNXMFHJR
K D Z]PRFQLHQLHF]áRQXUy*QLF]NXMFHJR
en EáGVWHURZDQLDZFKZLOLn,
MX n −1 Z\MFLHF]áRQXFDáNXMFHJRGODFKZLOLn-1.
!'3
03
3,'
3
2%,(.7
$!3
Rys.6FKHPDWXNáDGXVWHURZDQLD]F\IURZ\PUHJXODWRUHPPID.
%áGUHJXODFMLU\V 1)wyliczany jest QDSRGVWDZLHQDVWDZLDQHMZDUWRFL]DGDQHMSPn dla
chwili nLZDUWRFLV\JQDáXZ\MFLRZHJRRELHNWXPVn zgodnie ze wzorem
en = SPn − PVn
(2)
:DUWRü ]DGDQD SURFHVRZD RUD] Z\MFLRZD ] UHJXODWRUD F]\OL VWHURZDQLH V
ZLHONRFLDPL]QRUPDOL]RZDQ\PL]SU]HG]LDáXRGGR
5yZQDQLHPR*QD]DSLVDü]XZ]JO
GQLHQLHPF]DVyZ]GZRMHQLDLZ\SU]HG]HQLDZ
postaci:
M n = K C ∗ en + K C ∗
gdzie:
TS - okres próbkowania [s],
TS
TI
∗ e n + MX n + K C TD
TS
∗ e n − e n −1 (3)
TI - czas zdwojenia podawany w minutach!!!!!! [min],
TD - czas wyprzedzenia podawany w minutach!!!!!! [min].
6HOHNFMLW\SXUHJXODWRUDGRNRQXMHVL
ZSLVXMFRGSRZLHGQLHZDUWRFLQDVWDZ]JRGQLH]
WDEOLF 1.
Tablica 1. Selekcja typu regulatora
TI
TD
TYP REG.
KC
P
>0
max=99999
0
I
0*
>0
0
D
0*
max=99999
>0
PI
>0
>0
0
PD
>0
max=99999
>0
PID
>0
>0
>0
* - KCZHZ]RU]HSU]\MPXMHSURJUDPRZRGODF]áRQXFDáNXMFHJRLUy*QLF]NXMFHJR
ZDUWRü
1RUPDOL]DFMDV\JQDáyZSURFHVRZ\FK
6WHURZDQ\VLOQLN]DVLODQ\PR*HE\üQDSL
FLHP]]DNUHVXRGGR24 V, co w przypadku
SUDF\ EH] REFL*HQLD RGSRZLDGD REURWRP ] SU]HG]LDáX GR 3200 obr/PLQ 3RQLHZD*
]DáR*RQR *H REURW\ GRSXV]F]DOQH QLH SRZLQQ\ SU]HNURF]\ü 1800 REUPLQ ZDUWRFLRP
maksymalnym zmiennych PVn oraz SVn UyZQ\P RGSRZLDGDü E
G]LH ZáDQLH WD SU
GNRü
NWRZD
3U]\M
WRUyZQLH**HGOD]DSHZQLHQLDWDNLFK]PLDQSU
GNRFLREURWRZHMZ\VWDUF]DMFH
E
G]PLDQ\QDSL
FLRZHJRV\JQDáXVWHUXMFHJRZJUDQLFDFKRGGR10 V, którym odpowiada
VWDQGDUGRZDZDUWRüV\JQDáXVWHUXMFHJRMn z zakresu od 0 do 1.
3. Identyfikacja obiektu
Y
Do
identyfikacji
obiektu
sterowania
Z\NRU]\VWXMH VL
Z üZLF]HQLX PHWRG
Zieglera1LFKROVD Z NWyUHM ]DNáDGD VL
*H RGSRZLHG(
skokowa obiektu jest typu aperiodycznego.
2GSRZLHG( W
PR*QD DSURNV\PRZDü ]D SRPRF
odcinka osi t i SyáSURVWHM QDU\VRZDQHM OLQL
SU]HU\ZDQQDU\V 2. 3yáSURVWDWDPDMFDQDFK\OHQLH
α MHVW VW\F]Q GR RGSRZLHG]L VNRNRZHM R
QDMZL
NV]\P QDFK\OHQLX VW\F]QD Z SXQNFLH
SU]HJL
FLD 0R*QD ZyZF]DV X*\ü EDUG]R SURVW\
PRGHORELHNWXRSLVDQ\WUDQVPLWDQFM
Y ( s ) a − sL
= e
U( s ) s
gdzie:
∆Y
a=
L
Tw
∆Y
TW ∗ ∆U
t
Rys. 2. Aproksymacja odpowiedzi
skokowej obiektu
(4)
a - Z]PRFQLHQLH Z\OLF]DQH QD SRGVWDZLH ]PLDQ\ V\JQDáX Z\MFLRZHJR SR
QRUPDOL]DFML F]DVX Z NWyU\P GRV]áR GR WHM ]PLDQ\ L ]PLDQ\ V\JQDáX
ZHMFLRZHJRRELHNWXNWyUDSRVáX*\áDGRLGHQW\ILNDFMLSRQRUPDOL]DFML
L - RSy(QLHQLHUHDNFMLRELHNWXQD]PLDQ
ZHMFLRZHJRV\JQDáXLGHQW\ILNDF\MQHJR
4. Dobór okresu próbkowania
0HWRG\ SUDNW\F]QH V]DFRZDQLD ZLHONRFL RNUHVX SUyENRZDQLD RSLHUDM VL
QD DQDOL]LH
RGSRZLHG]L RELHNWX UHJXODFML QD VNRN MHGQRVWNRZ\ 1D SU]\NáDG Z RELHNFLH
DSURNV\PRZDQ\PIXQNFMRNUHVSUyENRZDQLDPR*QDRNUHOLü]DOH*QRFL
TS = min0.3L ,0.03TW (5)
gdzie TWMHVWQDMZL
NV]VWDáF]DVRZZPRGHOXRELHNWXL MHVWRSy(QLHQLHP
-H*HOLLMHVWSRPLMDOQLHPDáHZyZF]DV
TS = min0.3T0 ,0.03TW (6)\
gdzie TWMHVWQDMZL
NV]DT0QDMPQLHMV]VWDáF]DVRZZPRGHOXRELHNWX
5. Dobór nastaw regulatorów P, PI, PID
'\VSRQXMFSDUDPHWUDPLRELHNWXa oraz L, PR*QDVNRU]\VWDü]HZ]RUyZZWDEOLF\GR
obliczenia nastaw regulatorów P, PI oraz 3,' 3RQLHZD* Z PHQX SDQHOX RSHUDWRUVNLHJR
QDOH*\ SRGDZDü F]DV\ ]GZRMHQLD L Z\SU]HG]HQLD Z\QLNL RWU]\PDQH ] WDEOLF\ QDOH*\
SU]HOLF]\ü]JRGQLH]SRQL*V]\PLZ]RUDPL
K C = K P TI =
K C TS
K T
TD = D S
KI
KC
(7)
3U]\NáDGRZHREOLF]HQLD
'R SURVWHM LGHQW\ILNDFML RELHNWX VáX*\ VWURQD SDQHOX RSHUDWRUVNLHJR Z\ZRá\ZDQD ]H
VWURQ\JáyZQHMNODZLV]HPIXQNF\MQ\PF3U\V8UXFKRPLHQLHWHMVWURQ\LQLFMXMHG]LDáDQLH
Tablica 2. )RUPXá\GODREOLF]HQDVWDZUHJXODWRUyZ
TYP REGULATORA
NASTAWY
P
KP =
1
a L + TS PI
KP =
0.9
− 0.5 K I
a L + 0.5TS KI =
PID
KP =
1.2
− 0. 5 K I
a L + TS KI =
Dla równania regulatora w postaci RZ = K p +
0.27TS
a L + 0.5TS 2
0.6TS
a L + 0.5TS KI
+ K D 1 − z −1 −1
1− z
2
KD =
0. 5
aTS
procedury identyfikacyjnej w sterowniku PLC. Procedura ta polega na podaniu na obiekt
QDSL
FLD VWHUXMFHJR R ZDUWRFL 9 V\JQDá ]QRUPDOL]RZDQ\ R ZDUWRFL 0.2125) przez
VDQDVW
SQLHVNRNRZHM]PLDQLHGRZDUWRFL9V\JQDá]QRUPDOL]RZDQ\RZDUWRFL0.4).
Po kolejnych V V\JQDá ZHMFLRZ\ SRZUDFD GR ZDUWRFL SLHUZRWQHM WM 2.125V Wynikiem
takiej operacji jest aperiodyczna zmiana obrotów wirnika z 513 REUPLQ V\JQDá
]QRUPDOL]RZDQ\ R ZDUWRFL 0.285) do 1283 REUPLQ V\JQDá ]QRUPDOL]RZDQ\ R ZDUWRFL
=Z\NUHVXZ\ZLHWODQHJRQDSDQHOXPR*QDZSU]\EOL*HQLXRGF]\WDüVWDáF]DVRZ
RGSRZLHG]LLQDMHMSRGVWDZLH]QDVW
SXMFHJRZ]RUXZ\OLF]\üZ]PRFQLHQLHa:
a=
∆Y
TW ∗ ∆U
(8)
gdzie:
TW VWDáDF]DVRZDmodelu obiektu [s],
∆Y ]PLDQDSU
GNRFLZLUQLNDZMHGQRVWNDFK]QRUPDOL]RZDQ\FK
∆U ]PLDQDV\JQDáXVWHUXMFHJRZMHGQRVWNDFK]QRUPDOL]RZDQ\FK
Uwaga!!!!
:üZLF]HQLXSU]\MPXMHVL
*HRSy(QLHQLHL=0.5 s.
3RPLDUSU
GNRFLREURWRZHMZLUQLND
3RPLDUSU
GNRFLREURWRZHMZLUQLNDVLOQLND'&UHDOL]RZDQ\MHVWQDSRGVWDZLHLPSXOVyZ
zliczanych przez szybki licznik HC0 sterownika PLC &38 ,PSXOV\ GOD OLF]QLND V
JHQHURZDQH SU]H] F]XMQLN LQGXNF\MQ\ UHDJXMF\ QD SU]HPLHV]F]DMFH VL
RWZRU\ Z EU]HJX
WDUF]\ 3RQLHZD* QD WDUF]\ MHVW RWZRUyZ ZL
F SU
GNRü REURWRZ PR*QD Z\OLF]\ü ]H
wzoru:
v=
60000 * n
>REUPLQ@
18* Ts
(9)
gdzie nMHVWOLF]E]OLF]RQ\FKLPSXOVyZZSU]\M
W\PRNUHVLHSUyENRZDQLDZ\UD*RQ\PZms.
6. Struktura menu panelu operatorskiego SIMATIC OP27
0HQXSURJUDPXSDQHOXRSHUDWRUVNLHJRREVáXJXMFHVWHURZDQLHSUDFVLOQLND'&VNáDGD
VL
] WU]HFK REUD]yZ U\V =H VWURQ\ JáyZQHM PR*QD SU]HMü EH]SRUHGQLR GR VWURQ\
LGHQW\ILNDFML RELHNWX OXE GR VWURQ\ UHJXODFML Z NWyUHM PR*QD ]DGDZDü RNUHV SUyENRZDQLD
6.2.
-('1267.2:<
)
(6&)
)
67521$
*àÏ:1$
(6&)
5(*8/$&-$
2%527Ï:
(6&)
)
35=(%,(*,
&=$62:(
Rys.6WUXNWXUDPHQXSURJUDPXSDQHOXRSHUDWRUVNLHJRGODREVáXJL
regulacji obrotów wirnika silnika DC.
QDVWDZ\ UHJXODWRUD L ZDUWRü ]DGDQ SU
GNRFL REURWRZHM ZLUQLND 'RGDWNRZR ]H VWURQ\
UHJXODFMLPR*QDSU]HMüGRZ\NUHVyZF]DVRZ\FKQDNWyUHMZ\ZLHWODQHVSU]HELHJLV\JQDáX
ZDUWRFL]DGDQHMLZ\MFLRZHM]RELHNWX3RZURW\GRSR]LRPXZ\*V]HJRPHQXGRNRQXMHVL
klawiszem funkcyjnym ESC (F14).
3URJUDPüZLF]HQLD
•
: UDPDFK üZLF]HQLD QDOH*\ GRNRQDü LGHQW\ILNDFML RELHNWX VWHURZDQLD D QDVW
SQLH
GREUDü RGSRZLHGQL RNUHV SUyENRZDQLD 1DOH*\ ]ZUyFLü V]F]HJyOQ XZDJ
QD GREyU
RNUHVXSUyENRZDQLDZ]DOH*QRFLRG]DGDQHMZDUWRFLSU
GNRFLREURWRZHMZLUQLND
•
'REUDüRGSRZLHGQLHQDVWDZ\UHJXODWRUyZ3PI, PID.
•
3U]HG\VNXWRZDü ]DVDGQRü VWRVRZDQLD XDNW\ZQLDQLD F]áRQX Uy*QLF]NXMFHJR
3U]HDQDOL]RZDü ZSá\Z QLHGRNáDGQRFL SRPLDUX V\JQDáX Z\MFLRZHJR XNáDGX
VWHURZDQLDQDG]LDáDQLHF]áRQXUy*QLF]NXMFHJRUHJXODWRUD
Dodatek
%á
G\SRPLDUXSU
GNRFLREURWRZHMZLUQLND
3.333e5
TS * ν akt
gdzie vaktMHVWDNWXDOQSU
GNRFLREURWRZZLUQLNDZobr/min.
BL [%] =
0LQLPDOQ\RNUHVSUyENRZDQLDGOD]DGDQ\FKEá
GyZSRPLDURZ\FK
TS >
3.333e5
v akt * BL [%]