Microsoft Word - Lab5

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Wprowadzenie

Regulatory  PID mogą  realizować  tylko  kilka  typowych układów regulacji. W miarę wzrostu
wymagań coraz częściej potrzebne są układy nietypowe, w tym zwłaszcza dodatkowe obwody
sterowania  logicznego  i  sygnalizacji.  Wymaganiom  takim  mogą  sprostać  regulatory
wielofunkcyjne, które w zależności od aplikacji mogą pracować jako regulatory PID lub jako
sterowniki logiczne.

Regulator wielofunkcyjny PSW-8

Sterownik  PSW-8  jest  mikroprocesorowym  aparatowym  urządzeniem  automatyki,  w którym
zastosowano  program  regulatora  wielofunkcyjnego.  Posiada  mikroprocesor  Z80  (4.0,
6.17MHz), pamięć programu, danych i roboczą, dwa moduły we/wy analogowych i binarnych,
panel operatorski, RS232 oraz zasilacz.

Zastosowanie
Można go zastosować m.in. jako:
•  Regulator  PID  -  jedno  lub  wielokanałowy,  regulacja  stałowartościowa, dwupołożeniowa,

kaskadowa i inne.

• Sterownik logiczno – sekwencyjny - kilka do około 20 obwodów dla uwarunkowanych

czasowo dyskretnych procesów produkcyjnych, sterowania maszyn,
urządzeń, napędów itp.

•  Kalkulator-wskaźnik.

Zadania te można realizować jednocześnie. Typowym zastosowaniem są dwa układy regulacji
PID i 10 obwodów sterowania logicznego. Można łączyć kilka regulatorów PSW-8 poziomo,
co pozwoli na automatyzację większej skali.

Bloki i Funkcje
Bloki  wejściowe  obsługują  wejścia  obiektowe,  klawisze  panelu  oraz  odbiorniki
komunikacyjne.  Wytwarzają  wewnętrzne  zmienne  arytmetyczne  i  logiczne  stanowiące  dane
dla innych obiektów.
Bloki  wyjściowe  dokonują  przetworzenia  zmiennych  wewnętrznych  na  wyjścia  obiektowe,
stany wizualne panelu oraz dane wysyłane przez nadajniki komunikacyjne.

Wejścia i wyjścia obiektowe
Wejścia  analogowe  (obsługują  bloki  AI1  ÷AI6)  -  wartościami  wyjść  są  liczby
znormalizowane z przedziału <0.0, 1.0>. Zakresy wejść określają parametry r

,..., r

= 0 wejście I=0..20mA lub 0..10V,

= 1 wejście I=4..20mA.

Wejścia binarne (obsługują bloki BI1 ÷BI20) - wartościami wyjść są liczby znormalizowane

- 0V,

- 24V/10mA.

Wyjścia analogowe (obsługują bloki AO1÷AO2 i funkcje: AO, AOC)- przetwarzają zmienne
wewnętrzne z przedziału <0.0, 1.0> na wyjścia analogowe I=0..20mA lub U=0..10V.
Wyjścia binarne (obsługują bloki BO1÷BO16 i funkcje: BO, BOC, BOT)-

- 0V,

- 24V/120mA.

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Funkcje panelu operatorskiego

• 8 klawiszy: KE3, KE4, KE7, KE8 (key) - bez

własnych LEDów, KE1, KE6 - z jednym
LEDem, KE2, KE5 - z dwoma LEDami; każdy
z klawiszy jest blokiem wejściowym, któremu
można przyporządkować jedną z dwóch funkcji
- KEY, KEYC

• 3 wskaźniki cyfrowe: DI1, DI2 (display) - 4

cyfrowe, DI3 - 2 cyfrowy; parametry funkcji:

- wartość dolna dla wejścia 0.0

- wartość górna dla wejścia 1.0

, y

∈<-1999, 10000> - DI1,DI2

, y

∈<-19, 100> - DI3

d: _.---,__.--,___.-,____ - pozycja kropki
T - okres aktualizacji,

• 2 linijki diodowe: LN1, LN2,
• 6 LED-ów pojedynczych: LD1,...,LD6,

•

LED WD układu kontrolnego.

Rys.3.Funkcje KEY

BLOKI WEJŚCIOWE

BLOKI ALGORYTMICZNE

BLOKI WYJŚCIOWE

Wejścia

funkcje proste

Wyjścia

Analogowe

bloki

Analogowe

Wejścia

funkcje złożone

Wyjścia

Binarne

bloki

Binarne

Klawisze

parametry

wskaźniki

Panelu

linijki 2 LED 6

stany logiczne

Odbiornik

Komunikacyjny

we anal.

stałe, alarmy

wy anal

we bin

wy bin

wy alarm.

obsługa procesu

WORK

konfiguracja

CONF

struktura

EPROM

Rys.1 Schemat funkcjonalny regulatora PSW-8

Rys.2. Panel operatorski

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Rys.4.Bloki i funkcje wskaźników cyfrowych

Bloki algorytmiczne
• 80 bloków prostych, którym można przyporządkować jedną z 47 funkcji prostych,
• 40 bloków złożonych, którym przyporządkowuje się jedną z 40 funkcji złożonych, jeżeli

wystarczy pamięci,

•  48 parametry w tym 32 uniwersalne, 16 binarnych, stałe, alarmy.

Funkcje  proste  nie  posiadają  własnych  parametrów.  Blokom  prostym  przydzielone  są
jednakowe obszary pamięci, co powoduje ujednolicenie funkcji. Pamięć na dane oraz wynik
działań  funkcji  jest  przydzielana  dynamicznie.  Wielokrotne  użycie  pamięciowo  chłonnych
(opóźnienie) funkcji może wyczerpać pamięć.
Realizowane funkcje (dokładny opis w instrukcji ZPDA: „Funkcje sterownika PSW-8”):

Funkcje proste:
•  arytmetyczne (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, pierwiastek..),
•  logiczne (OR, AND, NOT, NAND, NOR, EXOR, ANDN),
•  przełączniki (przełącznik analogowy, przełącznik binarny, komparator...),

•  przerzutniki, liczniki (przerzutniki: D, T, JK, RS, licznik...),
•  analizatory sygnału (max w czasie (MAT),  min w czasie(MIT)),
•  filtry (1-rzędu (FILT), różniczkowanie (DIFR)),
•  inne( ogranicznik, strefa martwa,..);

Złożone
•  regulator PID, zadajniki, integratory, opóźnienie, liczniki, opóźnienie, funkcje ,

kalkulatory...)

C1,C3 - zwiększanie/ zmniejszanie wyjścia
C2 - blokada (C2=Lo)
C4 - wejście do śledzenia
C5- Lo - całkowanie, Hi - śledzenie
C6- wyjście
Parametry:
y

, y

- ograniczenia wyjścia

I -

stała czasowa całkowania

T -

stała czasowa śledzenia

Rys.5.Przełącznik analogowy i binarny, komparator.

Rys.6. Zadajnik sygnału

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Charakterystyka konfiguracji
Bloki  z  przyporządkowanymi  funkcjami,  parametry,  stałe  i  alarmy  są  podczas  konfiguracji
łączone  z  wejściami  i  wyjściami,  elementami  panelu  operatorskiego,  nadajnikami  i
odbiornikami  komunikacyjnymi  zgodnie  ze  schematem.  Każda  sensowna  struktura  jest
możliwa do zdefiniowania.
Do zdefiniowania posłużyć może z powodzeniem stacyjka operatorska, laptop lub zewnętrzne
programatory.

Fazy konfiguracji regulatora PSW-8:

NAME - nadanie nazwy
konfigurowanemu układowi,

DEFN - definiowanie bloków funkcyjnych,
CONN - łączenie wejść i wyjść,
POSN - pozycjonowanie (określenie
kolejności obliczeń),
OFPA - ustawienie parametrów stałych,
ONPA - ustawienie początkowych wartości
parametrów typu on-line,
OPTN - wybór układów opcjonalnych
RUN- analiza konfiguracji i przejście do
obsługi procesu

Rys.7. Panel operatorski podczas konfiguracji

Do  konfiguracji  i  symulacji  sterownika  PSW-8  na  komputerze  pomocne  są  programy
P8s_401.EXE  i  TP8_401.EXE,  których  instrukcja  obsługi  zamieszczona  została  w  opisie
ZPDA: „Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8. Instrukcja programowania”
Przyporządkowanie klawiszy PC jest następujące:

1..8

klawisze KE1...KE8

przełącznik PARM ENABLE

przełącznik CONF ENABLE

przełącznik HIST ENABLE

ESC zakończenie programu.

Przebieg procesu konfiguracji (panel operatora lub P8s_401.exe):
Faza 1. NAME
pytanie (DI2): NAME

odpowiedź (DI1): 1...255

exit: KE1

Faza 2. DEFN
pytanie (DI2) : blok

odpowiedź (DI1): funkcja, ndef

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

BLOKI (pytania)

FUNKCJE (odpowiedzi)

Wyjścia analogowe
Wyjścia binarne
Klawisze
Linijki diodowe

AO
BO
KE1,...,KE8
LN1, LN2

AO, AOC
BO, BOC, BOT
KEY, KEYC
DISP, LED

Bloki proste

b01,...,b80

ndef

, ADD, SUB,....

Bloki złożone

c01,...,c48

ndef

, PID, SP, ....

Faza 3. CONN
pytanie (DI2) : wejście

odpowiedź (DI1): wyjście, stała, nc

Faza 4. POSN (pozycji jest tyle ile bloków: p01...p128)
pytanie (DI2) : pozycja

odpowiedź (DI1): blok [funkcja], npos, inst, delt

Faza 5. OFPA (ustawianie parametrów typu off-line, które podczas obsługi pozostają stałe, na

schematach identyfikuje je symbol [C])

ONPA (ustawianie wstępnych parametrów on-line, które można zmieniać podczas

obsługi procesu, na

pytanie (DI2/DI3): blok[funkcja] - symbol parametru odpowiedź (DI1): wartość param.

Faza 6. OPTN
pytanie (DI2) : OPTN

odpowiedź (DI1):no, PRST, LOAD, PUT, GET

gdzie:

PRST - zerowanie pamięci programu,

LOAD- przesłanie programu z PC do PSW-8,

PUT- zapis programu na dysk (rozszerzenie zgodne z nazwą nadaną w fazie NAME),

GET - pobranie programu z dysku.

Faza 7. RUN (analiza konfiguracji pod względem poprawności połączeń).
Sygnalizacja błędów:

nPOS - warn - pominięty blok w łańcuchu obliczeń,

nUSE - warn - blok nie będzie obsługiwany,

uCON - Err - istnieje niedołączone wejście do bloku.

Powyższą konfigurację można przeprowadzić w sposób graficzny przy użyciu programu
kgs.exe. Przykłady konfiguracji pokazane są na rysunkach 8 i9.

2.

Cel ćwiczenia

Poznanie oprogramowania narzędziowego i zasad jego wykorzystania przy konfigurowaniu i
uruchamianiu sterownika wielofunkcyjnego PSW-8.
Zdobycie praktycznych umiejętności potrzebnych przy opracowaniu strategii sterowania
modelem procesu przemysłowego z wykorzystaniem PSW-8.

2.

Metodyka badań.

Stanowisko badawcze

Ć

wiczenie przeprowadzane jest w dwuosobowych grupach przy stanowisku PSW-8.

Podstawowe wyposażenie stanowiska laboratoryjnego PSW-8 powinno zawierać:

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

•  sterownik - PSW-8.11
•  programator - komputer PC
•  kabel połączeniowy - RS-232
•  oprogramowanie - TP8_404.EXE, P8s_401.EXE, KGS.EXE
•  zestaw modeli o wejściach i wyjściach analogowych.

Przebieg ćwiczenia:

1.  Z dostępnych bloków PSW-8 (patrz instrukcja ZPDA: „Funkcje sterownika PSW-8”)

zdefiniować układ sterowania opisany w zadaniu 1 lub 2

2. W programie P8s_401.exe lub bezpośrednio z panelu operatorskiego przeprowadzić

konfigurację sterownika zgodnie z podanymi wcześniej fazami (Uwaga: listing można
przygotować w programie KGS.EXE).

•  w fazie OPTN obowiązkowo zapisać konfigurację sterownika (PUT),
•  w przypadku wystąpienia błędów powtórzyć niezbędne fazy konfiguracji.

3.  Przeprowadzić symulację działania sterownika PSW-8 - faza RUN.
a)  wciskając klawisz „9” pod obrazem płyty czołowej PSW-8 pojawia się napis „SET” np.

AI1=0.000,

• klawisze „-„ i „=„ pozwalają na zmianę wartości danego wejścia,
• trzymając „0” i „-„ lub „0” i „=” zmieniamy numery wejść,

b) obsługa panelu: KE6 (przez 10s) - pulsujący napis PV sygnalizuje gotowość przejścia do

operacji on-line lub przejścia do konfiguracji (wybór klawisze KE3, KE4):

• PARM - parametryzacja on-line,



• VIEW - przeglądanie zmiennych,



wyjście klawisz KE6

• BYTE - kontrola bajtów,



• CONF - konfiguracja (przejście przy jednoczesnym wciśnięciu klawiszy KE7, KE8)

4. Uruchomić program TP8_401.exe (opis działania i klawiszy w instrukcji ZPDA:

„Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8. Instrukcja programowania.”

a) ustawić parametry transmisji - F5 PARAM oraz port transmisji szeregowej COM1/COM2

-F4 COM

•  F4 SPEED - szybkość transmisji - 9600 bodów
•  F5 BITS - liczba bitów danych - 8 bitów
•  F6 STOP - liczba bitów stopu - 1
Uwaga : wyboru dokonujemy strzałkami „←” lub „→” i zatwierdzamy klawiszem Enter.

b) przesłać konfigurację do sterownika PSW-8 - F7 PANEL
•  F2 TRANS - transmisja konfiguracji z PC do PSW-8

Po naciśnięciu tego klawisza pojawia się napis f_name:PSW_CONF., który należy
rozszerzyć o nazwę z fazy NAME; sterownik PSW-8 po wcześniejszym wyzerowaniu
(OPTN/PRST) i nadaniu tej samej nazwy (NAME) ustawić w tryb odbioru
(OPTN/LOAD); transmisję rozpoczyna klawisz Enter.

c) przeprowadzić testowanie PSW-8 (PARM - parametryzacja on-line, VIEW - przeglądanie

zmiennych): przeprowadzić wielokrotne próby pracy sterownika PSW-8, zaobserwować
działanie wszystkich wejść i wyjść, w razie potrzeby dokonać niezbędnych poprawek w
aplikacji.

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Prezentacja i analiza wyników badań.

Wynikiem pracy grupy laboratoryjnej jest działająca aplikacja na sterownik PSW-8

przedstawiona prowadzącemu w czasie zajęć. Wnioski i uwagi, jakie nasunęły się podczas
wykonywania prób na układzie należy zamieścić w sprawozdaniu. Do sprawozdania należy
dołączyć plik PSW_list.001 z listingiem konfiguracji PSW-8.

Wymagania BHP

Warunkiem przystąpienia do ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP

stosowaną w Laboratorium i ogólnymi zasadami pracy przy stanowisku komputerowym.
Instrukcje te powinny być podane studentom podczas pierwszych zajęć laboratoryjnych i
dostępne do wglądu w Laboratorium. Pracownia powinna odpowiadać ogólnym wymaganiom
BHP przewidzianym dla laboratorium komputerowego.

Sprawozdanie studenckie

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

•  stronę tytułową zgodnie z obowiązującym wzorem;
•  cel i zakres ćwiczenia;
•  opis stanowiska badawczego;
•  opis przebiegu ćwiczenia z wyszczególnieniem wykonywanych czynności;
•  schemat blokowy układu regulacji automatycznej wykonany w programie KGS;
•  wnioski i uwagi.

Na ocenę sprawozdania będą miały wpływ następujące elementy:

•  ogólna estetyka - 10%;
•  zgodność zawartości z instrukcją - 20%;
•  poprawne oprogramowanie regulatora PSW-8 - 40%;
•  wnioski i uwagi - 30%.

Sprawozdanie powinno być wykonane i oddane na zakończenie ćwiczenia, najpóźniej

na zajęciach następnych. Sprawozdania oddane później będą oceniane niżej.

Literatura:

1. Trybus L.: Regulatory wielofunkcyjne. WNT, Warszawa 1992 .
2. ZPDA: Programowalny sterownik wielofunkcyjny PSW-8

- DTR
- Instrukcja programowania
- Funkcje sterownika
- Instrukcja programowania - TRANS, PSW, 1994 Ostrów Wlkp

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Zadanie 1

Regulator PSW-8 ma pełnić rolę stacji pomiarowej wskazującej wartość zmiennej procesowej
i sygnalizującej przekroczenia. Niech zmienną będzie temperatura w piecu. Zakres zmian
przetwornika pomiarowego niech wynosi <T

, T

>, alarm dolny przy spadku T poniżej T

AL,

alarm górny przy wzroście T powyżej T

Dane liczbowe:

0, T

100, T

30, T

70, ∆T=5 [°C]

Sygnał  z  przetwornika  temperatury  podany  na  wejście  analogowe  regulatora  zostanie
przetworzony  na  znormalizowany  sygnał  wewnętrzny  t  z  przedziału  <0.0,  1.0>.  Z  danych
liczbowych wynika, że

0.3, t

0.7, ∆t=.05,

Schemat blokowy układ realizujący stacyjkę pomiarową pokazano na rys.8 (zrealizowany w
KGS)
LD1, LD2 - przekroczenia alarmowe wyznaczane przez komparatory COMP i PL1= t

i PL2= t

DI1 - temperatura w piecu, y

=0, y

=1000 d=_ _

_.-,

Dane konfiguracyjne podano w tabeli 1

Rys.8. Struktura układu

Tabela 1 Dane konfiguracyjne do PSW-8.

Laboratorium Sterowników i Regulatorów

Zadanie 2

Regulator  PSW-8  ma  pełnić  rolę  stacyjki  zadającej  wartość  zmiennej  procesowej  i
sygnalizującej  jej  stan  .  Niech  zmienną  będzie  napięcie  zasilające  element  grzejny  w  piecu
sterowanym  poziomem  napięcia.  Zakres  zmian  przetwornika  pomiarowego  niech  wynosi
<U

, U

Dane liczbowe:
U

0, U

10 [V]

Znormalizowany sygnał z zadajnika SP podany na wyjście analogowe regulatora zostanie
przetworzony na sygnał zewnętrzny u z przedziału <0.0, 10.0>[V].
Schemat blokowy układ realizującego stacyjkę zadawania pokazano na rys.9 (zrealizowany w
KGS).
DI1 - napięcie sterujące piecem, y

=0, y

=100 d=__

KE1.3 - Hi - załącza napięcie sterujące na wyjście A01 z potwierdzeniem na LED
Lo - OV na wyjściu.
KE3.1, KE4.1 - zadawanie wartości napięcia.

Rys. 9. Struktura układu.

Tabela 2.