ODPRTOZANČNO IN ZAPRTOZANČNO VODENJE DVIŽNEGA …

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Tjaša PAVLOVIČ

ODPRTOZANČNO IN ZAPRTOZANČNO VODENJE DVIŽNEGA SISTEMA

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Mehatronika

Maribor, september 2017

ODPRTOZANČNO IN ZAPRTOZANČNO VODENJE

DVIŽNEGA SISTEMA

Diplomsko delo

Študent(ka): Tjaša PAVLOVIČ

Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje

Mehatronika

Mentor FS: doc. dr. Vito TIČ

Mentor FERI:

red. prof. dr. Riko ŠAFARIČ

Somentor: izr. prof. dr. Darko LOVREC

Maribor, september 2017

I

II

I Z J A V A

Podpisana ______________________________, izjavljam, da:

• je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,

• predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe

po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

• so rezultati korektno navedeni,

• nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter

Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in

elektronske verzije zaključnega dela.

Maribor,_____________________ Podpis: ________________________

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjema doc. dr. Vitu Tiču in red.

prof. dr. Riku Šafariču ter somentorju izr. prof. dr.

Darku Lovrecu za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi staršem in partnerju za podporo

tekom študija.

IV

ODPRTOZANČNO IN ZAPRTOZANČNO VODENJE DVIŽNEGA SISTEMA

Ključne besede: dvižna naprava, hidravlika, krmiljenje, regulacija

UDK: 004.453:621.316.71(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu sta zasnovana in opisana krmilni sistem in program, ki je bil izdelan za

namensko dvižno napravo. Program je izdelan v programskem okolju TwinCAT 3 in se izvaja

na krmilniku CX5010. Napravo sestavljajo mini agregat z ventili in hidravlični valj, ki je pritrjen

na posebno aluminijasto konstrukcijo. Vodena je s pomočjo krmilne letve, ki zajema stikala,

tipkali, potenciometer in krmilno palico. Sistem dopušča možnost preklopa med tremi

različnimi načini vodenja. Diskretno vodenje se izvaja s pomočjo dveh tipkal, zvezno s pomočjo

krmilne palice in zaprtozančno z dvema potenciometroma. Zasnovan je bil tudi grafični

vmesnik za vizualizacijo, ki še dodatno olajša razumevanje delovanja.

V

OPEN – LOOP AND CLOSED – LOOP CONTROLLED LIFTING SYSTEM

Key words: lifting system, hydraulics, open-loop control, closed-loop control

UDK: 004.453:621.316.71(043.2)

ABSTRACT

The diploma describes a system and a program that were made for a custom lifting device. The

program was created in the TwinCAT 3 enviroment and is being executed on a CX5010

controller. The device consists of a small hydraulic system with valves and a cylinder, which is

attached to a special aluminium construction. It is controlled through a control panel that

consists of switches, buttons, a potentiometer and a joystick. The system allows the operator

to choose between three different kinds of control. Discrete control is being executed with two

buttons, continuous control with a joystick and closed-loop control with two potentiometers.

A graphic interface was also made for easier visualisation, which makes the understanding of

the operations even easier.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ......................................................................................................................... 1

2 OPIS SISTEMA ............................................................................................................. 2

2.1 Hidravlične komponente .......................................................................................... 2

2.2 Električne komponente ............................................................................................ 3

2.3 Konstrukcija sistema ................................................................................................ 5

3 KRMILJENJE IN REGULACIJA ........................................................................................ 7

3.1 Krmiljenje – odprtozančno vodenje .......................................................................... 7

3.2 Regulacija – zaprtozančno vodenje ........................................................................... 8

4 OPIS IN RAZLAGA PROGRAMA .................................................................................. 13

4.1 Programsko okolje ................................................................................................. 13

4.2 Spremenljivke in korelacija s strojno opremo ......................................................... 16

4.3 Ogrodje programa in prehajanje med režimi ........................................................... 18

4.4 Diskretno vodenje .................................................................................................. 21

4.5 Zvezno vodenje ...................................................................................................... 22

4.6 Zaprtozančno vodenje ............................................................................................ 26

5 HMI ZASLON ............................................................................................................. 29

6 DELOVANJE SISTEMA ................................................................................................ 31

7 ZAKLJUČEK ............................................................................................................... 35

8 VIRI .......................................................................................................................... 36

VII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Hidravlična shema sistema .......................................................................................... 3

Slika 2.2: Električna shema sistema ............................................................................................ 4

Slika 2.3: Izgled krmilja ............................................................................................................... 4

Slika 2.4: Konstrukcija sistema ................................................................................................... 5

Slika 2.5: Pritrditev potenciometra ............................................................................................ 5

Slika 2.6: Poenostavljena konstrukcija sistema .......................................................................... 6

Slika 3.1: Krmilna proga .............................................................................................................. 7

Slika 3.2: Regulacijska proga ....................................................................................................... 8

Slika 4.1: Primer strukturiranega besedila [8] .......................................................................... 13

Slika 4.2: Primer seznama instrukcij [10] .................................................................................. 14

Slika 4.3: Primer funkcijskega blokovnega diagrama [12] ........................................................ 14

Slika 4.4:Primer lestvičnega diagrama [14] .............................................................................. 15

Slika 4.5: Primer kontinuirnega funkcijskega diagrama [16] .................................................... 15

Slika 4.6: Primer sekvenčnega funkcijskega diagrama [18] ...................................................... 15

Slika 4.7: Vhodne spremenljivke .............................................................................................. 16

Slika 4.8: Izhodne spremenljivke .............................................................................................. 17

Slika 4.9: Pomožne spremenljivke ............................................................................................ 17

Slika 4.10: Okvir programa ....................................................................................................... 18

Slika 4.11: Vsebina bloka inicializacija ...................................................................................... 19

Slika 4.12: Postavljanje spremenljivke stanje ........................................................................... 19

Slika 4.13: Preračun kota v procente ........................................................................................ 19

Slika 4.14: Prikaz funkcije za pretvorbo kota v procente ......................................................... 20

Slika 4.15: Vsebina bloka diskretno .......................................................................................... 21

Slika 4.16: Zvezno vodenje 1. in 2. del ...................................................................................... 22

Slika 4.17: Graf odzivnosti ........................................................................................................ 23

Slika 4.18: Grafični prikaz enačbe (4.4) .................................................................................... 24

Slika 4.19: Zvezno vodenje 3. del.............................................................................................. 24



Slika 4.22: Preračun spremenljivke »prozenje« ....................................................................... 25

Slika 4.23: Regulacija omrežje 1 in 2 ........................................................................................ 26

Slika 4.24: Definicija vhodov in izhodov PID regulatorja .......................................................... 27

Slika 4.25: Regulacija omrežje 3 ............................................................................................... 27

Slika 4.26: Regulacija omrežje 4 ............................................................................................... 28

Slika 5.1: Izgled HMI zaslona .................................................................................................... 29

Slika 6.1: Odvisnost proženja od krmilne palice ....................................................................... 31

Slika 6.2: Nastavljanje parametrov regulatorja 1 ..................................................................... 32




Slika 6.6: Odziv pravilno konfiguriranega regulatorja .............................................................. 34

VIII

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 3.1: Nastavitev parametrov za objekte s proporcionalnim delovanjem [7]......... 11

Preglednica 3.2: Nastavitev parametrov za odpravljanje motnje bremena [7] ....................... 11

Preglednica 3.3: Nastavitev parametrov za sledenje želeni vrednosti [7] ............................... 12

Preglednica 4.1: Mejne vrednosti vhodnih spremenljivk ......................................................... 16

IX

UPORABLJENE KRATICE

CFC Continuous Function Chart

FBD Function Block Diagram

HMI Human-machine Interface

IL Instruction List

LD Load

PD proporcionalno diferencialni

PI proporcionalno integralni

PID proporcionalno integralno diferencialni

PŠM pulzno-širinska modulacija

SFC Sequential Function Chart

ST Set

ST Structured Text

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

1

1 UVOD

Namen diplomske naloge je bil izdelati krmilni sistem za vodenje namenske dvižne naprave, ki

bo omogočal diskretno in zvezno odprtozančno vodenje ter zvezno zaprtozančno vodenje

pomika hidravličnega valja. Pri tem se naloga še posebej osredotoča na izvedbo in primerjavo

omenjenih različnih načinov vodenja hidravličnega valja.

Diplomska naloga se začne s predstavitvijo strojne opreme sistema. Predstavljene so

hidravlične in električne komponente ter nosilna konstrukcija na katero je pritrjen hidravlični

valj. Nato sta podrobno opisana odprtozančno in zaprtozančno vodenje. Pri regulaciji so

opisane različne vrste regulatorjev ter metode določanja parametrov le teh. Za tem je opisano

programsko okolje TwinCAT 3 in programski jeziki, ki jih dopušča. Zapisane so vse uporabljene

spremenljivke in njihova povezava s strojno opremo ter vloga v programu. Sledi opis

programa, ki je razdeljen na opis okvirja programa ter posameznih načinov vodenja, pri čemer

je delovanje vsakega načina vodenja podrobno razloženo. Nato so predstavljeni zaslon za

vizualizacijo in posnetki odzivov sistema med delovanjem. Na koncu sledi razprava o rezultatih

diplomske naloge ter možnih izboljšavah.


2

2 OPIS SISTEMA

Voden sistem predstavlja preprost skupek komponent, ki se medsebojno povezujejo. Gradniki

so hidravlične in električne komponente ter konstrukcija sistema.

2.1 Hidravlične komponente

Hidravlični del dvižne naprave sestavljajo agregat, potna ventila, tokovni ventil, filter, hladilni

sistem, manometer in hidravlični valj kot aktuator.

Uporabili smo agregat Hawe SK 7942 300, ki je sestavljen iz enosmernega elektromotorja,

črpalke, rezervoarja in tlačno omejevalnega ventila. Uporabljen agregat je horizontalne

izvedbe, obstaja pa tudi vertikalna. Črpalka je radialna batna in omogoča dolgo in zanesljivo

obratovanje. Agregat dosega tlak do 200 barov in pretok do 1,8 L/min. Proizvajalec kot primer

uporabe agregata navaja kovičenje, vodni tisk, dviganje in spuščanje bremen, prepogibanje in

kot zavore pri vetrni elektrarni [1].

Potni ventil BWN 1-F-1-1-X24, ki je kasneje imenovan tudi obtočni ventil, predstavlja 2/2

elektromagnetno prožen potni ventil proizvajalca Hawe. Uporabljamo ga za kroženje tekočine

skozi sistem, ko hidravlični valj miruje. Za vodenje hidravličnega valja smo uporabili 4/3

elektromagnetno prožen potni ventil proizvajalca Hawe z oznako NSWP 2D 03/MP. Na ta ventil

smo namestili proporcionalne elektromagnete, s katerimi uravnavamo pretok.

Tokovni ventil HQ-012 52 proizvajalca Atos se uporablja za omejevanje pretoka med aktivno

in povratno vejo hidravličnega valja. Tlačni filter FHM0061SAG1A06HP01 proizvajalca MP Filtri

skrbi za čistočo hidravlične tekočine. Hladilni sistem ASA Hydraulik skrbi za ustaljeno

temperaturo hidravlične tekočine s pomočjo ventilatorja.

Hidravlični valj je izdelan po naročilu iz nerjavečega jekla in omogoča dvosmerni pretok

hidravlične tekočine. Njegove zunanje dimenzije znašajo 40 x 400 mm, njegov hod pa 260 mm.

Slika 2.1 prikazuje povezavo vseh naštetih in opisanih elementov.


3

Slika 2.1: Hidravlična shema sistema

2.2 Električne komponente

Za napajanje in vodenje hidravličnih komponent potrebujemo električne komponente.

Električni del sestavljajo napajalnika, releja, krmilnik z moduli in stikala, tipkala, potenciometra

ter krmilna palica.

Uporabili smo dva napajalnika, saj smo ugotovili, da en ne zadošča. Razlog za to se nahaja v

upadu napetosti pri zagonu, ker elektromotor predstavlja veliko tokovno breme. Napajalnik

proizvajalca Schrack vrste LP412422 oskrbuje z energijo obtočni ventil in elektromotor

agregata. Napajalnik proizvajalca Mean Well tipa DR-75-24 pa skrbi za napajanje krmilnika in

njegovih modulov. Oba releja sta proizvod proizvajalca Schrack. Rele za vklop in izklop

elektromotorja je tipa RM732024, za vklop obtočnega ventila pa smo uporabili tip PT570024.

Za vodenje hidravličnih komponent smo uporabili krmilnik proizvajalca Beckhoff tip CX5010.

Krmilniki tega proizvajalca sami po sebi niso dovolj za vodenje, zato smo morali dodati različne

module. Za preverjanje stanj stikal in tipkal smo potrebovali modul za branje digitalnih vhodov

EL1008. Za branje vrednosti potenciometrov in krmilne palice smo izbrali modul za analogne

vhode EL3008. Za krmiljenje relejev smo potrebovali modul za postavljanje digitalnih izhodov

EL2008. Prav tako smo potrebovali modul EL2535, ki omogoča pulzno širinsko modulacijo za


4

vodenje proporcionalnih elektromagnetov. Uporabili smo tudi modul EL9505, za napajanje

potenciometrov in krmilne palice s 5 volti. Slika 2.2 prikazuje povezavo modulov z ostalimi

električnimi komponentami, slika 2.3 pa prikazuje fizični izgled krmilja.

Slika 2.2: Električna shema sistema

Slika 2.3: Izgled krmilja


5

2.3 Konstrukcija sistema

Ogrodje sistema je zgrajeno iz aluminijastih profilov, ki so med seboj povezani. Na ogrodje sta

pritrjena hidravlični valj in dvižna roka, ki je narejena iz jekla. Na dvižno roko je preko puše in

dveh vijakov pritrjen potenciometer za merjenje dejanskega kota zasuka. Slika 2.4 prikazuje

opisano konstrukcijo sistema, slika 2.5 pa način pritrditve potenciometra na dvižno roko.

Slika 2.4: Konstrukcija sistema

Slika 2.5: Pritrditev potenciometra


6

Poenostavljeno konstrukcijo in njeno gibanje prikazuje Slika 2.6. Spremenljivka a predstavlja

dolžino od vpetja roke do vpetja valja na roko. Spremenljivka b predstavlja razdaljo med

vpetjem hidravličnega valja in vpetjem roke. Spremenljivka c predstavlja dolžino hidravličnega

valja, ki se spreminja. Ko se spreminja razdalja c se spreminja tudi kot γ. Spremenljivki sta

povezani preko kosinusnega izreka.

Slika 2.6: Poenostavljena konstrukcija sistema


7

3 KRMILJENJE IN REGULACIJA

Različni sistemi so lahko vodeni na več različnih načinov glede na zahtevnost in potrebe

sistema. Vodenje se deli na dve glavni skupini, in sicer na odprtozančno vodenje ali krmiljenje

in na zaprtozančno vodenje ali regulacijo. Glavna razlika med njima je, da pri krmiljenju ni

povratne informacije iz sistema.

3.1 Krmiljenje – odprtozančno vodenje

Odprtozančno vodenje, kot že samo ime sporoča, deluje po principu odprte zanke, kar

pomeni, da ni povezave izhoda z vhodom. Sistem lahko krmilimo v primeru, da lahko dovolj

dobro določimo ali izračunamo potrebno vrednost vhoda za doseganje želene izhodne

vrednosti [2].

Slika 3.1: Krmilna proga

Krmilna proga prikazana na sliki 3.1 grafično opisuje potek krmiljenja. Referenca predstavlja

enačbo preko katere določimo vhod v progo oz. referenčno vrednost. Ta se nato na krmilniku

pretvori v ustrezno veličino oz. vhod v sistem. Izhod iz krmilnika nato vpliva na sistem oz. na

voden objekt, pri čemer se lahko pojavijo motnje in šumi. Motilne veličine lahko povzročijo

odstopanje dejanskega izhoda iz proge od želenega izhoda, ki ga ne moremo odpraviti.

Diskretno krmiljenje je način vodenja pri katerem izhodna spremenljivka zavzame eno izmed

vnaprej določenih vrednosti.

Zvezno krmiljenje je način vodenja pri katerem lahko izhodna spremenljivka zavzame

katerokoli izmed vrednosti v določenem območju.


8

3.2 Regulacija – zaprtozančno vodenje

Zaprtozančno vodenje je delno podobno odprtozančnemu, vendar s povratno informacijo o

stanju na izhodu iz sistema. Za izvajanje potrebujemo še dodaten element, ki skrbi za

stabilnost – regulator.

Slika 3.2: Regulacijska proga

Referenca predstavlja element preko katerega določimo želeno oz. referenčno vrednost. Nato

se od te vrednosti odšteje vrednost izhoda, ki jo dobimo s pomočjo senzorjev. Razlika teh dveh

vrednosti predstavlja regulacijski pogrešek, ki se prenese v regulator. Če je ta vrednost enaka

nič, smo dosegli cilj in na sistem ni potrebno vplivati. Če pa ta vrednost ni enaka nič, pa

regulator poskrbi, da se pretvori v ustrezno vrednost izhoda iz krmilnika, s katero vplivamo na

sistem. Na sistem prav tako vplivajo motnje in šumi. Pojavijo se lahko pred regulatorjem, pred

sistemom ali na izhodu [2].

Regulatorji so elementi, ki skrbijo za stabilnost sistema oziroma za stalno vrednost na izhodu,

ne glede na motnje. Kar pomeni, da odpravljajo nastale razlike med želeno in dejansko

vrednostjo v čim krajšem času. Poznamo več vrst izpeljank tako imenovanih PID-regulatorjev,

ki so sestavljeni iz treh osnovnih členov.

P – člen oziroma proporcionalni člen doprinese spremembo ojačenja. Njegov izhod v

odvisnosti od časa je opisan z enačbo (3.1). Proporcionalni člen pozna omejitve občutljivosti

in nasičenja, pri majhnih vrednostih pogreška se ne odzove, pri velikih vrednostih pa se izhod

nahaja v področju nasičenja. Prav tako ne odpravi stacionarnega pogreška, se pa zmanjšuje s

povečevanjem vrednosti ojačenja Kp. Pri čemer moramo paziti, da ne presežemo mejne

vrednosti Kp saj tam izhod postane nestabilen. Dobri lastnosti sta, da ne povzroča zakasnitev

in njegova preprosta izvedba [3-6].


9

D – člen oziroma diferencialni člen odvaja vrednost pogreška, kar prikazuje enačba (3.2).

Diferencialni člen predvidi možne smernice pogreška, glede na trenutno hitrost spreminjanja

le tega. Ta člen ne more izničiti pogreška, lahko pa zmanjša njegovo hitrost spreminjanja.

Njegov cilj je zgladiti krivuljo pogreška in zadušiti vloženo moč, kar ima za posledico zmanjšanje

prenihaja. Prevelika vrednost KD povzroča prenihaje pri majhnih vrednostih regulacijskega

pogreška, kar lahko vodi v nestabilnost sistema. Na splošno velja, da izboljša čas umiritve oz.

čas iznihavanja ter stabilnost sistema pri izbiri prave moči koeficienta ojačenja [3-6].

I – člen oziroma integralni člen integrira vrednost pogreška, kar je prikazano z enačbo (3.3).

Integralni člen je počasnejši od proporcionalnega. Regulator akumulira pretekle vrednosti

regulacijskega pogreška, kar mu omogoča odpravljanje trenutne vrednosti v ustaljenem

stanju, kljub ničelni vrednosti pogreška. Ista lastnost lahko prav tako povzroči prenihaj izhodne

vrednosti. S pomočjo tega člena lahko odpravimo statični pogrešek in skrajšamo čas dosega

referenčne vrednosti. Kot proporcionalni člen, ima tudi integralni člen omejitve v področju

nasičenja. Pri majhnih vrednostih pogreška je odziv počasen, v srednjem območju strmo

narašča, pri velikih vrednostih pa počasi upada, kar podaljša čas umiritve [3-6].

𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃 ∙ 𝑒(𝑡) (3.1)

𝑢(𝑡) = 𝐾𝐷 ∙𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡 (3.2)

𝑢(𝑡) = 𝐾𝐼 ∙ ∫ 𝑒(𝑡) ∙ 𝑑𝑡𝑡

0 (3.3)

Kjer so:

u – izhod iz regulatorja

e – pogrešek oz. vhod v regulator

KP – koeficient proporcionalnega ojačenja

KD – koeficient diferencialnega ojačenja

KI – koeficient integralnega ojačenja


10

PI – regulator oz. proporcionalno integralni regulator je sestavljen iz vzporedno vezanih P in I

členov. Kar pomeni, da je časovna enačba enaka vsoti posameznih časovnih enačb.

Proporcionalno integralni regulator je eden izmed najbolj pogosto uporabljenih regulatorjev.

Odpravlja namreč regulacijski pogrešek in izniči stacionarni pogrešek. Prav tako je nastavitev

parametrov preprosta. Zaradi uporabe integralnega člena lahko pride do integralnega pobega

ob velikih spremembah na vhodu. Kar pomeni, da vrednost izhoda zaide v območje nasičenja.

Prav tako se odziv regulatorja upočasni. Pri tem regulatorju se pojavi nova spremenljivka TI

oziroma integralna časovna konstanta, ki nam pove kako hitro doseže vrednost izhoda

vrednost ojačenja KP. Spremenljivka se izračuna kot količnik proporcionalnega in integralnega

ojačenja, kar je prikazano z enačbo (3.4) [3-6].

PD – regulator oz. proporcionalno diferencialni regulator je sestavljen iz vzporedno vezanih P

in D členov. Ta regulator ne more odpraviti stacionarnega pogreška ali motenj, vendar ima

hitrejši odziv. Prav tako se zmanjša čas umiritve in poveča stabilnost sistema [3-6].

PID – regulator oz. proporcionalno integralno diferencialni regulator je sestavljen iz vzporedno

vezanih vseh treh členov. Prisotnost vseh treh členov predstavlja najboljše lastnosti

regulatorja. Regulator lahko odpravi stacionarni pogrešek, motnje ter pospeši spreminjanje

pogreška. Vendar pa je temu regulatorju težje nastaviti parametre, saj moramo določiti kar tri

[3-6].

1

𝑇𝐼=

𝐾𝐼

𝐾𝑃 (3.4)

𝑇𝐷 =𝐾𝐷

𝐾𝑃 (3.5)

Poznamo različne metode določanja parametrov regulatorja na osnovi časovnih odzivov.

Najbolj znani sta Ziegler – Nicholsova metoda in Chien – Hrones – Reswickova metoda. Pri

obeh metodah je potrebno iz odziva regulatorja na stopnico pridobiti tri podatke. K oz.

maksimalna vrednost pri kateri se ustali izhod iz regulatorja. Čas v katerem izhod doseže 10%

končne vrednosti oz. td. Čas od dosega 10% končne vrednosti do dosega 90% končne vrednosti

oz. tv [7].


11

Ziegler – Nicholsova oz. metoda stopničnega odziva je metoda pri kateri je potrebno pridobiti

odziv regulatorja na stopnico. Stopnica mora predstavljati med 5% in 15% maksimalne

vrednosti, v nasprotnem primeru lahko pride do prevelikega vpliva nelinearnosti s strani

izvršnih organov. Preglednice so pridobljene eksperimentalno, kar pomeni, da lahko pride do

premajhnega dušenja in do velikega prenihaja. Zato se ta metoda uporablja kot prednastavitev

regulatorja in ne kot končna ter samozadostna rešitev [7].

Preglednica 3.1: Nastavitev parametrov za objekte s proporcionalnim delovanjem [7]

KP TI TD

P 𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 / /

PI 0,9 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 3 ∙ 𝑡𝑑 /

PID 1,2 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 2 ∙ 𝑡𝑑 0,5 ∙ 𝑡𝑑

Chien – Hrones – Reswickova metoda je prirejena metoda stopničnega odziva. Od nje se

razlikuje po manjšem ojačenju ter večjem integracijskem času, kar je razvidno iz manjšega

prenihaja in daljšega časa umiritve. Pri tej metodi moramo izbrati ali želimo odpraviti motnjo

bremena ali pa čim bolje slediti želeni vrednosti. Obe spodnji preglednici veljata za 0 %

prenihaj, obstajajo pa tudi enačbe za 20 % prenihaj [7].

Preglednica 3.2: Nastavitev parametrov za odpravljanje motnje bremena [7]

KP TI TD

P 0,3 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 / /

PI 0,6 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 4 ∙ 𝑡𝑑 /

PID 0,95 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 2,4 ∙ 𝑡𝑑 0,24 ∙ 𝑡𝑑


12

Preglednica 3.3: Nastavitev parametrov za sledenje želeni vrednosti [7]

KP TI TD

P 0,3 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 / /

PI 0,35 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 1,2 ∙ 𝑡𝑣 /

PID 0,6 ∙𝑡𝑣

𝐾 ∙ 𝑡𝑑 𝑡𝑣 0,5 ∙ 𝑡𝑣


13

4 OPIS IN RAZLAGA PROGRAMA

4.1 Programsko okolje

V programskem okolju TwinCAT 3 lahko izbiramo med kar šestimi različnimi programskimi

jeziki. Delijo se na dve podskupini in sicer na besedilne in grafične programske jezike. Besedilna

jezika sta strukturirano besedilo (ST) in seznam instrukcij (IL). Grafični jeziki so funkcijski

blokovni diagram (FBD), lestvični diagram (LD), kontinuirni funkcijski diagram (CFC) in

sekvenčni funkcijski diagram (SFC).

Strukturirano besedilo je besedilni programski jezik, ki je podoben programskemu jeziku C.

Zgrajen je iz instrukcij in izrazov. Instrukcije zajemajo »IF« stavke, »WHILE« stavke, »FOR«

stavke, »SWITCH« stavke, »REPEAT« stavke ter skoke in povratke. Izrazi pa so logične in

računske operacije kot na primer »AND«, »OR«, seštevanje, odštevanje, potenciranje itd. Ta

nabor ukazov omogoča izvedbo kompleksnih algoritmov [8]. Primer strukturiranega besedila

prikazuje slika 4.1.

Slika 4.1: Primer strukturiranega besedila [8]

Seznam instrukcij je besedilni programski jezik, ki spominja na zbirni jezik (»assembler«).

Sestavljen je iz zaporednih ukazov, ki sestojijo iz instrukcij in operatorjev. Pri tem je vsaka

instrukcija zapisana v svoji vrstici in se nanaša na samo en operator. Za preverjanje pogojev so

na voljo ukazi kot so: »je enako«, »večje«, »manjše« itd. Vsak ukaz se začne z nalaganjem

vrednosti na akumulator (LD) in zaključi s prepisovanjem vrednosti na akumulator (ST). Ta

programski jezik je namenjen izvedbi lažjih algoritmov [9]. Primer opisanega programskega

jezika prikazuje slika 4.2.


14

Slika 4.2: Primer seznama instrukcij [10]

Funkcijski blokovni diagram je grafični programski jezik. Razdeljen je na omrežja, ki vsebujejo

bloke in povezave med njimi. Bloki so lahko računske operacije, logične operacije, časovniki,

števci, itd [11]. Primer funkcijskega blokovnega diagrama prikazuje slika 4.3.

Slika 4.3: Primer funkcijskega blokovnega diagrama [12]

Lestvični diagram je grafični programski jezik, ki posnema električno kontaktno shemo. Glavni

sestavni elementi so stikala, tuljave in bloki. Pri čemer so stikala lahko mirovna ali delovna,

tuljave pa so lahko klasične ali set in reset tuljave [13]. Primer lestvičnega diagrama je prikazan

na sliki 4.4.


15

Slika 4.4:Primer lestvičnega diagrama [14]

Kontinuirni funkcijski diagram je grafični programski jezik podoben FBD, vendar ni razdeljen

na omrežja. To omogoča poljubno razporejanje blokov in s tem večjo svobodo pri

programiranju [15]. Slika 4.5 prikazuje primer kontinuirnega funkcijskega diagrama.

Slika 4.5: Primer kontinuirnega funkcijskega diagrama [16]

Sekvenčni funkcijski diagram je grafični programski jezik, ki omogoča zapis koračnega

programa. Sestoji iz korakov in pogojev za prehod med koraki. Dogodki v korakih so lahko

zapisani v katerem koli izmed šestih programskih jezikov. Prav tako lahko preprostejše ukaze

izvedemo z opombami, vendar samo za binarne spremenljivke. Predstavlja izredno pregledno

obliko programiranja in poenostavi programe s točno določenim časovnim zaporedjem

izvajanja [17]. Na sliki 4.6 je prikazan primer opisanega programskega jezika.

Slika 4.6: Primer sekvenčnega funkcijskega diagrama [18]


16

4.2 Spremenljivke in korelacija s strojno opremo

Program uporablja devet vhodnih spremenljivk, deset izhodnih spremenljivk in enajst

pomožnih spremenljivk.

Vhodne spremenljivke oz. elemente predstavljajo tri stikala, dve tipkali, dva potenciometra in

krmilna palica. Uporabljene so različne vrste stikal: stikalo z delovnim kontaktom (vklop),

stikalo z mirovnim kontaktom (zasilni_izklop) in dvostopenjsko stikalo (S1 in S2). Slika 4.7

prikazuje deklaracijo vhodnih spremenljivk.

Slika 4.7: Vhodne spremenljivke

Spremenljivkam tipa »integer« je bilo potrebno izmeriti minimalne in maksimalne vrednosti

za kasnejše preračune. Njihove vrednosti prikazuje preglednica 4.1

Preglednica 4.1: Mejne vrednosti vhodnih spremenljivk

Ime spremenljivke Najmanjša vrednost Največja vrednost

joystick 300 15900

dejanski_kot -45 5995

zelen_kot -65 16305

Izhodne spremenljivke predstavljajo dva releja, dva proporcionalna magneta ter dodatne

spremenljivke za manipuliranje s pulzno-širinsko moduliranima kanaloma. Najmanjšo

vrednost proporcionalnih magnetov smo ugotovili eksperimentalno z opazovanjem dvižne


17

roke in spreminjanjem vrednosti ventila. Prišli smo do ugotovitve, da minimalna vrednost, ki

je potrebna na ventilu, znaša približno 13000. Deklaracijo izhodnih spremenljivk prikazuje slika

4.8.

Slika 4.8: Izhodne spremenljivke

S pomočjo dodatne spremenljivke »enable« omogočimo delovanje PŠM kanala, s

spremenljivko »reset« izbrišemo morebitne napake, ki so se pojavile na kanalu. Spremenljivka

»dithering« pa doda kvadratni signal na izhodni signal, kar omogoča nenehno gibanje in

zmanjšanje zatikalnega deleža trenja [19].

Pomožne spremenljivke so vmesne spremenljivke, ki smo jih potrebovali za vmesne preračune

ali za pretvarjanje med formati. Spremenljivka »stanje« nam omogoča izbiro režima delovanja.

Namen pomožnih spremenljivk je opisan pri režimu delovanja h kateremu spadajo. Deklaracija

pomožnih spremenljivk je prikazana na sliki 4.9.

Slika 4.9: Pomožne spremenljivke


18

4.3 Ogrodje programa in prehajanje med režimi

Ogrodje programa je napisano v programskem jeziku SFC, ki je bil izbran zaradi lažje

preglednosti in nadzora. Program se izvaja zaporedno od zgoraj navzdol, če so izpolnjeni pogoji

za prehod v stanje, se le to izvede in program se nadaljuje. Če pogoj ni izpolnjen, se program

na tem mestu ustavi in počaka dokler pogoj ni izpolnjen. Če imamo več vzporednih vej, se

izvede tisto stanje, pri katerem je izpolnjen pogoj za prehod v le tega. Pri tem moramo paziti,

da ne moreta biti istočasno izpolnjena dva pogoja. Če želimo ciklično ponavljanje programa,

moramo na koncu programa izvesti skok na želeno stanje. Brez skoka se program izvede samo

enkrat. Program za dvižni sistem se izvaja od inicializacije do vzpostavitve stanj, nato pa pride

do vejitve, kjer so možna štiri stanja. Ta stanja so stanje mirovanja, stanje diskretnega vodenja,

stanje zveznega vodenja in stanje zaprtozančnega vodenja. Nato pa se program vrne v blok

»status«. Ogrodje programa prikazuje slika 4.10.

Slika 4.10: Okvir programa

V bloku »init« oz. inicializacija se vrednosti magnetov postavijo na nič, izklopita se

elektromotor in obtočni ventil. Prav tako se postavijo vrednosti parametrov PID – regulatorja.

Vsebino tega bloka prikazuje slika 4.11.


19

Slika 4.11: Vsebina bloka inicializacija

Slika 4.12: Postavljanje spremenljivke stanje

Postavitev spremenljivke stanje se izvede v bloku »status«. Ta spremenljivka omogoča

prehajanje med režimi delovanja. Blok »status« je zgrajen iz »IF« stavka, ki preverja stikali za

vklop in za zasilni izklop. Glede na ta pogoj, je sistem v stanju mirovanja ali pa v stanju

delovanja. V ta »IF« stavek so vgnezdeni še trije stavki, ki glede na dvostopenjsko stikalo

določajo način vodenja. Pri postavljanju te spremenljivke je potrebno paziti, da nista

izpolnjena dva različna »IF« stavka. Iz tega razloga preverjamo tri vhode, in sicer stikalo za

zasilni izklop, stikalo za vklop in dvostopenjsko stikalo (S1 in S2). Postavljanje spremenljivke

»stanje« prikazuje slika 4.12.

Slika 4.13: Preračun kota v procente


20

V tem bloku se prav tako izvaja preračunavanje dejanskega in želenega kota v procente, kar je

kasneje uporabljeno v bloku »regulacija«. Najprej je vrednost iz »integer-ja« potrebno

pretvoriti v format »long real«, ki ga zahteva PID – regulator. Nato smo iz znanih podatkov o

mejnih vrednostih izpeljali dve linearni funkciji, ki poskrbita za pretvorbo v procente. Izpeljani

linearni funkciji prikazujeta enačbi (4.1) in (4.2), graf, ki ga izrišeta pa prikazuje slika 4.14.

Slika 4.14: Prikaz funkcije za pretvorbo kota v procente

𝑧𝑒𝑙_𝑝𝑟𝑜𝑐 =10∙𝑧𝑒𝑙𝑒𝑛_𝑘𝑜𝑡_𝑙𝑟𝑒𝑎𝑙+650

1637 (4.1)

𝑑𝑒𝑗_𝑝𝑟𝑜𝑐 =5∙𝑑𝑒𝑗𝑎𝑛𝑠𝑘𝑖_𝑘𝑜𝑡_𝑙𝑟𝑒𝑎𝑙+225

302 (4.2)

V bloku »status« se prav tako izvede definicija vhodov in izhodov PID – regulatorja.

Pri preklapljanju iz mirovanja v stanje delovanja (katerikoli izmed treh režimov) je potrebno

izklopiti obtočni ventil in vklopiti elektromotor.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-65 1935 3935 5935 7935 9935 11935 13935 15935

Ko

t [%

]

Kot

Dejanski kot Željen kot


21

4.4 Diskretno vodenje

Ta vrsta vodenja je najpreprostejša in jo je možno izvesti tudi brez krmilnika, zato je tudi

program temu primerno kratek. Vsebina bloka za diskretno vodenje prikazuje slika 4.15.

Slika 4.15: Vsebina bloka diskretno

Program je sestavljen iz treh »IF« stavkov, ki preverjajo, če je proženo katero izmed tipkal in

katero. Nato pa se izvede vsebina le tega stavka.

Pri proženju tipke navzdol prožimo levo stran ventila s srednjo vrednostjo, da se le ta odpre

do srednje stopnje in s tem omogočimo srednje hitro pomikanje dvižne roke navzdol. Pri

proženju tipke navzdol prožimo desno stran ventila s srednjo vrednostjo in s tem omogočimo

srednje hitro pomikanje dvižne roke navzgor. Ob pritisku na obe tipki naenkrat se dvižna roka

ne premakne oziroma obdrži svoj trenutni položaj.


22

4.5 Zvezno vodenje

Program za zvezno vodenje je zapisan obliki strukturiranega besedila in je razdeljen na pet

delov. V prvem delu programa se vklopi elektromotor in se izklopita izhoda »reset«. V drugem

delu se omeji vrednost »joysticka«, v tretjem, četrtem in petem delu programa pa se dvižna

roka pomika navzgor ali navzdol ali pa miruje.

Slika 4.16: Zvezno vodenje 1. in 2. del

Omejitev vrednosti »joysticka« smo izvedli s pomočjo treh »IF« stavkov. S prvim smo določili

zgornjo mejo nove spremenljivke kot 15900. Z drugim smo postavili spodnjo mejo pri 300,

tretji stavek pa je namenjen ohranjanju spremenljivke za vse ostale vrednosti. Prvi in drugi del

programa za zvezno vodenje prikazuje slika 4.16.

Za potrebe vodenja smo morali grafično določiti želen odziv hidravličnega valja glede na

krmilno palico. Zgledujoč se na praktično pridobljene podatke smo določili ničelno območje

med vrednostjo 7700 in 8500. V ničelnem območju daje krmilna palica oz. »joystick«

nepredvidljive in zato nezanesljive podatke. Zato je to območje, kjer mora hidravlični valj

mirovati. Vrednosti 8500 in več pomenijo, da je krmilna palica pomaknjena navzdol, zato

poteka pomik valja navznoter. Vrednosti 7700 in manj pomenijo, da je krmilna palica

pomaknjena navzgor in poteka pomik valja navzven. Graf odvisnosti vrednosti proženja od

vrednosti »joysticka« prikazuje slika 4.17.


23

Slika 4.17: Graf odzivnosti

Nato smo glede na zgornje podatke izpeljali enačbo (4.3). Spremenljivka x predstavlja omejeno

vrednost krmilne palice, vrednost f(x) pa je proženje navzgor ali navzdol izraženo v procentih.

𝑓(𝑥) =

{

(

7700−𝑥

740)2

; 𝑥 < 7700

0; 7700 ≤ 𝑥 ≤ 8500

(𝑥−8500

740)2

; 𝑥 > 8500

(4.3

Ko smo imeli funkcijo odzivnosti ventila, smo potrebovali linearno funkcijo, ki bo procentualno

vrednost proženja primerno pretvorila v vrednost ventila. Le to prikazuje enačba (4.4),

spremenljivka x predstavlja vrednost proženja v procentih, spremenljivka f(x) pa vrednost, ki

se zapiše na ventil.

𝑓(𝑥) = 196 ∙ 𝑥 + 13000 (4.4)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

300 2300 4300 6300 8300 10300 12300 14300

Pro

žen

je [

%]

Joystick

prozenje_nap prozenje_naz


24

Slika 4.18: Grafični prikaz enačbe (4.4)

Samo vodenje je izvedeno s tremi »IF« stavki, dva za delovanje in en za mirovanje. Stavka za

gibanje se začneta s pretvorbo vrednosti krmilne palice v odstotke proženja (vsak po svoji

formuli). Ker funkcija za potenciranje »EXPT ()« ustvari format »lreal«, ventil pa zahteva format

»int«, je naslednji korak pretvorba. Nato pa se na ventil zapiše vrednost proženja, ki je

prirejena po linearni funkciji zapisani z enačbo (4.4). Slika 4.19 prikazuje program za pomik

dvižne roke navzgor, slika 4.20 program za mirovanje dvižne roke in slika 4.21 program za

pomik dvižne roke navzdol.

Slika 4.19: Zvezno vodenje 3. del

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

-100,00 -80,00 -60,00 -40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00

Ven

til

Proženje [%]

ventil_nap ventil_naz


25



Slika 4.22: Preračun spremenljivke »prozenje«

V tem bloku se prav tako izračunava spremenljivka »proženje«, ki služi za lažji prikaz na HMI

zaslon. Pri čemer smo se odločili, da proženje nazaj predstavlja negativno vrednost, proženje

naprej pa pozitivno. Preračun prikazuje slika 4.22.

Pri zveznem vodenju smo program večkrat popravili glede na odzive, ki smo jih dobili. Večkrat

je bilo potrebno spremeniti naklon funkcije, ker razlika v hitrostih ni bila jasno razvidna s

prostim očesom, kar je bilj eden izmed ciljev te diplomske naloge.


26

4.6 Zaprtozančno vodenje

Zaprtozančno vodenje je edino izmed podprogramov, ki ni zapisano v obliki strukturiranega

besedila, ampak v obliki lestvičnega diagrama. Razlog za to izbiro je možnost uporabe že

vnaprej zapisane funkcije za PID – regulator. Le ta se nahaja v dodatni knjižnici imenovani

»controller toolbox«, ki je bistveno skrajšala celoten program.

Program regulacije je sestavljen iz štirih omrežjih. V prvem omrežju se nahaja PID – regulator,

ki priskrbi vrednost »PID_izhod«. V drugem omrežju se vklopi elektromotor in izklopi obtočni

ventil. V tretjem in četrtem omrežju se izvaja premikanje roke navzgor ali navzdol v odvisnosti

od izhoda regulatorja. Vsebino prvega in drugega omrežja prikazuje slika 4.23.

Slika 4.23: Regulacija omrežje 1 in 2

Blok PID – regulatorja ima pet vhodov in pet izhodov. Najpomembnejša vhoda sta

»fSetPointValue« in »fActualValue«, ki predstavljata želeno vrednost in dejansko vrednost. V

našem primeru sta to vrednosti na potenciometrih. Vhoda »FManSyncValue« in »bSync«

služita za spreminjanje notranjega stanja regulatorja, kar ni bilo uporabljeno. »EMode«

predstavlja način delovanja bloka, pri čemer smo izbrali aktivno delovanje. »Stparams« pa je

skupek več parametrov regulatorja. Parametri so čas izvajanja zanke, čas klicanja bloka,

ojačenje regulatorja Kp, čas integracije Tn, čas odvajanja Tv, čas iznihavanja Td ter spodnja in

zgornja meja izhoda. Zraven izhoda iz regulatorja so prisotni še štirje izhodi, ki so namenjeni

prikazovanju morebitnih napak, ki lahko nastanejo v regulatorju. Definicijo vhodov in izhodov

regulatorja prikazuje slika 4.24.


27

Slika 4.24: Definicija vhodov in izhodov PID regulatorja

V tretjem delu programa poteka postopek za spuščanje dvižne roke. Najprej preverimo, če je

vrednost na izhodu regulatorja manjša od nič. To velja, kadar je dejanski kot večji od želenega,

kar pomeni, da se roka nahaja previsoko in jo je potrebno spustiti. Nato se, dokler je temu

pogoju zadoščeno s pomočjo tuljav vklopita izhoda »enable« in »dithering« ter se izklopi izhod

»reset«. Ker so vrednosti tipa »boolean« zabeležene kot »TRUE« oz. »FALSE«, je potrebna

pretvorba v celoštevilsko aritmetiko, da dobimo vrednosti 0 ali 1. Nato to vrednost

pomnožimo z vrednostjo »PID_izhod« ter uporabimo linearno funkcijo za pretvorbo iz

proženja v procentih v vrednost, ki se zapiše na ventil. Vendar moramo vrednost najprej

pomnožiti z -1 da dobimo pozitivno vrednost, ki jo lahko zapišemo na ventil. Opisan sistem s

primerjanjem in množenjem predstavlja prirejen »IF« stavek. Tretje omrežje bloka za

regulacijo prikazuje slika 4.25.

Slika 4.25: Regulacija omrežje 3


28

Četrti del programa je sestavljen po enakem principu kot tretji del. Vendar gre tukaj za

dviganje roke v primeru, ko je vrednost na izhodu regulatorja večja od nič. To v praksi pomeni,

da je želen kot večji od dejanskega in je potreben pomik navzgor. V tem delu ni bilo potrebno

pomnožiti vrednosti izhoda regulatorja z -1, saj so vrednosti samo pozitivne. Vsebino četrtega

omrežja prikazuje slika 4.26.

Slika 4.26: Regulacija omrežje 4


29

5 HMI ZASLON

HMI zaslon predstavlja vmesnik med uporabnikom in sistemom. V našem primeru poteka le

enosmerna komunikacija. To pomeni, da preko zaslona zgolj spremljamo dogajanje v sistemu,

vendar pa na njega ne moremo vplivati.

Za prikaz delovanja sistema sta bila uporabljena dva različna indikatorja. Signalna luč je

namenjena prikazovanju binarnih sprememb. Prikazovalnik s skalo pa prikazovanju številčnih

sprememb. Izgled HMI zaslona prikazuje slika 5.1.

Slika 5.1: Izgled HMI zaslona

Vizualizacija je razdeljena na tri dele: na prikazovanje stanja, prikazovanje položaja in

prikazovanje režima vodenja. Prikaz stanja je izveden s tremi signalnimi lučmi, ki prikazujejo,

če sistem deluje, miruje ali pa je v stanju zasilnega izklopa. Prikaz položaja predstavlja

prikazovalnik s skalo, ki je vezan na spremenljivko »dej_proc«. Ta skala prikazuje kot zasuka

dvižne roke v procentih. Prikaz režima se deli na diskretno vodenje, zvezno vodenje in

regulacijo. Vsak izmed režimov ima signalno luč, ki nam pove kateri režim vodenja se trenutno

izvaja. Diskretno vodenje ima še dve dodatni signalni luči, ki označujeta pomikanje roke


30

navzgor ali navzdol. Zvezno vodenje ima prikazovalnik s skalo, kjer lahko opazujemo

spreminjanje hitrosti v procentih. Prikazovalnik je vezan na spremenljivko »prozenje«, kar

pomeni da negativne vrednosti predstavljajo pomik navzdol in pozitivne pomik navzgor.

Zaprtozančno vodenje ima prav tako prikazovalnik s skalo, le da ta prikazuje želen kot v

odstotkih. Pri regulaciji je potrebno spremljati sledenje kazalca želenega kota kazalcu

dejanskega kota.


31

6 DELOVANJE SISTEMA

Zasnovali smo projekt za opazovanje spremenljivk s pomočjo TwinCAT 3 Scope. Posneli smo

delovanje funkcije za pretvorbo vrednosti na krmilni palici v vrednost proženja. Kar prikazuje

slika 6.1.

Slika 6.1: Odvisnost proženja od krmilne palice

Prav tako smo posneli kako različne vrednosti parametrov regulatorja vplivajo na izhod oz. na

dejanski kot. Modra barva prikazuje vrednost dejanskega kota, rdeča barva pa vrednost

želenega kota. Na abcisni osi je prikazan čas v sekundah, na ordinatni osi pa vrednost kotov v

procentih.


32

Slika 6.2 prikazuje odziv, pri katerem je onemogočeno doseči najnižjo točko zaradi prevelikega

vpliva diferencialnega člena in prevelikega vpliva integralnega člena.

Slika 6.2: Nastavljanje parametrov regulatorja 1

Slika 6.3 prikazuje odziv, pri katerem se pojavi velik prenihaj in dolg umiritveni čas, kar je

posledica prevelikega vpliva diferencialnega in integralnega člena.



33

Slika 6.4 prikazuje odziv, pri katerem smo zmanjšali vpliv diferencialnega člena in povečali vpliv

integralnega člena, pri čemer se je zmanjšal umiritveni čas in prenihaj.


Slika 6.5 prikazuje odziv, pri katerem smo povečali vpliv diferencialnega člena in dosegli

nestabilnost sistema oz. pogojno stabilnost saj izhod oscilira.



34

Slika 6.6 prikazuje odziv pravilno konfiguriranega regulatorja, kar smo dosegli z metodo

poskusov in napak. Pri tem smo si delno pomagali z metodami za nastavljanje parametrov.

Slika 6.6: Odziv pravilno konfiguriranega regulatorja


35

7 ZAKLJUČEK

Pri odprtozančnih načinih vodenja so bili doseženi vsi zastavljeni cilji. Oba načina jasno

prikazujeta svoj namen. Spreminjanje hitrosti pri zveznem vodenju je razvidno s prostim

očesom, kljub temu da sistema nismo obremenili. Ob dodani masi bi bile razlike morebiti še

bolj razločne.

Na težave smo naleteli pri zaprtozančnem vodenju iz več razlogov. Sistem pri velikih

spremembah ni dovolj odziven, kar je posledica omejene hitrosti hidravličnega valja. Omejuje

nas namreč največji možni pretok, ki ga lahko proizvede črpalka. Prav tako se je pojavil

nepričakovano velik odzivni čas, približno 0,5 s. Razlog za ta zamik se nahaja v

proporcionalnem elektromagnetu in stick – slip učinku. Proporcionalni elektromagnet, ki se

nahaja na ventilu, ima določen čas preklopa, ki ga ne moremo odpraviti. Vrednost, ki jo

moramo poslati ventilu, da le ta omogoči najmanjši možni pretok, znaša kar tretjino največje

vrednosti. Razlog za to je pozitivno prekritje drsnika v ventilu, saj kot omenjeno, gre za običajni

ventil opremljen s proporcionalnimi magneti. V hidravličnem valju se je prav tako pojavil stick

– slip učinek, ki zakasni reakcijski čas valja in s tem pripomore k zamudi. Če bi zamenjali

prirejen navadni ventil z drsnikom za proporcionalni ventil, bi najverjetneje lahko regulacijo

izvajali bolj učinkovito. Prav tako so se pojavile razlike v velikosti zasuka v različnih območjih

valja. Razlog za to je nesorazmernost kota zasuka in pomika valja. S pomočjo regulatorja

namreč spreminjamo hitrost in trajanje pomika in s tem dolžino pomika. Na vhodu regulatorja

pa ne primerjamo želenih dolžin pomika, ampak kote zasuka, kar ima za rezultat

neenakomerno regulacijo. Iz tega razloga bi morali uporabiti pretvorbo iz kota v pomik glede

na podatke prikazane na Slika 2.6.

Kljub temu krmiljenje namenske dvižne naprave omogoča vse različne načine vodenja, kar

pomeni, da je bil zastavljen cilj dosežen.


36

8 VIRI

[1] Hawe. Direct current compact hydraulic power pack type NPC. (marec 2014). Hawe

Hydraulik. Dosegljivo: http://downloads.hawe.com/7/9/D7940-en.pdf [Datum dostopa:

1.8.2017].

[2] M. Rodič. Regulacije – uvod. (4.10.2016). Moodle, Regulacije. Dosegljivo:

https://estudij.um.si/pluginfile.php/312226/mod_resource/content/4/reg_10_PIDreg.pdf

[Datum dostopa: 10.7.2017].

[3] M. Rodič. Regulacije – PID regulatorji. (8.12.2016). Moodle, Regulacije. Dosegljivo:



[4] C. Fendre. Regulacijski algoritmi. (13.10.2004). Dosegljivo:

ftp://ftp.scv.si/vss/cveto_fendre/RVP_Informatika/RVP2_predavanja_3.doc [Datum dostopa:

10.7.2017].

[5] Wikipedia, PID Controller [splet], Dosegljivo: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller


[6] D. Dolinar, "Izvedba korekcijskih členov - regulatorjev", v Dinamika linearnih sistemov in

regulacije: let. 2006. Maribor: FERI, 2006, str. 239-248.

[7] R. Svečko, "PID REGULATOR", v DISKRETNI REGULACIJSKI SISTEMI: let. 2003. Maribor:

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2003, str. 305-331.

[8] Beckhoff, Structured Text ST [splet], Dosegljivo:

https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/tc3_plc_intro/90071993

90802571.html&id=366170221893129348 [Datum dostopa: 25.6.2017].

[9] Beckhoff, Instruction List – IL [splet], Dosegljivo:


1.html&id= [Datum dostopa: 25.6.2017].

[10] Beckhoff. IL example. Beckhoff Information System. Dosegljivo:

https://infosys.beckhoff.com/content/1033/tc3_plc_intro/Images/png/136691595__Web.p

ng [Datum dostopa: 1.8.2017].

[11] Beckhoff, Function Block Diagram – FBD [splet], Dosegljivo:



http://downloads.hawe.com/7/9/D7940-en.pdf



ftp://ftp.scv.si/vss/cveto_fendre/RVP_Informatika/RVP2_predavanja_3.doc

https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/tc3_plc_intro/9007199390802571.html&id=366170221893129348


https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/tc3_plc_intro/135987851.html&id

https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/tc3_plc_intro/135987851.html&id

https://infosys.beckhoff.com/content/1033/tc3_plc_intro/Images/png/136691595__Web.png





37

[12] Beckhoff. FBD example. Beckhoff Information System. Dosegljivo:



[13] Beckhoff, Ladder Diagram – LD [splet], Dosegljivo:



[14] Beckhoff. LD example. Beckhoff Information System. Dosegljivo:



[15] Beckhoff, CFC – Continuous Function Chart – Language [splet], Dosegljivo:



[16] Beckhoff. CFC example. Beckhoff Information System. Dosegljivo:



[17] Beckhoff, SFC – Sequential Function Chart [splet], Dosegljivo:



[18] Beckhoff. SFC example. Beckhoff Information System. Dosegljivo:



[19] Beckhoff. Documentation EL2535. Dosegljivo:

https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/el2535en.pdf


[20] R. Karba, G. Karer, J. Kocjan, T. Bajd, M. Žagar Karer, Terminološki slovar avtomatike.

Ljubljana: ZRC SAZU, Inštitut za slovenski jezik Frana Ramovša, 2014.















https://download.beckhoff.com/download/document/io/ethercat-terminals/el2535en.pdf

Documents

ODPRTOZANČNO IN ZAPRTOZANČNO VODENJE DVIŽNEGA …