H_Juszka i in - Sterowanie logiczne z regulacja PID.pdf - PLC II - amok10

Problemy Inżynierii Rolniczej nr 1/2011

Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Grzegorz Haczyk

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Katedra Energetyki i Automatyzacji Procesów Rolniczych

STEROWANIE LOGICZNE Z REGULACJĄ PID

PODCIŚNIENIEM W APARACIE UDOJOWYM 1

Streszczenie

Przedstawiono system regulacji podciśnienia ssącego w aparacie

udojowym regulatorem PID. System sterowania oblicza wartość re-

gulowanego podciśnienia ssącego (wartość zadana dla regulatora

PID), zależną od natężenia wypływu mleka ze strzyka krowy. Algo-

rytm sterujący zaprogramowano w programie CoDeSys na sterow-

niku PLC Moeller. Wyniki badań doświadczalnych wykazały po-

prawną logikę działania systemu sterowania.

Słowa kluczowe: aparat udojowy, regulacja podciśnienia, sterow-

nik PLC

Wstęp

Relacja podciśnienia w komorze podstrzykowej kubka udojowego z natęże-

niem wypływu mleka z ćwiartki wymienia krów znacząco wpływa na ilość

i jakość pozyskiwanego mleka. Stanowi ona podstawę automatycznego ste-

rowania autonomicznym aparatem udojowym, którego zadaniem jest dosto-

sowanie parametrów doju maszynowego do cech osobniczych krów [Juszka,

Tomasik 2005].

Wartość i stabilizacja podciśnienia w aparacie udojowym mają decydujący

wpływ na przebieg procesu doju krów i odgrywają znaczącą rolę w jego do-

skonaleniu, ponieważ regularne i nieregularne wahania podciśnienia, powo-

dujące nagłe zmiany przepływu powietrza w instalacji udojowej, są dużym

zagrożeniem dla ogólnego stanu zdrowia wymion krów [Szlachta, Wiercioch

1988].

W Katedrze Energetyki i Automatyzacji Procesów Rolniczych Uniwersytetu

Rolniczego w Krakowie trwają prace nad autonomicznym aparatem udojo-

wym o nowej konstrukcji kolektora z niezależnymi pomiarami natężenia wy-

pływu mleka z każdego strzyka i rozdziałem podciśnienia transportowego od

ssącego [Juszka i in. 2007].

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2008–2011 jako projekt badaw-

czy N N313 154435.

Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Grzegorz Haczyk

Celem pracy było opracowanie aplikacji sterującej podciśnieniem ssącym

w autonomicznym aparacie udojowym za pomocą sterownika mikroproceso-

rowego PLC z algorytmem regulacji PID.

Program sterujący podciśnieniem w kolektorze udojowym

Program CoDeSys służy do programowania sterowników mikroprocesoro-

wych i umożliwia zastosowanie niestandardowych bloków funkcjonalnych,

zawierających m.in. logikę rozmytą. Oprogramowanie CoDeSys zgodne z IEC

61131-3 umożliwia użytkownikowi tworzenie programów za pomocą sche-

matu drabinkowego (LD), bloków funkcjonalnych (FDB), listy rozkazów (IL),

tekstu strukturalnego (ST) i sekwencyjnego schematu funkcjonalnego (SFC).

CoDeSys ma narzędzie do wizualizacji, które umożliwia tworzenie grafiki obiek-

towej oraz jej animację sterowaną zmiennymi. Zmienne mają format zgodny

z IEC 61131-3 [Kwaśniewski 1999].

Algorytm programu (rys. 1) wyznacza sygnał zadanego podciśnienia ssące-

go w zależności od sygnału analogowego z czujnika natężenia wypływu

mleka ze strzyka. Na początku zostały zdeklarowane wszystkie zmienne,

niezbędne do wykonywania zadań w programie. W skład zmiennych wcho-

dzą również zmienne bloku funkcjonalnego regulatora PID (rys. 2). Aby sko-

rzystać z algorytmu regulacji PID należy z bibliotek programu CoDeSys wy-

brać bibliotekę util.lib (regulatory), w skład której wchodzi m.in. regulator

PID. Zmienna ACTUAL stanowi wartość rzeczywistą wielkości regulowanej

(podciśnienia ssącego). Do zmiennej SET_POINT przypisano wartość pod-

ciśnienia w komorze podstrzykowej, obliczoną na podstawie chwilowego

natężenia wypływu mleka z ćwiartki wymienia krowy. Współczynniki KP, TN

i TV są odpowiedzialne za charakterystykę reakcji regulatora na wartość błę-

du regulacji.

Analiza pracy programu regulacji podciśnienia

Analiza pracy programu składała się z dwóch etapów. W pierwszym etapie

sprawdzono logikę działania samego programu oraz doświadczalnie wyzna-

czono charakterystyki statyczne regulatora PID dla określonych jego nastaw.

W drugim etapie przeprowadzono kontrolę rzeczywistego programu sterują-

cego pod kątem dynamiki jego pracy oraz stabilizacji podciśnienia wokół

wartości zadanej.

Pulpit sterowania regulatorem PID (rys. 3) umożliwia podgląd wartości za-

dawanej podciśnienia w komorze podstrzykowej autonomicznego aparatu

udojowego, wyznaczanej przez inny algorytm programu [Juszka i in. 2007].

Dodatkowo jest wyświetlana aktualna wartość podciśnienia, mierzona przez

czujnik umieszczony w komorze podstrzykowej. Dla wygody obsługi wpro-

wadzono możliwość zadawania parametrów współczynnika proporcji, czasu

całkowania oraz czasu różniczkowania.

Sterowanie logiczne z regulacją PID podciśnieniem...

Źródło: opracowanie własne.

Rys. 1. Program sterujący regulacją podciśnienia w autonomicznym aparacie udo-

jowym: a) wykaz zmiennych, b) algorytm programu

Henryk Juszka, Marcin Tomasik, Stanisław Lis, Grzegorz Haczyk

IF_container_A < 50

THEN valve_closing_D:= TRUE;

ELSE valve_closing_D:= FALSE;

END_IF

PROGRAM PLC_PRG

VAR

container: UINT;

container_A: UINT;

container_B: UINT;

filling_counter AT %MB10: BYTE;

valve_closing_A AT %QX0.0: BOOL;

valve_closing_C AT %QX0.3: BOOL;

valve_closing_B AT %QX0.1: BOOL;

valve_closing_D AT %QX0.2: BOOL;

valve_opening_A AT %QX0.3: BOOL;

valve_opening_B AT %QX0.2: BOOL;

valve_opening_C AT %QX0.0: BOOL;

valve_opening_D AT %QX0.1: BOOL;

Underpressure_converter: BYTE;

Summating_node: BYTE;

Assignating: BYTE;

Valve: BYTE;

Qm: BYTE;

p: BYTE;

PID controller: PID;

Current value: REAL;

Assigned value: REAL;

Coefficient: REAL;

Time_1: DWORD;

Time_2: DWORD;

Offset: REAL;

Minimum: REAL;

Maximum: REAL;

VariableBool_1: BOOL;

VariableBool_2: BOOL;

Result: REAL;

Exceedance: BOOL;

Overfilling: BOOL;

END_VAR

IF container_B > 50

THEN valve_closing_D:= TRUE;

ELSE valve_closing_D:= FALSE;

END_IF

Underpressure_converter:=1;

Summating_node:= p - Underpressure_converter;

Qm:= 1*2;

IF Qm > 0.0008 THEN (*assigned intensity kg/s*)

p:= 67; (*assigned absolute pressure, kPa*)

ELSE

p :=58; (*assigned absolute pressure, kPa*)

END_IF

Current value:= 30;

(*Assigned value:=2 ;*)

(*Coefficient:=1.8; (*P*)*)

(*Time_1: 50; (*I*)*)

(*Time_2: 100 ; (*D*)*)

Minimum:=0.0;

Maximum:=100;

PID controller(

ACTUAL:= Current value,

SET_POINT:=Assigned value ,

KP:=Coefficient,

TN:=Time_1 ,

TV:= Time_2,

Y_OFFSET :=Offset ,

Y_MIN :=Minimum ,

Y_MAX :=Maximum ,

MANUAL := VariableBool_1 ,

RESET := VariableBool_2 ,

Y=>Result ,

LIMITS_ACTIVE=>Exceedance

OVERFLOW=>Overfilling );

Source: own study.

Fig. 1. Steering programme for vacuum pressure control in autonomic milking appara-

tus: a – specification of variables, b – programme algorithm

Sterowanie logiczne z regulacją PID podciśnieniem...

Źródło: opracowanie własne. Źródło: own study.

Rys. 2. Blok funkcjonalny regulatora PID w programie CoDeSys

Fig. 2. Functional block of the PID controller in CoDeSys programme

REGULATOR PID

PID CONTROLLER

Current value: 30.000000

Wartość zadana: 40.000000

Wartość bieżąca: 30.000000

Assigned value: 40.000000

Źródło: opracowanie własne. Źródło: own study.

Rys. 3. Panel regulatora PID: P – współczynnik proporcji, T i –czas zdwojenia (cał-

kowania), T d – czas wyprzedzenia

Fig. 3. PID controller panel: P – proportion coefficient, T i – doubling (integration)

time, T d – overtaking time

H_Juszka i in - Sterowanie logiczne z regulacja PID.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: