Система за самообучение с мек PLC Автоматична оптимизация на задвижването; Автоматизация;
12 май 2006 г., 14:07 ч. | Филип Дьорделман и Маркус Лауци
Инструментът, описан тук, постига добро сближаване на оптимума за относително кратко време за изпитване и също така показва възможностите, които съвременните системи за управление могат да предложат във връзка с задвижващи модули. Представената тук автоматизирана оптимизация на задвижването прави бъдещето на самообучаващите се задвижващи системи малко по-осезаемо.
Инструментът, описан тук, постига добро сближаване на оптимума за относително кратко време за изпитване и също така показва възможностите, които съвременните системи за управление могат да предложат във връзка с задвижващи модули. Представената тук автоматизирана оптимизация на задвижването прави бъдещето на самообучаващите се задвижващи системи малко по-осезаемо.
Преобразуването на производствен цех за автоматизирано сглобяване на малки части в големи количества изисква, в допълнение към механичното преобразуване, значително количество време при рестартиране чрез повторно параметризиране и повторно оптимизиране на основните задвижващи системи. Причините са различни пътища на движение и движещи се маси, които са извън обхвата на здравина на задвижващото управление.
Следователно целта на разследването беше да се намерят критерии за оптимизация, които могат да се използват в стандартна архитектура на управление при производствени условия и които до голяма степен автоматизират задачите за оптимизация. Програмата за оптимизация, разработена от тези изисквания, оценява независимо управляващото поведение на серво задвижванията - в този случай ротационни и линейни директни задвижвания във връзка с мек PLC (Програмируем логически контролер) - и независимо определя оптимален набор от параметри за контролера въз основа на посочените критерии за оптимизация. Обменът на данни между Soft-PLC и задвижващите модули се осъществява чрез затворения оптичен пръстен на "Sercos Interface".
Система, съставена от стандартни компоненти
Автоматичната оптимизация на задвижването е разработена във връзка със сглобката „Ecodrive“ на Bosch-Rexroth/Indramat, но за това могат да се използват и други сглобки. Предварителното условие е възможността за достъп до всички параметри на контролера чрез полевата шина на Sercos интерфейс и да ги променя по целеви начин. С този модул двигател с въртящ момент и линейно директно задвижване се управляват чрез интерфейса на Sercos. Алгоритъмът за оптимизация е реализиран в "C" и капсулиран във връзка с PLC контрола, за да бъде независим от това, да не натоварва времето на цикъла му и освен това да може да използва разнообразния, особено математически, функционален обхват на "C" среда. Системата TwinCAT от Beckhoff е използвана като PLC управление на по-високо ниво на индустриален компютър (Фиг. 1, [1]). TwinCAT се състои от PLC ядро за контрол на последователността от по-високо ниво и NC контрол за контрол на движението.
Фигура 1. Алгоритъмът за автоматична оптимизация на задвижването осъществява достъп до контура за управление на позицията и неговите характерни стойности чрез интерфейса ADS (Automation Device Specification).
Автоматизирана оптимизация
Днес параметрите на контролера се оптимизират в повечето случаи с помощта на ръчни, емпирични методи за оптимизация. В случай че параметрите на контролера, определени чрез измерване, могат да бъдат преобразувани в параметри, представени от задвижващата технология, се използват правилата за настройка на Ziegler-Nichols. Ако преобразуването не е възможно, параметрите се оптимизират с помощта на стъпковия отговор. Математически методи за изчисление като оптимизация във времевата или честотната област се използват рядко, тъй като подробната информация за поведението на системата за управление, необходима за това, обикновено не е налична. Извършването на емпирични процедури за оптимизация изисква само потребителят да има основни познания по инженерно управление, но процесите на оптимизация отнемат много време. Поради тази причина оптимизацията на параметрите на контролера трябва да бъде автоматизирана. В допълнение към внедряването на обмена на данни със системата за автоматизация на по-високо ниво, това включва преди всичко търсенето на оптимален алгоритъм за оценка.
Изискване за оптимизация
Структурата на контролера на използвания задвижващ модул е реализирана под формата на каскадно управление (PI текущ контролер, PI регулатор на скоростта и P контролер за позиция). Това е и редът, в който трябва да се извърши настройка и оптимизация. Токовият контролер работи с ориентираните към полето стойности на въртящия момент или тока, формиращ полето и не зависи от свързаната механика на машината, а единствено от електрическите параметри на двигателя и задвижващия механизъм. Тези стойности се предоставят от производителя за много комбинации двигател/задвижване. За разлика от тях задвижващите компоненти от различни производители обикновено изискват собствена оптимизация. Тъй като действителните токови стойности не могат да бъдат отчетени с този модул, това е възможно само с помощта на външно измервателно оборудване (токови измервателни скоби). При настройване на регулатора на скоростта и позицията, механичната механика (предавка, инерционни моменти на натоварване и т.н.) също има ефект, което изисква пълната механична структура и предварително оптимизиран контролер на тока да бъдат взети под внимание.
Контролът на скоростта обикновено се оптимизира в режим "контрол на скоростта", а контролът на позицията се оптимизира в режим "контрол на позицията". Тъй като обаче не е възможно да се превключва режимът на работа чрез софтуер с използвания контролер, и двете оптимизации се извършват в режим на управление на позицията (последващ контрол). Това е допустимо, доколкото действителната стойност на скоростта в задвижването се определя чрез диференциране на действителната стойност на положението и по този начин и двата режима на работа работят въз основа на едни и същи сигнали за действителна стойност. За да оптимизира контролера на скоростта, инструментът за оптимизация оценява временните прогресии на зададените стойности на скоростта и действителните стойности, в случай на контрол на позицията, прогресиите на зададените позиции и действителните стойности с помощта на предварително определени критерии за качество.