Samoučiaci sa systém s mäkkým PLC Automatická optimalizácia pohonu; Automatizácia;

12. mája 2006, 14:07 | Philipp Dördelmann a Markus Lauzi

Tu opísaný nástroj dosahuje dobrú aproximáciu optima za relatívne krátky čas testu a tiež ukazuje možnosti, ktoré môžu moderné riadiace systémy ponúkať v spojení s pohonnými zostavami. Vďaka tu prezentovanej automatizovanej optimalizácii pohonu je budúcnosť samoučiacich sa pohonných systémov o niečo konkrétnejšia.

Tu opísaný nástroj dosahuje dobrú aproximáciu optima za relatívne krátky čas testu a tiež ukazuje možnosti, ktoré môžu moderné riadiace systémy ponúkať v spojení s pohonnými zostavami. Vďaka tu prezentovanej automatizovanej optimalizácii pohonu je budúcnosť samoučiacich sa pohonných systémov o niečo konkrétnejšia.

Prestavba výrobného závodu na automatizovanú montáž malých častí vo veľkom množstve vyžaduje okrem mechanickej premeny aj značné množstvo času pri opätovnom spustení prostredníctvom opätovnej parametrizácie a opätovnej optimalizácie základných pohonných systémov. Dôvodom sú rôzne jazdné dráhy a pohybujúce sa hmoty, ktoré sú mimo rozsahu robustnosti ovládania pohonu.

Cieľom vyšetrovania bolo preto nájsť optimalizačné kritériá, ktoré je možné použiť v štandardnej riadiacej architektúre za výrobných podmienok a ktoré do veľkej miery automatizujú optimalizačné úlohy. Optimalizačný program vyvinutý z týchto požiadaviek nezávisle hodnotí správanie sa riadenia servopohonov - v tomto prípade rotačných a lineárnych priamych pohonov v spojení s mäkkým PLC (Programmable Logic Controller) - a nezávisle určuje optimálnu sadu parametrov pre regulátor so špecifikovaným kritériom optimalizácie. Výmena dát medzi Soft-PLC a zostavami pohonov sa uskutočňuje prostredníctvom uzavretého optického kruhu „Sercos Interface“.

Systém zložený zo štandardných komponentov

Automatická optimalizácia pohonu bola vyvinutá v spojení so zostavou „Ecodrive“ od spoločnosti Bosch-Rexroth/Indramat, ale na tento účel je možné použiť aj iné zostavy. Predpokladom je možnosť prístupu ku všetkým parametrom riadiacej jednotky cez zbernicu rozhrania Sercos a ich cielenú zmenu. U tohto modulu boli krútiaci moment a lineárny priamy pohon riadené cez rozhranie Sercos. Optimalizačný algoritmus bol implementovaný v „C“ a zapuzdrený vo vzťahu k riadeniu PLC, aby bol na tomto nezávislý, nezaťažoval jeho čas cyklu a navyše aby mohol využívať rozmanitý, najmä matematický, funkčný rozsah prostredia „C“. Systém TwinCAT od spoločnosti Beckhoff sa použil ako nadradené riadenie PLC na priemyselnom počítači (obr. 1, [1]). TwinCAT sa skladá z jadra PLC pre riadenie sekvencií na vyššej úrovni a NC riadenia pre riadenie pohybu.

systém

Obrázok 1. Algoritmus pre automatickú optimalizáciu pohonu pristupuje k regulačnej slučke polohy a jej charakteristickým hodnotám cez rozhranie ADS (Automation Device Specification).

Automatizovaná optimalizácia

Optimalizácia parametrov regulátora sa vo väčšine prípadov uskutočňuje pomocou manuálnych empirických optimalizačných metód. V prípade, že je možné parametre regulátora určené meraním previesť na parametre predstavované technológiou pohonu, použijú sa pravidlá nastavenia Ziegler-Nichols. Ak prevod nie je možný, parametre sa optimalizujú pomocou krokovej odozvy. Matematické výpočtové metódy, ako je optimalizácia v časovej alebo frekvenčnej doméne, sa používajú zriedka, pretože podrobné informácie o správaní sa riadiaceho systému zvyčajne nie sú k dispozícii. Uskutočnenie empirických optimalizačných procesov vyžaduje iba základné znalosti ovládacieho inžinierstva, ale optimalizačné procesy sú veľmi náročné na čas. Z tohto dôvodu by optimalizácia parametrov radiča mala byť automatizovaná. Okrem implementácie výmeny údajov s automatizačným systémom vyššej úrovne sem patrí predovšetkým hľadanie optimálneho algoritmu vyhodnotenia.

Požiadavka na optimalizáciu

Štruktúra regulátora použitého hnacieho modulu je implementovaná vo forme kaskádového riadenia (PI prúdový regulátor, PI regulátor otáčok a P regulátor polohy). Toto je tiež poradie, v ktorom musí prebiehať nastavenie a optimalizácia. Regulátor prúdu pracuje s poľami orientovanými hodnotami krútiaceho momentu alebo prúdu vytvárajúceho pole a nezávisí od pripojenej mechaniky stroja, ale výlučne od elektrických parametrov motora a výkonového pohonu. Tieto hodnoty dodáva výrobca pre mnoho kombinácií motor/pohon. Naproti tomu komponenty pohonu od rôznych výrobcov zvyčajne vyžadujú vlastnú optimalizáciu. Pretože pomocou tohto modulu nie je možné odčítať skutočné hodnoty prúdu, je to možné iba pomocou externého meracieho zariadenia (prúdové meracie svorky). Pri nastavovaní regulátora otáčok a polohy má vplyv aj mechanika stroja (prevody, momenty zotrvačnej hmotnosti atď.), Čo si vyžaduje zohľadnenie kompletnej mechanickej konštrukcie a vopred optimalizovaného regulátora prúdu.

Regulácia otáčok sa zvyčajne optimalizuje v režime „regulácia rýchlosti“ a regulácia polohy sa optimalizuje v režime „regulácia polohy“. Pretože však nie je možné prepnúť prevádzkový režim pomocou softvéru s použitým regulátorom, obe optimalizácie sa uskutočňujú v prevádzkovom režime riadenia polohy (následná regulácia). To je prípustné, pokiaľ je skutočná hodnota otáčok v pohone určená diferenciáciou skutočnej hodnoty polohy, a teda obidva prevádzkové režimy pracujú na základe rovnakých signálov skutočnej hodnoty. Na optimalizáciu regulátora otáčok optimalizačný nástroj vyhodnocuje časový priebeh požadovaných otáčok a skutočných hodnôt, v prípade riadenia polohy pokrok požadovaných hodnôt a skutočných hodnôt pomocou vopred definovaných kritérií kvality.