1 Dogodkovno vodenje pri snovanju logičnih krmilij sistemov Aleš Polič, Karel Jezernik [email protected] www.ro.feri.uni-mb.si AIG’05 Maribor, 7-8 April 2005
Jan 13, 2016
1
Dogodkovno vodenje pri snovanju logičnih krmilij sistemov
Aleš Polič, Karel [email protected]
AIG’05 Maribor, 7-8 April 2005
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 2
Povzetek
Logično krmilje sistemov Petrijeve mreže in matrični opis DDS Zgled
Stroj za razrez materialov z vodnim curkom (PLK) Trifazni pretvornik (DSP, FPGA)
Zaključek
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 3
Motivacija Večji del krmilja sistema zajema obdelavo logičnih veličin v
procesih ter zagotavlja pravilen odziv sistema na procesne pogoje in dogodke Senzorji z logičnimi izhodi (npr. mejna stikala) Aktuatorji z inherentno dogodkovno funkcionalnostjo (npr. motor
s konstantno hitrostjo) Procesi z inherentno dogodkovno dinamiko (npr. koračno krmilje)
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 4
Motivacija Krmilje je najpogosteje implementirano na PLK-jih
Standardizirane metode za programiranje (IEC - 1131) Zahtevno testiranje sistema
Nove smernice v avtomatizaciji Distribuirana inteligentna periferija Softverske rešitve nadomeščajo hardwer Standardizirani pristopi in rešitve
Poiskati način modeliranja logičnih krmilij ki: Omogoča formalen opis in analizo krmilja in procesa Je v skladu z trendi na področju avtomatizacije Je skladen s praktični pristopom vodenju logičnih procesov
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 5
Logično krmilje
Krmilne funkcije Procesi z diskretno ločenimi stanji (npr. vklop, izklop, vrtenje
v levo, ...) Diskretno stanje določa nabor izhodnih signalov za vodenje
aktuatorjev Dogodkovno proženo prehajanje med diskretnimi stanji
(pogoji za prehod ) Prehodni pogoji so določeni z kombinacijo vhodov
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 6
Struktura DDSgrafična predstavitev s pomočjo Petrijevih mrež (PN)
Stanja DES prostori PN (krogi) Dogodki DES tranzicije PN
(pravokotniki) Aktivno stanje DES žeton v prostoru PN Dovoljeni prehodi med stanji usmerjene
povezave
PN so primerne za vizualizacijo DES Nepriročne za analizo in implementacijo
T1
T3T2
P1
P2 P3
T4
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 7
Struktura DESmatrična predstavitev
u – vhodni vektor
1
0;
1m iu u u u
x – vektor dogodkov
1
0;
1n ix x x x
y – izhodni vektor
1
0;
1n iy y y y
System u y
x, m m – vektor stanja
1
0;
1n im m m m
Spremenljivke so zapisane z logičnimi vektorji
Struktura je zapisan z matriko
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 8
S2 30 31 32
T1
T2
T3
T4
T5
1 0 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
0 0 0 0
0 1 0 0
S S S
F
Matrika pogojev Matrika posledic
TM = S -F
Incidenčna matrka
Struktura DESmatrična predstavitev
0( , ), ( , )
1F i j S i j
T1 T2 T3 T4 T5
S2
S30
S31
S32
0 0 0 0 0
1 0 0 0 0
1 0 0 0 0
0 1 1 0 0
S
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 9
Dinamika DESlogične in algebrske enačbe Izbor dogodkov
Rekurzivno osveževanje stanja
( 1) ( ) ( ) ( )k k k T Tm = m + S F x
T1
T3T2
P1
P2 P3
T4u2 u3
u1 u4
( ) ( ) &k k x F m u
u ... Vhodni vektorx ... Vektor dogodkovm ... Vektor stanjaM ... Incidenčna matrikaF ... Matrika pogojevk ... Indeks pojava dogodkov
Označuje boolov skalarni produkt
Omogočeni dogodki Pogoji
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 10
Dogodkovno voden sistemmatrični model Prožilni
dogodkiPogoji Stanje
Discrete-event controller Omogočeni dogodki
m x T1
Discrete-event system
1
T2 Di scre te -event syste m
1
T3 Di scre te -event syste m
1
P1 Discrete-event system
1
P2 P3
( 1) ( ) ( )k k k
T
M F S
m = m + M x
Struktura sistema
T4 Di scre te-event syste m
1
& y
Out
In
u
( ) ( )ex k k F m
uc
xe
VhodiIzhodi
Omogočenidogodki
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 11
Rezalni stroj
HP-pump
Transporter
Pusher
Rollers
Cutting nozzle
Gripper
WorkdeskOutput section
Input section
x-axis
y-axis
Forklift 2
Forklift 1
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 12
Krmilne funkcije
T 1
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
R e a d y t o C u t
S t e p 1
S t e p 2
S t e p 3
T 2
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 4
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 3
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T r a n s p o r t m a t e r i a l ( 1 )
S t o p
F o r w a r d
T 2
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 1
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
D e s k t r a n s p o r t ( 2 )
S t o p
C W
T 3
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 1
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 4
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 2 D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
P u s h e r ( 3 )
C C W S t o p
T 2
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 1
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
U s e r S t a r t / S t o p ( 4 )
O K
T 2 D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 1 D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
S t a r t E r r o r
H a n d l i n g ( 5 )
E r r o r / F a u l t
R e v e r s e
T 3
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
T 4
D i s c r e t e - e v e n t s y s t e m
1
u e c ( 1 , 1 )
u e c ( 1 , 2 )
u e c ( 1 , 3 )
u e c ( 1 , 4 )
u e c ( 2 , 2 )
u e c ( 2 , 1 )
u e c ( 3 , 1 )
u e c ( 3 , 3 )
u e c ( 3 , 2 )
u e c ( 3 , 4 ) u e c ( 4 , 2 )
u e c ( 4 , 1 )
u e c ( 4 , 3 )
u e c ( 4 , 4 )
u e c ( 5 , 2 )
u e c ( 5 , 1 )
Arhitektura(Senzorji in Aktuatorji)
Funkcionalnost(Krmilne funkcije)
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 13
Simulacijski rezultati
Time
1
2
3
4
1
2
3
4
1 1 0
1 0 1, ,
1 1 0
1 0 1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 0 0 1
TStop
TLevo
TDesno
T
u
u
u
u
M m x
u In
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 14
Implementacija Mitsubishi FX1N programirljiv logični krmilnik Grafična pretvorba PN SFC Prostori PN v korake SFC PN Tranzicije PN v tranzicije SFC
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 15
Trifazni pretvornik za ASM
Tokovni regulator Zaščitne in krmilne
funkcije
Tokovni regulator
Zaščita
Krmilje
VhodiIzhodi
Most
Asinhronskimotor
DC link
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 16
Trifazni pretvornikeksperiment
3M
T1 T2 T3
T4 T5 T6
Udc
XilinxSPARTAN
FPGA
T1T2T3T4T5T6
Iref
Iact
Phasecurrents
TMSC320DSP
Enable
A/D
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 17
Trifazni pretvornikrezultati
-10
0
10
Iref
,Iac
t [A
]
0
1
Ena
ble
0
1
Res
et
0
1
RT
O0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
0
1
Fau
lt
Time [s]0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
-3
-2
-1
0
1
2
3
Iact
, Ir
ef [
A]
Time [s]
www.ro.feri.uni-mb.si
AIG’05 Maribor 7-8 April 2005 18
Zaključek
Krmilni algoritem je zapisan s pomočjo matrik in logičnih enačb
Nadomesti običajno programiranje v NUK, FUN ali KON pri PLC-jih asemblersko oz c kodo pri običajnih procesorjih VHDL pri FPGA-jih
Omogoča formalno zasnovo in analizo krmilnih algoritmov