Разработка системы автоматического управления на первоначальном этапе занимает довольно много времени, необходимо выполнить много работ до получения конечного результата, чтобы сэкономить время и деньги на проектирование, необходим систематический подход к разработке. Этот проект позволит получить опыт использования системного метода для разработки системы автоматического управления дозированием и передачей металла с начальной стадии.

Проект будет разделен на несколько различных этапов, и каждый этап будет посвящен различным важным задачам. В рамках этого проекта было проведено исследование ПЛК и шаговых двигателей, а затем даны подходящие рекомендации по их выбору. Одной из важных задач этого проекта является разработка прототипа станка и использование компьютера для моделирования прототипа и всей машины в целом, поэтому в этом проекте мы использовали SDL assistant с Matlab для моделирования как прототипа, так и всей машины в целом. Из-за некоторых непредвиденных обстоятельств этот проект не включает в себя реальное программирование ПЛК.

Этот мастер-проект направлен на разработку блока управления, который в дальнейшем может быть разделен на нагревательный блок и блок управления с помощью ПЛК. Для нагревательного блока будут использоваться термопары для определения температуры поршня и передачи информации в блок управления для управления ими. Контроль точности будет составлять 20°C. Для устройства Action действия должны выполняться с помощью шаговых двигателей.

Будет использовано около 6 комплектов шаговых двигателей, точность измерения объема должна быть в пределах 2%. В этой системе очень важен контроль температуры и взаимодействие между различными действиями. Шаговые двигатели будут использоваться для дозирования и перемещения жидкости, но шаговый двигатель не сможет двигаться, если температура поршней будет неправильной. Термопары будут определять температуру нагревательного элемента и передавать данные на блок управления. Если температура ниже заданной, система отопления будет включена, если температура выше заданной, она будет выключена, точность регулирования составляет 2 0С.

В этом оборудовании также необходимо устройство для перемешивания, а также установка для получения энтальпийного материала (ЭЭМ). Таким образом, в этом проекте необходима система управления перемешивающим действием двигателя-мешалки и действиями по получению ЭЭМ (в зависимости от конструкции, окончательное решение не принято).

Параметры двигателя для перемешивания включают скорость перемешивания (об/мин), время перемешивания и т.д.; порядок производства EEM будет определен позже. В рамках проекта также должен быть создан пользовательский интерфейс для системы управления, с помощью которого все параметры могут быть легко установлены или изменены. Основными параметрами будут: температура, объем дозировки (или вес), скорость перемешивания, время перемешивания и т.д.

Цель этого проекта — помочь компании разработать совершенно новую литейную машину, которая использует новые технологии литья, поэтому ей требуется новое автоматическое управление по сравнению с литейными машинами старого типа. Для уровня мастера проект даст опыт разработки всего автоматического блока машины.

Работа над мастер-проектом включает в себя:

1. Выбор подходящих шаговых двигателей в соответствии с требованиями, такими как крутящий момент, линейная скорость, предоставленными компанией, а затем обучение их использованию (около 6 комплектов).

2. Выбор подходящих нагревательных элементов и термопар для нагревательных устройств (около 6 комплектов)

3. Подсчитайте количество управляющих сигналов и затем выберите подходящие ПЛК. Можно использовать несколько ПЛК для управления отдельными блоками.

4. Если это возможно, разработайте испытательную машину для программирования выбранных ПЛК, а затем протестируйте их.

5. Взаимодействие между различными устройствами для обеспечения взаимодействия друг с другом.

6. Выбор подходящих периферийных устройств для системы управления

7. Для дальнейшего обслуживания лучше выбрать все устройства, доступные на текущем рынке.

8. Проект также включает в себя моделирование системы с использованием SDL coordinate в Matlab.

9. К системе следует добавить систему безопасности, чтобы предсказать поведение некоторых ошибок.

Поскольку окончательный дизайн машины еще не завершен, будет сложно определить, какие устройства действительно требуются, но сначала необходимо успешно собрать испытательную машину, которая включает в себя один шаговый двигатель, несколько термопар, один ПЛК и несколько периферийных устройств. Затем расширьте возможности испытательной машины на всю машину целиком. Проект завершится разработкой испытательной машины и моделированием всей системы в целом.

Ограничения

Поскольку в проекте используется новая технология в области литья, большинство компонентов для проектируемого станка необходимо заказывать на заводах, к сожалению, это отнимает много времени. Таким образом, в этот проект не будет включена доработка конечного станка, что означает, что в проекте не будет всего процесса разработки новой системы. Проект будет включать в себя только разработку испытательной машины и моделирование как испытательной машины, так и всего оборудования в целом. В рамках проекта к системе будет добавлена система безопасности, гарантирующая, что машина сможет обнаруживать и даже устранять проблему при возникновении некоторых ошибок во время работы, однако невозможно смоделировать все возможные условия возникновения ошибок. Таким образом, можно смоделировать только некоторые распространенные ошибки и попытаться их устранить, если системе потребуется предсказать другие ошибки, возможно, это потребует дальнейшей работы в будущем.

Основные положения тезиса

В следующем разделе будут описаны теоретические основы, которые покажут теории, которые будут использоваться для поддержки проекта; в третьем разделе будет представлен метод выполнения проекта, который делится на несколько этапов. В четвертом разделе будет описано моделирование SDL и результаты симуляции, а также показано, как использовать SDL для моделирования системы управления PLC, включая реальные машины и сенсорные панели управления, в пятом разделе будут использованы выводы и обсуждение. В шестом и седьмом разделах приведены ссылки, использованные в проекте, и приложение с кодом SDL проекта.

Теоретические основы

Этот проект направлен на разработку абсолютно новой машины, на которую будет применен патент на новую технологию. Для разработки целостной автоматической системы необходимы обширные базовые знания, такие как программирование ПЛК, управление шаговыми двигателями, ПИД-регулирование и т.д. 2.1 ПЛК: ПЛК (Программируемый логический контроллер) на рисунке 2-1 представляет собой цифровой компьютер, используемый для автоматического управления промышленными процессами, который был разработан в 1968-х годах [1]. Также существует множество различных типов схем для промышленных процессов, например, системы реального времени, DCS (распределенная система управления), микроконтроллеры.

Во-первых, короткое время от разработки до выхода на рынок: дизайнерам не нужно разрабатывать печатную плату, им не нужно разрабатывать электрические компоненты, все электрические компоненты, например реле, доступны на рынке, все, что им нужно сделать, это купить их, а затем собрать вместе, чтобы сформировать систему управления.

Во-вторых, хорошая возможность расширения в будущем, для дальнейшего расширения, в отличие от микроконтроллерных систем управления, которые требуют перепрограммирования микроконтроллера, перепроектирования печатной платы и повторной сборки всех компонентов, в системе управления с преобладанием ПЛК (модульный ПЛК) требуется только добавить несколько новых модулей (модули ввода-вывода или функциональные модули), а затем перепрограммировать ПЛК и расширьте сборку некоторых электрических компонентов в новых модулях.

В-третьих, что удобно для технического обслуживания, иногда неисправности оборудования неизбежны, если инженеры обслуживают систему, в которой преобладают микроконтроллеры, при поломке печатной платы они обычно должны выбрасывать всю печатную плату целиком, возможно, включая компоненты на ней, но если это система, в которой преобладают ПЛК, им нужно только заменить новый модуль или процессор на замену старого во-первых, это гораздо проще.

В-четвертых, хорошая гибкость при модификации или перепроектировании в будущем, если проектировщики разрабатывают новую промышленную систему автоматического управления, ПЛК имеют преимущество в модификации и перепроектировании, ничего менять не нужно, требуется только перепрограммировать ПЛК, а затем перемонтировать электрические компоненты.

Конечно, у ПЛК есть свои недостатки. Например, он подходит для управления системами, в которых доминируют процессы обработки данных, но не очень хорош в системах, в которых доминируют процессы обработки данных, другой проблемой должно быть время отклика на взаимодействие с окружающей средой, поскольку работа ПЛК обычно состоит из трех важных этапов: проверка статистики ввода, выполнение программы, обновление статистики вывода [3], см. рис. 2-2, таким образом, например, если основной цикл сканирования ПЛК составляет 300 мс, максимальное время отклика на воздействие окружающей среды составит 600 мс, но в соответствии с требованиями промышленного управления, обычно использующими повторы для управления исполнительными механизмами, такое время отклика является приемлемым. Таким образом, в этом проекте система управления, в которой преобладает ПЛК, будет лучше.

В соответствии с их конструкциями, ПЛК можно разделить на компактные (объединяющие почти все в одном блоке, с хорошей ценой, но плохой возможностью расширения) и модульные (простые в расширении, но дорогостоящие по сравнению с предыдущими). В соответствии с их функциями ПЛК можно разделить на ПЛК низкого класса (доступны только некоторые очень простые функции, например, таймер), ПЛК среднего класса (включают в себя больше функций, таких как ПИД-регулирование) и ПЛК высокого класса (включают в себя мощные функции от математических вычислений до подключения к Интернету).

Разработка и внедрение

Чтобы упростить выполнение проекта, проектный процесс будет разделен на несколько этапов: начало исследования, сбор информации, обзор литературы, моделирование системы, создание прототипа и отчет о результатах. Все этапы будут описаны более подробно в следующих разделах.

Этап начала исследования

В начале исследования необходимо решить несколько вопросов: машина новая или старая? Каких именно действий требует система? Какая система управления лучше подходит для проектирования — ПЛК, микроконтроллеры или что-то еще? Какие знания необходимы для проекта?

Этап сбора информации

На этом этапе ит-отдел должен найти способы сбора информации, необходимой для проектирования; как правило, это можно сделать через Интернет или связавшись с поставщиками электронных компонентов.

Этап изучения литературы

Здесь роли включают в себя понимание того, как управлять шаговыми двигателями с помощью ПЛК, как контролировать температуру с помощью термопар с помощью ПЛК и как осуществлять ПИД-регулирование, включая, конечно, программирование ПЛК, которые уже были выбраны.

На этом этапе мы сосредоточимся на изучении того, как пользоваться ПЛК, как программировать ПЛК, как управлять шаговыми двигателями с помощью ПЛК и ПИД-регулятора, будет лучше, если на каждом этапе будут использоваться некоторые материалы, если у вас недостаточно опыта их использования, а также моделирование и симуляция системы с использованием SDL. Использование ПЛК для управления электрическими или механическими блоками является наиболее распространенным и популярным среди всех методов из-за его гибкости и простоты в освоении неквалифицированными работниками.

Чтобы сэкономить деньги, необходимые для изменения конструкции, а также ускорить выполнение проектов до транспортировки ПЛК, для ПЛК доступно множество различных инструментов моделирования. например, PLCSIM tool[14], CX-SIM1.3[15], GX-simulator C и так далее, но у всех этих программ для моделирования есть проблемы, во-первых, они несовместимы друг с другом, PLCSIM используется Siemens PLC, но не может быть использован в других, таких же, GX-simulator-C используется ПЛК MITSUBISHI, не совместимым с другими, другая проблема заключается в том, что все программное обеспечение для моделирования ПЛК имитирует только внутри ПЛК, они не включают реальную машину, программист может вводить только некоторые сигналы, а затем выяснять, как насчет ПЛК, которые они используют, выводя данные в соответствии с их программированием на ПЛК.

Процессы, связанные с целыми машинами, невидимы, это моделирование ПЛК может только подтвердить, что ПЛК могут работать так, как требуется системам, но трудно убедиться, что вся система может работать так, как вы хотите. По причинам, упомянутым выше, проект попытается разработать систему моделирования на системном уровне, а не на уровне ПЛК, как моделирование поведения ПЛК, так и моделирование поведения реальной машины должны быть включены в системное моделирование и симуляцию, доступно множество программного обеспечения, такого как SDL, SystemC и MatLab, все эти программы можно использовать для моделирования на уровне на системном уровне SDL хорош в дискретной сигнальной системе и системе, в которой доминирует управление, MatLab идеален в системе, в которой доминируют процессы обработки данных, SystemC хорош в системе, в которой доминирует коммуникация, Пер Бьюриус и др.[16] предлагают методологию проектирования, которая называется MASCOT, для объединения моделирования SDL с моделированием Matlab, П.КОСТ и др.[17] также представляют подход к разработке кода с использованием SDL и Matlab. В этом проекте ПЛК — это система, в которой доминирует управление, поэтому достаточно моделирования на SDL. Поэтому для моделирования системы будет использоваться SDL.

Этап моделирования системы

Моделирование системы необходимо, потому что оно может дать проектировщикам представление о том, как работает система, это может сэкономить деньги и время на тестировании того, что они разрабатывают, проект будет использовать SDL для моделирования системы, SDL хорош в моделировании систем, в которых доминируют управляющие сигналы, но плох в обработке сигналов, Matlab — в качестве помощника программное обеспечение должно использоваться для отображения результатов ПИД-контроля проекта.

На самом деле это две фазы — фаза моделирования системы и фаза разработки тестовой машины, но лучше выполнять их одновременно, потому что обе они могут влиять друг на друга, с помощью моделирования системы проектирование может заранее изменить некоторые ошибки, оно может предсказать проблему на машине.

Разработка испытательной машины необходима, когда машина довольно сложная, это может сэкономить время и деньги на изменении конструкции, если проблема в проекте может возникнуть в испытательной машине, в проекте разрабатывается испытательная машина, включающая только один шаговый двигатель и две термопары для управления, целью этой машины является тестирование целесообразность проектирования машины, если некоторые материалы могут выдерживать довольно жесткие условия эксплуатации без каких-либо повреждений или утечек, в то же время это также дает представление о том, как использовать ПЛК для управления шаговыми двигателями и как использовать встроенный в ПЛК ПИД-регулятор для контроля температуры.

Для моделирования системы используется SDL, поскольку это очень хороший язык спецификации и описания системы, он очень подходит для моделирования системы, в которой доминирует управление. Matlab будет вспомогательным программным обеспечением для отображения результатов моделирования системы, связанных с контролем температуры.

После того, как моделирование системы и испытательная машина будут работать хорошо, проектирование на испытательной машине и моделирование системы могут быть расширены до всей системы, чтобы разработать полностью машину, к сожалению, время ограничено, поэтому для основного проекта мы остановимся только на испытательной машине и моделировании всей системы, вся реальная разработка машины будет продолжена. после этого проекта в качестве будущей работы.

Фаза создания прототипа

На этапе создания прототипа основное внимание уделяется сборке тестовой машины, которая может выполнять часть важных действий, предусмотренных требованиями проекта, но не все, если тестовая машина может выполнять то, что требует система, без каких-либо ошибок, то она может расширить тестовую машину до целого устройства, создание прототипа может упростить проектирование и сэкономить много денег и времени уходит на поддержание и модификацию довольно сложной системы.

Этап составления отчета о результатах

После разработки и моделирования испытательной машины, а также всего процесса моделирования машины в целом необходимо подготовить отчет.

Заключение и обсуждения

Проект дает возможность получить опыт разработки системы управления из исходного состояния. Это очень трудоемкий процесс, необходимо проделать большую работу, прежде чем достичь результата, например, собрать информацию, изучить рынок и так далее.

Таким образом, чтобы сэкономить время и ресурсы, необходим систематический подход к процессу проектирования, который должен разделять проектирование системы на несколько различных этапов, на каждом из которых выполняется разная работа, это может дать дизайнерам более целенаправленный и игровой подход к разработке системы проектирования, в этом случае она будет разделена на начало этапы исследования, сбора информации, обзора литературы, моделирования системы, создания прототипа и отчета о результатах — на каждом этапе необходимо выполнить какую-то особую работу, это облегчает мне выполнение проекта.

Конечно, разделение фаз не является фиксированным; должен быть лучший способ спланировать проектирование. Каждую фазу также можно разделить на более детализированную и более целенаправленную подфазу, это может стать частью будущей работы по данному проекту. Будущие работы также включают добавление дополнительных схем безопасности в систему и завершение всей реальной машины. Этот проект также доказывает, что можно использовать SDL для моделирования системы управления ПЛК, включающей все компоненты, программное обеспечение SDL хорошо справляется со спецификацией и описанием дискретных сигналов, но непрерывный сигнал, такой как сигнал термопары, также можно моделировать с помощью SDL.