VŠB-TU OSTRAVA 2005/2006 Prostředky automatického řízení Úloha č.1 kalibrace snímačů tlaků Jiří Gürtler SN 171
Zadání: 1. Úloha regulace tlaku vzduchu ve vzdušníku. a) Seznamte se s zapojením soustavy a možnostmi přístupu ke konfiguraci této úlohy (lokální přístup a přístup přes sít Internet). b) Nastavte parametry PID regulátoru podle Vámi vybraného kritéria kvality regulace. c) Ověřte funkci regulace ze vzdáleného počítače pomocí Internetového klienta. 2. Úloha ověření a kalibrace tlakových snímačů. a) Proveďte kalibraci vybraného snímače tlaku (referenční snímač tlaku volíte): b) prvního snímače pro jedenáct měřených úrovní a 1 cyklus, druhého snímače pro jedenáct měřených úrovní a 2 cykly, třetího snímače pro jedenáct měřených úrovní a 3 cykly. Schéma zapojení: Obr.1 Blokové schéma zapojení tlakové soustavy technické prostředky
Obr.2 Logická struktura modulů systém Control Web 2000 tlakové úlohy Teoretický rozbor: Model tlakové soustavy obsahuje tři snímače tlaku. Jeden z nich lze volit jako referenční. Jeho naměřené hodnoty budou posílány do regulátoru. Pomocí regulátoru lze udržovat dle žádané hodnoty konstantní tlak v soustavě. Zbylé dva snímače využijeme v druhé časti měření nazvané ověření měřicích přístrojů. Výstupní napětí ze snímačů je měřeno přístrojem Metex. Z něho pomocí sériové linky se posílají data do počítače, na kterém je spuštěna aplikace vytvořená v systému Control Web 2000. Pomocí DDE komunikace lze data načíst do programu Microsoft Excel, kde se provede jejich vyhodnocení. Úkolem je zjistit odchylky naměřených hodnot testovaných snímačů od snímače referenčního. Výstup tvoří tabulky naměřených hodnot a grafy statických charakteristik. Vytvořená aplikace v systému Control Web se skládat ze dvou modulů. Komunikace mezi nimi je zajištěna po LAN s využitím TCP/IP protokolu. Protože moduly nejsou na sobě závislé, jedná se o spolupracující aplikaci. První modul zajišťuje sběr, řízení a vizualizaci dat. Na druhém modulu poběží HTTP server, pomoci kterého můžeme prezentovat data přes síť Internet. Tento modul je nadřazen prvnímu modulu. To znamená, že v rámci vybraných kanálů, které jsou zpřístupněné lze i z něho řídit modelovou úlohu. Pro prezentaci dat na síti Internet je využita službu WWW pracující čistě na principu požadavek odpověď. Není možné, aby server sám poslal data klientovi např. při změně stavu nějaké veličiny. Vždy o ně musíme požádat. V rámci HTML dokumentu. POPIS REGULACE TLAKU VZDUCHU VE VZDUŠNÍKU Po aktivaci karty Regulace lze provádět regulaci tlaku vzduchu ve vzdušníku, přičemž můžeme měnit žádanou hodnotu a stavitelné parametry PID regulátoru. Regulace je spuštěna tlačítkem Spustit regulaci. Při spuštění kalibrace se nám toto tlačítko stane nedostupným. Regulace je potom řízená algoritmem pro měření dat. V rámci této úlohy si uživatel může vyzkoušet chování regulátoru při změně jeho parametrů. Průběh žádané a regulované veličiny je zobrazen ve vykreslovaném grafu. Regulace se provádí vždy podle snímače, který je v kartě Konfigurace vybrán jako etalon. Tato úloha je také přístupná ze vzdáleného počítače, na kterém se aplikace v systému Control Web spouští jako druhá. Zároveň je zde umístěn HTTP server pro zpřístupnění úlohy přes sít Internet. Pro ovládání regulace z jakéhokoliv místa musíme v prohlížeči zadat IP adresu vzdáleného počítače.
Obr.3 Karta Regulace KOMUNIKACE MEZI POČÍTAČI PO LOKÁLNÍ SÍTI Spojení několika aplikací systému Control Web 2000, které běží na různých počítačích umožňuje TCP/IP ovladač. Ovladač se funkčně skládá ze dvou části. První část je ta, která poskytuje data pro jiné aplikace server. Druhou část tvoří klient, který komunikuje se serverem. Obecně se dá říci, že veškerou komunikaci vyvolává klient. Požadavky na čtení nebo zápis kanálů od aplikace na straně klienta se transformují na požadavky pro daný server. Server požadavek zpracuje a podle potřeby vrátí klientovi data nebo oznámí své aplikaci, že data v něm byla změněna. Server také může poslat ostatním klientům zprávu, že jeho data byla změněna, když do jeho kanálů zapsal jiný klient nebo vlastní aplikace. ZPŘÍSTUPNĚNÍ APLIKACE SÍTI INTERNET Pro zpřístupnění aplikací vytvořených v systému Control Web 2000 z www prohlížeče přes TCP/IP síť je dostupný HTTP server reprezentovaný přístrojem httpd. Klient služby vyšle požadavek na danou informaci k serveru a server informaci vrátí. Virtuální přístroj httpd nezobrazuje přímo data z technologie a nenastavuje datové elementy. Pro načtení nových dat musíme vždy provést obnovení stránky. Data vrácená z HTML formulářů lze promítnout zpět do řízeného procesu. Proces lze prostřednictvím Internetu nejen vizualizovat, ale i modifikovat. Druhá úloha je zaměřena na kalibraci snímačů. V této úloze tedy rozhodneme, zda ověřované snímače vyhovují dané třídě přesnosti. Konfigurace tohoto měření se provádí v okně Kalibrace.
Obr.4 Okno Konfigurace pro zadávání vstupních dat Obr.5 Okno Vizualizace úlohy pro kalibraci testovaných měřidel
Obr.6 HTML stránka zobrazující regulaci tlaku vzduchu ve vzdušníku Postup měření: 1. Nastavte podle vybraného kritéria parametry regulace tlaku vzdušníku v záložce Regulace. 2. Nastavte parametry v záložce konfigurace dle bodu zadání 2a. Slouží pro zadání vstupních dat nutných pro měření. Pomocí přepínače si můžeme vybrat, které měřidlo budeme používat jako etalon. Protože nemůžeme použít stejný snímač jako etalon i testované měřidlo, v druhém výběru nám patřičné pole zašedne. Jestliže do pole počet testovaných měřidel zadáme číslo dvě, kalibrace se provede pro obě měřidla najednou. Jedním cyklem se rozumí změření hodnot při postupném zatěžování a odlehčování. Zatěžováním se rozumí postupné zvyšování tlaku na jednotlivé měřené úrovně. Odlehčování potom znamená snižování tlaku. Počet cyklů nám udává, kolikrát se tento proces bude opakovat. Doporučeno je zadat maximum = 3. Čím vícekrát se měření opakuje, tím je vyhodnocení přesnější. Počet měřených úrovní nám zase říká, pro kolik hodnot z rozsahu tlaku se bude měření provádět. Doporučeno je zadat maximum = 11. Dále si můžeme zvolit interval pomocí dolní a horní meze tlaku, ve kterém budeme kalibraci provádět. Hodnoty pro jednotlivé měřené úrovně se nám dopočítají samy. Podle těchto hodnot se bude provádět regulace ve vzdušníku (jedná se vlastně o žádané hodnoty jednotlivých úrovní). Tyto hodnoty není vhodné zadávat dle vlastního uvážení. Jestliže máme snímač s rozsahem od 0 do 25 kpa, neznamená to, že tyto hodnoty použijeme jako dolní a horní mez tlaku při kalibraci. Omezení plyne v použitém zařízení kompresoru, který nám neumožní dosáhnout maximální hodnoty. Proto je vhodné nejdříve provést regulaci tlaku pro žádané hodnoty 0 a 25 kpa. Podle průběhu regulované veličiny zjistíme dolní a horní mez tlaku, kterou jsme schopni dosáhnout. Hodnoty jednotlivých úrovní jsou měřeny přístrojem Metex po dosáhnutí ustáleného stavu. Algoritmus testuje průběh regulované veličiny. Jestliže se po určitou dobu nachází v námi určené diferenci ustáleného stavu, změří se hodnoty testovaných měřidel.
3. Nastavte parametry pro výstupní protokol. Kliknutím na tlačítko Zobrazit formulář se nám zobrazí tří kartový formulář vytvořený v programu Excel. Zde zadáváme data pro výstupní protokol. Každá karta reprezentuje jinou sadu údajů. Výjimkou je číslo měřidla, pro které provádíme vyhodnocení. Některé údaje jsou zašedlé a nedají se měnit. Tyto hodnoty se nastavují v systému Control Web 2000. 4. Spusťte úlohu v záložce Kalibrace Zde je provedena vizualizace úlohy ověřování měřicích přístrojů. Po spuštění se nám začne animovat proud vzduchu. Aktivní snímač se pozná podle barevné signalizace a přístroj Metex ukazuje právě měřenou hodnotu. 5. V záložce data pošlete naměřené hodnoty do programu Excel k vyhodnocení. Zobrazí nám naměřená data testovaných měřidel. Pomoci přepínače si vybereme, od kterého snímače budou data poslána. Pro lepší přehlednost jsou hodnoty jednotlivých měřidel barevně odlišeny. V této fázi je ještě skryt program Excel. Zobrazíme ho v minimalizované podobě stisknutím tlačítka Zobrazit. 6. Uložte výstupní protokol Při ukládání výstupního protokolu mějte na paměti, že soubor programu Excel, s kterým pracujete musí zůstat na svém místě a pod původním názvem. Proto ukládání provádějte přes menu Soubor->Uložit jako, kde si určíte svou cestu a název. Výstupní protokol je určen pro jedno testované měřidlo. Naměřené a vypočtené hodnoty budou zapsány do tabulek. Z nich jsou vykresleny grafy statických charakteristik zobrazující závislost naměřených hodnot na zkoušeném měřidle vůči etalonu v ustáleném stavu. Program vypočítá odchylky naměřených hodnot testovaného měřidla od snímače referenčního (etalonu). Dále je vypočtena rozšířená nejistota měření, na jejímž základě se rozhodne, zda jednotlivé měřené úrovně vyhovují dané třídě přesnosti. Na závěr se provede celkové vyhodnocení. Měřicí zařízení je vyhovující, když všechny jeho měřené úrovně vyhovují požadované třídě přesnosti. Podkladem pro tento návod byla diplomová práce [URBIŠ 2002]. Vypracování a závěr: Při této laboratorní úloze jsme se seznámili s kalibrováním tlakových snímačů v prostředí Control Web 2000. Naučili jsme se tuto úlohu v prostředí Control Web 2000 ovládat a všechna naměřená data jsme exportovali do programu MS Excel, parametry regulátoru jsme dle zadání neměnili. Provedli jsme kalibraci snímače č.2 a jako etalon nám posloužil snímač č.1, tuto kalibraci jsme provedli postupně 3x a to nejprve pro 10 měřených úrovní v jednom cyklu ( bohužel se nám nepovedl export dat do programu MS Excel, podruhé pro 7 úrovní ve dvou cyklech a potřetí pro 4 úrovně ve třech cyklech. Rozsah tlaků jsme pro všechna měření zvolili 5 20kPa. Třídě přesnosti TP 1 vyhovoval deformační tlakoměr celkem 2x.