Hardware-in-the-loop (HIL-) simulering

Hva laboppgaven dreier seg om

Hardware-in-the-loop-simulering eller HIL-simulering er å bruke det aktuelle automatiseringssutstyret (f.eks. en industriell PID-regulator eller en PLS eller en prototype av en egenutviklet styringsenhet) til å regulere eller styre en simulert prosess. Simulatoren må da kjøre i sann tid eller i skalert sann tid. En slik simulator er gjerne implementert i en PC. Aktuelle simuleringsverktøy er LabVIEW Simulation Module og Simulink. Hensikten med HIL-simulering kan være testing eller opplæring.

I denne laboppgaven skal dere utføre HIL-simulering der regulatoren er industriregulatoren Fuji PYX5, mens prosessimulatoren skal implementeres i LabVIEWs Simulation Module.

Utstyr

Praktiske opplysninger

Vær 100% sikre på at ledninger koples korrekt. Feilkoplinger kan medføre at utstyr blir ødelagt.

Oppgaver

As a preparation to the lab, read the following parts of the manual before beginning the practical work. (The page number indicated in the text below is the number used in the document, not the page number in Acrobat Reader.)
- Section 5.4 (PYX5/9 Wiring Diagram). Comments:
  - In this controller the measurement signal is assumed a voltage input signal between terminals 16 and 18.
  - The control output signal is a current signal at terminals 13 and 14, cf. the upper figure at page 27. However, since the lab process to be controller in this lab assumes a voltage control signal, a resistor is mounted between terminals 13 and 14. The voltage drop over this resistor is then used at the actual control signal.
- Page 30. Our controller is PYX5.
- Ch. II (Front Panel Layout)
- Ch. III (Operation Procedure), Sections 1, 2, and 3.
- Ch. IV (Setting Input and Output Types).
- Ch. V (Functions): Read about the following functions:
  - Auto-tuning
  - Control function, but only 1. Normal PID Control.
  - Alarm, but do use much time on studying the details about alarm parameters
  - Manual operation
  - Output monitoring
- Ch. VI (Set-Up Parameter):
  - Input filter
  - Control type, but do not care about the fuzzy controller
  - Ouput limits
  - Setpoint value limits
  - Direct/reverse control action
  - Control processing time
Konfigurer regulatoren som angitt nedenfor, jf. Appendix 5: Parameter List i manualen (ikke alle parametrene i App. 5 fins i denne regulatoren). Bruk manualen til å finne informasjon om de enkelte parametrene. Parametrene nedenfor står i samme rekkefølge som i regulatoren.
- LOCK = 3
- OUT1: No setting required.
- MOD = Man (= Manual)
- AT = OFF
- P = 100
- I = 0
- D = 0
- AR = 100 (don't care about the meaning of this parameter)
- MAN = 0
- AL1T = 0001 (an alarm parameter, but don't care about the precise meaning of it)
- AL11 = 90 (don't care)
- A11H = 1 (don't care)
- AL2T = 0002 (don't care)
- AL21 = 10 (don't care)
- A21H = 1 (don't care)
- Loop = 0 (dont care)
- PVT = 4111
- PVF = 100
- PVB = 0
- PVD = 0
- TF = 1.0 (time constant of measurement lowpass filter)
- SFT = 0
- SVH = 100
- SVL = 0
- CTRL = PID
- DT = 0.5 (the effective value of this parameter is 0.5 no matter the value set)
- REV1 = REV
- TC-1 = 2 (this parameter is however not active)
- MV-H = 100
- MV-L = 0
- BURN = 1 (don't care about the meaning of this parameter)
Implementer følgende: PID-regulatoren Fuji PYX5 skal regulere en simulert prosess som kjører i sann tid på PC'en. Regulatoren skal være koplet til den simulerte prosessen via I/O-enheten USB-6008/6009. Prosessen skal være i form av en 1. ordens transferfunksjon med forsterkning 1 og tidskonstant 1 i serie med en tidsforsinkelse på 1 sek. (I en konkret applikasjon kunne det vært en mekatronikk-prosess som skulle simuleres, f.eks. en motor som driver et skriverhode.) Settpunktet kan være 50%. Legg inn en simulert forstyrrelse som skal kunne stilles inn via frontpanelet. Forstyrrelsen skal adderes til pådragssignalet (det er typisk i virkelige prosesser at prosessforstyrrelser angriper prosessen på "samme" sted dynamisk sett som der pådraget virker). Simulatoren skal implementeres i LabVIEW Simulation Module. Tidsskrittet skal være 0,1 sek. Pådraget og prosessutgangen skal plottes i hvert sitt diagram.
Kjør en auto-tuning. Hva blir verdiene av PID-parametrene (Kp, Ti og Td)?
Endre forstyrrelsen f.eks. som et sprang. Observer hvordan PID-regulatoren kompenserer for forstyrrelsen. Klarer regulatoren å bringe prosessutgangen tilbake til settpunktet etter spranget i forstyrrelsen?
Hvordan går det med stabiliteten av reguleringsssystemet dersom prosessens tidsforsinkelse øker?
Hva skjer med reguleringssystemets stabilitet dersom regulatoren settes i direktemodus?

Oppdatert 24.10.06 av Finn Haugen, lærer. E-postadresse: finn@techteach.no.