Программное обеспечение системы управления мехатронного модуля управления защитной дверью. 2 лаба. мирэа Российский технологический университет рту мирэа институт искусственного интеллекта Кафедра проблем управления

• Название: мирэа Российский технологический университет рту мирэа институт искусственного интеллекта Кафедра проблем управления
• Анкор: Программное обеспечение системы управления мехатронного модуля управления защитной дверью
• Дата: 23.03.2023
• Размер: 2.72 Mb.
• Имя файла: 2 лаба.docx
• Тип: Лабораторная работа; #1011287

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

__________________________________________________________

Институт искусственного интеллекта

Кафедра проблем управления

ОТЧЁТ
по лабораторной работе №2
«Программное обеспечение системы управления мехатронного модуля управления защитной дверью»
Студенты группы КРБО – 03 – 19
Руководитель работы		Морозов А.А.
Работа представлена на проверку	«__» _____2022г.		___________________

Москва, 2022г.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«Отладка программного обеспечения роботехнических систем с использованием виртуального моделирования»

Цель работы

Получение навыков построения программного обеспечения промышленных систем управления на базе функциональных блоков и конечных автоматов.

Задание

Разработать программное обеспечение системы автоматического управления приводом защитной двери. Схема механизма представлена на рисунке 1. Дверь оснащена асинхронным двигателем и четырьмя датчиками положения ( – ), которые реагируют на пластину, обозначенную крестиком. Открытие и закрытие двери управляется тумблером.

При включении системы управления дверь должна двигаться в заданную сторону на небольшой скорости для определения своего местоположения. В этом режиме необходимо, чтобы индикаторы мерцали с частотой 1 Гц. После чего происходит переход в рабочий режим.

В рабочем режиме обеспечить максимально возможную скорость движения на отрезке , небольшую скорость на отрезках и (для обеспечения безопасности движения). Индикаторы должны показывать местоположение двери.

Система управления ворот должна быть выполнена в виде функционального блока, предполагающего повторное использование.





рисунок 1 – Устройство защитной двери

Выполнение начинается с открытия заархивированного проекта исходной конфигурации, хранящийся в директории “C:\projects\Blank lab\POMRS_2”, распаковав его в папку группы, находящуюся в “C:\projects”. Далее необходимо открыть визуальную конфигурацию оборудования и добавить к имеющимся модуль частотного преобразователя “8I64xxxxxxx.00x-1”, соединив его шиной с основной установкой (рис. 2).



рисунок 2 – Конфигурация оборудования

Реализация проекта в виде функциональных блоков используется для повышения удобства работы с созданным программным обеспечением в дальнейшем, чтобы была возможность использовать нынешние наработки в других программах.

Зададим необходимые параметры для асинхронного двигателя (табл. 1). Они также указаны на самом двигателе или документации к нему.

Для этого необходимо в меню в меню Physical View выбрать частотный преобразователь и в контекстном меню выбрать пункт «Configuration». Результат настройки двигателя показан на рисунке 3.

Таблица 1. Параметры асинхронного двигателя.

Наименование параметра	Название в конфигурационной таблице [eng.]	Заданное значение
Номинальное питающее напряжение двигателя [B]	UNS Rated Motor volt [V]	220
Номинальная питающая частота [0.1 Гц]	FRS Rated motor freq [0.1 Hz]	500
Сопротивление статора [мОм]	RSC Cold Stator resist [mOhm]	33000
Коэффициент мощности	COS Motor 1 Cosinus Phi [0.01]	64
Номинальная скорость вращения двигателя [об/мин]	NSP Rated motor speed [rpm]	890
Номинальный ток [0.1 А]	NCR Rated motor current [0.1 А]	10

рисунок 3 – Конфигурация асинхронного двигателя через частотный преобразователь

Завершив настройку частотного преобразователя, приступаем к созданию необходимых объектов в проекте, а именно:

1. 
   ANSI C Program;
   
2. 
   ANSI C Library « DriveLib».
   

В библиотеке «DriveLib» создать функциональные блоки (рис. 4):

«DriveStateMashine» – заготовка функционального блока управления частотным преобразователем. Структура ФБ должна иметь следующий набор переменных, указанный в таблице 2.

«DoorStateMashine» - функциональный блок, в котором будет реализована основная логика программы – задание направления вращения и скорости движения воротами в зависимости от их положения и требуемого направления вращения. Для упрощения описания состояний ворот необходимо создать новый тип данных (см. приложение): перечисление «DoorStates». Сами состояния, которые необходимо добавить приведены в таблице 3, а их связь представлена в функциональной схеме (рис. 5-6).



рисунок 4 - функциональные блоки и их переменные



рисунок 5 - инициализация переменных функциональных блоков

Таблица 2. Параметры функционального блока двигателя.

Конфигурация	Имя	Тип данных	Описание
вход	state	UINT	Состояние частотного преобразователя
вход	enable	BOOL	Сигнал работы функционального блока
выход	command	UINT	Команда, подаваемая на частотный преобразователь
выход	speed	INT	Заданная скорость

Рисунок 6. Блок-схема состояний ворот и возможных переходов между ними.

Таблица 3. Состояния ворот.

Состояние	Описание
ST_INIT	Инициализация параметров и ожидание включения частотного преобразователя
ST_UNKNOWN	Ворота в неизвестном положении
ST_OPEN	Ворота открыты
ST_CLOSE	Ворота закрыты
ST_ACC_POS	Ускорение ворот в сторону открытия
ST_ACC_NEG	Ускорение ворот в сторону закрытия
ST_POS	Движение к открытию
ST_NEG	Движение к закрытию
ST_DEC_POS	Замедление ворот в сторону открытия
ST_DEC_NEG	Замедление ворот в сторону закрытия

Теперь, имея новый необходимый тип данных, заполним структуру функционального блока (результат представлен на рисунке 4):

Таблица 4. Структура функционального блока управления воротами.

Конфигурация	Имя	Тип данных	Описание
вход	state	UINT	Состояние частотного преобразователя
вход	sw1	BOOL	Сигнал концевого выключателя 1
вход	sw2	BOOL	Сигнал концевого выключателя 2
вход	sw3	BOOL	Сигнал концевого выключателя 3
вход	sw4	BOOL	Сигнал концевого выключателя 4
вход	direction	BOOL	Команда, подаваемая на частотный преобразователь
выход	speed	INT	Заданная скорость

«LedStateMashine» – машина состояний обработки светодиодных индикаторов.

Структура ФБ должна иметь следующий набор переменных:

Таблица 5. Структура функционального блока управления воротами.

Конфигурация	Имя	Тип данных	Описание
вход	state	UINT	Состояние частотного преобразователя
выход	led1	BOOL	Сигнал работы функционального блока
выход	led2	BOOL	Сигнал работы функционального блока
выход	led3	BOOL	Сигнал работы функционального блока
выход	led4	BOOL	Сигнал работы функционального блока
выход	timer	INT	Заданная скорость

Для совмещения работы аппаратной и программной частей, следует произвести мэпинг переменных (рис.7-9).

Таблица 6. Мэпинг переменных для частотного преобразователя.

Наименование	Переменная	Описание
ETAD_Input	stateMachine.state	Текущее состояние частотного преобразователя
CMDD_Output	stateMachine.command	Команды на управление
LFRD_Output	stateMachine.speed	Заданное значение скорости

Рисунок 7. Мэппинг переменных частотного преобразователя

Таблица 7. Мэпинг переменных для датчиков положения

Имя канала	Используемая переменная
DigitalInput01	doorSM.direction
DigitalInput02	doorSM.s0
DigitalInput03	doorSM.s1
DigitalInput04	doorSM.s2
DigitalInput05	doorSM.s3

Рисунок 8. Мэппинг переменных датчиков положения

Для мэпинга индикаторов для модуля X20DO9322 (DO - Digital Output), соответствия каналов соответственно будут:

Таблица 8. Мэппинг переменных для индикаторов

Имя канала	Используемая переменная
DigitalOutput02	ledSM.s0
DigitalOutput03	ledSM.s1
DigitalOutput04	ledSM.s2
DigitalOutput05	ledSM.s3

Рисунок 9. Мэппинг индикаторов

Далее готовим программу к запуску программу (рис. 10-15)



Рисунок 10. Организация управления частотным преобраователем



Рисунок 11. Состояния двери



Рисунок 12. Блок-схема управления частотным преобразователем.



Рисунок 13. Подготовка к запуску.



Рисунок 14. Результат запуска программы в AutomationStudio



Рисунок 15. Результат запуска программы на стенде

Приложение (листинг кода)

//DriveStatemachine

#include

#ifdef __cplusplus

Extern “C”

{

#endif

#include “DriveLib.h”

#ifdef __cplusplus

};

#endif

void DriveStateMachine(struct DriveStateMachine* inst)

{

UINT mask = inst->state & 0x6f;

if(!inst->enable)

{

inst->command = CMD_SHUTDOWN;

}

else

{

switch(mask)

{

case STATE_DISABLED:

inst->command = CMD_SGUTDOWN;

break;

case STATE_READY:

inst->command = CMD_ENABLED;

break;

case STATE_SWITCHED_ON:

inst->command = CMD_ SWITCHED_ON;

break;

}

}

}

//DoorStateMachine

#include

#ifdef __cplusplus

extern "C"

{

#endif

#include "DriveLib.h"

#ifdef __cplusplus

};

#endif

/* TODO: Add your comment here */

void DoorStateMachine(struct DoorStateMachine* inst)

{

/*TODO: Add your code here*/

switch(inst->state)

{

case ST_INIT:

{

if(inst->sw1==0 && inst->sw2==0 && inst->sw3==0 && inst->sw4==0)

inst->state=ST_UNKNOWN;

break;

}

case ST_UNKNOWN:

{

if(inst->direction==0 && inst->sw4==0)

inst->state=ST_OPEN;

if(inst->direction==0 && inst->sw3==0 && inst->sw4!=0)

inst->state=ST_DEC_POS;

if(inst->direction==0 && inst->sw2==0 && inst->sw3!=0)

inst->state=ST_POS;

if(inst->direction==0 && inst->sw1==0 && inst->sw2!=0)

inst->state=ST_ACC_POS;

if(inst->direction==1 && inst->sw1==1)

inst->state=ST_CLOSE;

if(inst->direction==1 && inst->sw2==1 && inst->sw1!=1)

inst->state=ST_DEC_NEG;

if(inst->direction==1 && inst->sw3==1 && inst->sw2!=1)

inst->state=ST_NEG;

if(inst->direction==1 && inst->sw4==1 && inst->sw3!=1)

inst->state=ST_ACC_NEG;

break;

}

case ST_CLOSE:

{

inst->speed = 0;

if(inst->direction==0)

inst->state=ST_ACC_POS;

break;

}

case ST_ACC_NEG:

{

inst->speed = -200;

if(inst->direction==1 && inst->sw3==1)

inst->state=ST_NEG;

if(inst->direction==0)

inst->state=ST_DEC_POS;

break;

}

case ST_NEG:

{

inst->speed = -600;

if(inst->direction==1 && inst->sw2==1)

inst->state=ST_DEC_NEG;

if(inst->direction==0)

inst->state=ST_POS;

break;

}

case ST_DEC_NEG:

{

inst->speed = -200;

if(inst->direction==1 && inst->sw1==1)

inst->state=ST_CLOSE;

if(inst->direction==0)

inst->state=ST_ACC_POS;

break;

}

//LedStateMachine

#include

#ifdef __cplusplus

extern "C"

{

#endif

#include "DriveLib.h"

#ifdef __cplusplus

};

#endif

void LedStateMachine(struct LedStateMachine* inst)

{

switch(inst->state)

{

case ST_INIT:

{

break;

}

case ST_UNKNOWN;

{

if(inst->timer%5==4)

{

inst->led1=!inst->led1;

inst->led2=!inst->led2;

inst->led3=!inst->led3;

inst->led4=!inst->led4;

}

break;

}

//Cyclic

#include

#ifdef _DEFAULT_INCLUDES

#include

#endif

void _CYCLIC ProgramCyclic(void)

{

DoorStateMachine(&doorSM);

driveSM.speed = doorSM.speed;

DriveStateMachine(&driveSM);

ledSM.state = doorSM.state;

LedStateMachine(&ledSM);

}

//Init

#include

#ifdef _DEFAULT_INCLUDES

#include

#endif

void _INIT ProgramInit(void)

{

driveSM.enable=1;

}

//Exit

#include

#ifdef _DEFAULT_INCLUDES

#include

#endif

void _EXIT ProgramExit(void)

{

}