consorcial approach for control laboratory education on všb

Transkript

consorcial approach for control laboratory education on všb
WORKSHOP 2006
Prof. Dr. RNDr. Lubomír SMUTNÝ, Ing. Jaromír ŠKUTA, Ph.D,
Ing. Marek BABIUCH, Ph.D, Ing. Renata WAGNEROVÁ, Ph.D.
CONSORCIAL APPROACH FOR CONTROL LABORATORY
EDUCATION ON VŠB-TU FME OSTRAVA
1. Introduction
The paper deals with summarizing for the last (third) year solving of the grant project
GA ČR No. 102/03/0625 at the Department of Control Systems and Instrumentation 352 as
a co-proposer with Institute of Informatics of Czech Science Academy. Fundamental part
of university education creates connection between of theoretical or simulation approaches
with experimental methods for verification of laboratory stands coincidence. Illustration
of practical physical models properties is cardinal importance for engineering experimental
exercises, for comparing of the computer simulation tasks with practical experiences and with
real-time measured signals from the technological aggregates.
2. Design, production and utilization of experimental stands for teaching purposes
Basic requirements for design and production of laboratory experimental stands were
described in [SMUTNÝ 2004a, SMUTNÝ 2005c] with these main topics:
* similarity of physical laboratory model with real industrial apparatus, * good dynamical
responses of output signals, * miniaturization of dimensions and power input,, * unified input
and output electrical signals, * good possibility of connection with PC computer, * easy
production in condition of Department workshop, * availability of model function parts and
their low price.
On the Department of Control Systems and Instrumentation of VŠB-TU FME Ostrava
were designed and produced at the last years quantity of laboratory experimental stands,
models and education tools [SMUTNÝ, 2004a,b], [SMUTNÝ & ŠKUTA 2004b]. These stands
there were utilized for practical exercises in subjects Measurement and Sensors, Means of
Automatic Control, Microcomputer Measurement Systems, Design of Process Systems, Signal
Processing, etc.
On the next few figures we can see the main results of GACR project from FME VŠB
– TU Ostrava. It is a project realization output and there are shown the technical design (HW)
and properties verification of the laboratory stand HAA (Hot-Air Aggregate) as a physical
model of air-conditioning and examples of program support (SW) for easy utilization of
models at education tasks.
On the Figure 1 and Figure 2 we can see a block schema or 3D computer model of
experimental laboratory model HAA – new variation from year 2005. This model can be used
for two control variables (temperature and air flow) with adjusted disturbances (second
ventilator with opposite flow direction).
On the Figure 3 and Figure 4 there are photo documentation of real experimental
laboratory model HAA 2005 on the final mobile version with transport case and its
connection with PC computer by miniature microprocessor unit CTRL V3.
Katedra automatizační techniky a řízení – 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba
WORKSHOP 2006
Fotorezistor
Ochranný tunel
Hlavní
ventilátor
Termistory
Žárovka
Senzor KTY82
Vrtulkový
průtokoměr
Vedlejší
(poruchový)
ventilátor
Ucc =220 V
EXTERNÍ
Napájecí zdroj
Miniaturizovaný
přístrojový modul k TVM
2 analogové výstupy 0 – 10 V
Mikropočítačová
jednotka
(CTRL v3)
4 analogové
vstupy 0 – 10 V
4 digitální I/O
Počítač
PC
RS 232
Figure 1 Block schema of experimental model HAA
(Hot-Air Aggregate), the last innovative
sample 2005
Figure 3 Photo of final version of experimental
model HAA2005 in mobile form with
transport case (5 prototypes was
produced)
Figure 2 Schema of 3D model HAA2005 with two
opposite ventilators, bulb, and 3 sensors
of temperature, light intensity and airflow sensors.
Figure 4 Final version of HAA2005 with two
ventilators, external power unit, new
electronic unit CTRL V3 and with its
connection to PC
3. Program support of control tasks with model HAA2005
Programs support solving of measuring and control HAA tasks, with personal
computer PC connection and with interface environment unit (new CTRL V3 or
analog/digital card AD 512).
In the project there were designed a innovative program module WinCTRL in versions
2.0 and 2.1 [SMUTNÝ, 2004a, b] for Real-Time control of two values (temperature, air-flow)
with 4 basic types of control algorithms (On-Off, On-Off with penalization, PID, Fuzzy
control). The next program module was designed on MATLAB-SIMULINK simulation system.
It allows solved the experimental identification of dynamic system properties, it contains 16
synthesis methods for PID controller algorithms and support of method of aggregation
variables [Wagnerová 2005].
On the next figures we can see the programs screens with air-flow control task (Figure
5) and robust control with method of aggregation variables (Figure 6).
Katedra automatizační techniky a řízení – 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba
WORKSHOP 2006
Figure 5 The main screen of MATLAB-Simulink
program module with menu and air-flow
control task
Figure 6 The screen with robust control
submenu with method of aggregation
variables
On the Figure 7, and Figure 8 we can see two charts from MATLAB and WinCTRL
programs with measurement and control tasks support on the Real Time and after finishing of
control task as a final chart.
f 10
[t
napětí na žárovce
napětí na ventilátoru
teplota baňky
vrtulkový průtokoměr
napětí na ventilátoru V
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Figure 7 The response of adjustment controller by Figure 8 The chart with 2 controlled values by
the selected method and input signal type
WinCTRL program (by fuzzy control)
4. Conclusions
Fundamental part of university education creates connection of theoretical approaches
with experimental or simulation methods for verification of coincidence. Experimental stands
allow easy understanding to principles of industrial plant parts, measurement and control
devices, signals character, noise, dynamic responses and easier crossing to the real
technological systems. The HAA model (Hot-air aggregate), as an air handler (airconditioning), it is a dynamic system with multiple inputs and outputs. The two basic
controlled outputs (action values from controller) are the power of the bulb and power to the
main fan (ventilator). Measured inputs to CTRL module from TVA there are signals from one
of the temperature transducers (by this position of 3 sensors the time delay of the system is
Katedra automatizační techniky a řízení – 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba
t [s]
WORKSHOP 2006
changed), photo resistor sensor and from axial air-flow meter. As disturbances of lab stand
can use the secondary fan with opposite air flow direction (the complementary action value).
Project contributes to development of new experimental models and to getting new
knowledge related to automatic control theory and practice. Another contribution lies in the
deeper cooperation of proposing universities and institutes.
5. References
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
SMUTNÝ, L. 2004a. Consortial approach to the development of experimental models on VŠB-TU FME
Ostrava. In WORKSHOP 2004. Ostrava : FS VŠB-TU Ostrava, 12. 1. 2004, s. 276-279. ISBN 80-2480521-9.
SMUTNÝ, L. 2004b. Program Support of Laboratory Stands Control. In Proceedings of XXIX. Seminary
ASR '04 “Instruments and Control”. Ostrava : Dep. CIM, VŠB-TU Ostrava, 2004, pp. 261-268. ISBN 80248-0590-1.
SMUTNÝ, L. & ŠKUTA, J. 2004a. Laboratory Experimental Model of Air Conditioning. In Proceedings
of the 6th International Scientific – Technical Conference Process Control 2004. Pardubice : University of
Pardubice, 8. – 11. 6. 2004, pp. 229-1 – 229-6. ISBN 80-7194-662-1.
SMUTNÝ, L. & ŠKUTA, J. 2004b. University Experimental Education with Laboratory Models of Real
Technological Processes. In 5th International Carpathian Control Conference. Zakopane, Poland : AGHUST Krakow, 25. – 28. 5. 2004, pp. 509-514. ISBN 83-89772-00-0.
SMUTNÝ, L. 2005a. Experimental Models for Laboratory Education on VŠB-TU FME Ostrava.
In WORKSHOP 2005. Ostrava : FS VŠB-TU Ostrava, 16. 2. 2005, 5 s. ISBN 80-248-0750-5.
SMUTNÝ, L. 2005b. Přístrojová a programová podpora modelu teplovzdušného agregátu. In Proceedings
of XXX. Seminary ASR '05 “Instruments and Control”. Ostrava: Katedra ATŘ, VŠB-TU Ostrava, 29. 4.
2005, s. 391-396. ISBN 80-248-0774-2.
SMUTNÝ, L. & ŠKUTA, J. 2005. Trenažér pro simulaci regulačních obvodů teplovzdušného agregátu. In
Sborník Měření a regulace teplot v teorii a praxi, Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 18. –19. května 2005. pp.
80–86. ISBN 80-86840-12-3.
ŠKUTA, J. & SMUTNÝ, L. 2005. Využití OPC serveru pro ovladače systému Control Web –
monitorování teploty pomocí OPC serverů. In Sborník Měření a regulace teplot v teorii a praxi, Ostrava:
VŠB-TU Ostrava, 18. –19. května 2005. pp. 123–128. ISBN 80-86840-12-3.
SMUTNÝ, L., BALŠÁNEK, M. & SMUTNÝ, P. 2005. Support of e-learning in experimental
laboratories. In Proceedings of 6th International Carpathian Control Conference. Volume II. MiskolcLillafüred, Hungary : University of Miskolc, May 24-27, 2005, pp. 155-160. ISBN 963-661-644-2.
KLÁN P., HOFREITER M., MACHÁČEK J., MODRLÁK. O., SMUTNÝ L. & VAŠEK V. 2005.
Process Models for a New Control Education Laboratory. In Preprints of the 16th IFAC World Congress
in Prague. Praha : IFAC, July 4 – 8, 2005, 6 pp. paper No. 02597.
SMUTNÝ, L., FARANA, R., & SMUTNÝ, P. 2005. Web Support of University Experimental Education
by Means of Real and Virtual Lab Stands. In Proceedings of the 5th WSEAS International Conference on
MULTIMEDIA, INTERNET AND VIDEO TECHNOLOGIES. Corfu, Greece: WSEAS, August 17-19,
2005, pp. 1-4. ISBN 960-8457-32-7.
SMUTNÝ, L., KLÁN, P. 2005. Design and utilization of new laboratory stands for process control
education. In Principia Cybernetica 2005. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 7. – 9. 9. 2005, pp. 185 – 190. ISBN
80-248-0773-4.
SMUTNÝ, L., FARANA, R., & SMUTNÝ, P. 2005. Real and Virtual Lab Stands on Web Support
Experimental Education. WSEAS Transactions on Advances in Engineering Education. July 2005, Issue 3,
Volume 2, pp. 243-250. ISSN 1790-1979.
SMUTNÝ, L. 2005c. Laboratory Hot-air Stand Instrumentation and its Program Support. Transaction of
Science Contributions of VŠB-TU Ostrava, Mechanical Engineering line. Year LI, 2005. No. 2,
Contribution 1481, pp. 121-126. ISSN 1210-0 471. ISBN 80-248-0880-X.
WAGNEROVÁ, R. 2005. Hot-air Aggregate Control Design. Transaction of Science Contributions of
VŠB-TU Ostrava, Mechanical Engineering line. Year LI, 2005. No. 2, Contribution 1488, pp. 173-178.
ISSN 1210-0471. ISBN 80-248-0880-X.
SMUTNÝ, L., BABIUCH, M., ŠKUTA, J., WAGNEROVÁ, R., MIZERA, R., VEČEŘA, L. 2005.
Teplovzdušný model TVM (klimatizační jednotka). Ostrava: FS VŠB-TUO, Kat. ATŘ 352, 2005. 46 s.
Závěrečná zpráva projektu GAČR 102/03/0628.
Katedra automatizační techniky a řízení – 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba
WORKSHOP 2006
Anotace:
KONSORCIONÁLNÍ PŘÍSTUP K LABORATORNÍ VÝUCE ŘÍZENÍ
NA VŠB-TU FS OSTRAVA
Cílem projektu GAČR bylo vytvoření konsorcia pěti univerzit pro inovaci jejich
laboratoří moderními experimentálními fyzikálními modely. Jednotliví spoluřešitelé navrhli
své laboratorní modely, které umožňují efektivně použít metody analýzy a syntézy systémů
řízení s důrazem na koncepčně nové přístupy. Simulační experiment s laboratorními
fyzikálními či virtuálními modely, při kterém se prakticky ověřují teoretické poznatky je
důležitou etapou verifikace jejich matematických, simulačních a experimentálních modelů.
Přínos projektu lze vidět v metodice vývoje nových fyzikálních modelů (např. model
HAA2005 jako klimatizační jednotka s regulací teploty a průtoku vzduchu)) s výraznou
počítačovou podporou, ve vývoji a aplikaci nových poznatků o syntéze řízení a v prohloubení
vědecké a odborné spolupráce Ústavu informatiky AV ČR s pěti vysokými školami, při
výrazné inovaci experimentální vybavenosti zúčastněných pracovišť.
Abstract
CONSORCIAL APPROACH FOR CONTROL LABORATORY
EDUCATION ON VŠB-TU FME OSTRAVA
Paper deals with important role of the laboratory experimental stands with
microcomputers for quality control engineering education, design and verification of new
control algorithms. Innovative instrumental laboratory stands of five university co-proposers
there were presented on IFAC World Congress (Prague 2005). On the DCSI VŠB-TU FME
Ostrava there was designed and produced HAA2005 model (Hot-air aggregate) of climate
unit with two controlled variables (temperature, air flow). Experimental laboratory models
allow easy understanding principles of the aggregate parts, measurement and control devices,
signals character, noise, dynamic responses and easier crossing to the real technological
systems. The project there was supported by Grant Agency of CZ and was solved on the
group of five universities – VŠB-TU FME Ostrava, UTB FT Zlín, Univ. Pardubice, TU FM
Liberec and ČVUT FME Prague with main proposer Institute of Informatics of Czech
Academy of Science in Prague. Project is supported by Czech Grant Agency GACR
102/03/0625 and by R&D project MŠMT FRVŠ 2189/F1a.
Katedra automatizační techniky a řízení – 352
VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba

Podobné dokumenty

zde - Blue Panther sro

zde - Blue Panther sro Parametrů vnitřního prostředí se v České republice týkají tři zákony a několik vyhlášek. Nicméně na mnoha pracovištích se tyto zákony nedodržují, což vede ke snížení tepelné pohody, a tudíž i výkon...

Více

dálková správa řídicích systémů v prostředí control web 5 - Úvod

dálková správa řídicích systémů v prostředí control web 5 - Úvod nástrojů byla ověřena možnost dálkové i lokální správy takovýchto systémů. Jako jedna z možností přenosu konfiguračních dat byla prakticky ověřena přenosová cesta na basi WI-FI komponent. Tento pří...

Více

TVM

TVM odpovídá napětí na vybraném snímači teploty – např. termistoru T3 připevněném na baňce žárovky (např. w = 2,5 V, což koresponduje s polohou pracovního bodu regulačního obvodu ve 25% rozsahu statick...

Více

Modelová úloha „Teplo

Modelová úloha „Teplo Snímač teploty – termistor měřící teplotu na výstupu z tunelu Snímač rychlosti proudění vzduchu – termoanemometr Snímač rychlosti proudění vzduchu – vrtulkový průtokoměr Ovládání napětí na žárovce ...

Více

Osnova výroční zprávy kateder - Katedra výrobních systémů a

Osnova výroční zprávy kateder - Katedra výrobních systémů a (04002) o kapacitě 12 míst, počítačová učebna F32 (04003) o kapacitě 18 míst a počítačová učebna F33 (04008) o kapacitě 24 míst. Ve 2. patře budovy E2 má katedra umístěnou laboratoř 3D měření a dig...

Více

kibernetika sistemi

kibernetika sistemi controller boards inertial and rider detection sensors bateries

Více

21001 Výzkum a vývoj řídicích systémů pneumatických

21001 Výzkum a vývoj řídicích systémů pneumatických Cíle uvedené v přihlášce projektu byly splněny. Projekt může v následujících letech navázat na dosažené výsledky

Více

INVOICE FAKTURA Page 1 of 2 Consortial Busy Street 56A The

INVOICE FAKTURA Page 1 of 2 Consortial Busy Street 56A The CraneUBL2UN380Invoice-common.xsl - $Date: 2010/02/10 20:47:24 $(UTC) - CraneUBL2UNLK-common.xsl - $Date: 2011/02/03 15:33:33 $(UTC) CraneUN380Invoice.xsl - $Date: 2010/02/10 20:48:10 $(UTC) - Crane...

Více

Základy aplikované kybernetiky

Základy aplikované kybernetiky diferenciální rovnicí (nebo soustavou diferenciálních rovnic) s časem jako nezávisle proměnnou. Za zakladatele moderní kybernetiky je považován Norbert Wiener, profesor univerzity ve státě Massachu...

Více

zde - KaS

zde - KaS mobilněji, než kdykoliv předtím. Kompaktní měřicí přístroje se dají totiž obsluhovat bezdrátově pomocí vlastního chytrého telefonu nebo tabletu a zcela pohodlně přepravovat v praktickém chytrém pou...

Více