2012 WAT Metrologia techniczna i systemy pomiarowe.PDF

(3055 KB) Pobierz
WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
im. Jarosława Dąbrowskiego
Pomiary z wykorzystaniem
komputerowego systemu pomiarowego
Metrologia techniczna i systemy pomiarowe
ZAiUL WML
Warszawa 2012
1
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z przykładowym komputerowym systemem
pomiarowym. Podczas ćwiczenia student zapozna się budową i zasadą działania
komputerowego systemu pomiarowego, prądnicy tachometrycznej oraz możliwością
wykorzystania tych elementów w układach sterowania silnikiem.
2. Komputerowy system pomiarowy
System pomiarowy definiowany jest jako zbiór jednostek funkcjonalnych tworzących całość
organizacyjną, objętych wspólnym sterowaniem przeznaczony do realizacji określonego celu
metrologicznego. Większość komputerowych systemów pomiarowych umożliwia
automatyzację procesów pomiarowych zgodnie z zaimplementowanym wcześniej
algorytmem działania. W zależności od przeznaczenia rozróżnia się trzy klasy systemów
pomiarowych: badawcze, kontrolno-pomiarowe oraz pomiarowo-diagnostyczne. Systemy
badawcze stosowane są w pomiarach naukowych, do empirycznej weryfikacji hipotez
naukowych. Systemy te są wykorzystywane w wielu dziedzinach nauki, jak: elektronika,
fizyka, chemia, mechanika, mechatronika, biologia, medycyna. Systemy pomiarowo-
kontrolne używane są w przemyśle do automatyzacji procesów technologicznych. W
systemach takich stosuje się zwykle znaczne ilości czujników rozmieszczonych na całym
kontrolowanym obiekcie i przetworników formujących sygnały wykorzystywane dalej przez
regulatory sterujące procesem technologicznym. Systemy pomiarowo-diagnostyczne służą do
detekcji i lokalizacji uszkodzeń. Celem diagnozowania jest nie tylko stwierdzenie stanu
obiektu, ale często również wskazanie uszkodzonego elementu.
Najprostszy tor pomiarowy w przypadku komputerowego systemu pomiarowego nie różni się
od typowego toru pomiarowego (Rys 1.). Komputer wykorzystywany jest w nim najczęściej
jako ostatni element - przetwornik rodzaju sygnału, który umożliwia rejestrację dużej ilości
danych, ich analizę oraz obróbkę. Odbierane dane mogą zostać następnie wykorzystane w
procesach sterujących, w których komputer stanowi interfejs pomiędzy użytkownikiem a
urządzeniem, którego parametry są mierzone.
Rys.1. Elementy toru pomiarowego i ich klasyfikacja.
2
Zastosowanie przyrządów wirtualnych, czyli specjalnego oprogramowania współpracującego
z układem pomiarowym pozwala ponadto na wykorzystanie komputera jako wskaźnika.
Przyrząd wirtualny jest rodzajem inteligentnego przyrządu pomiarowego powstałego w
wyniku sprzężenia pewnego sprzętu pomiarowego z komputerem osobistym i przyjaznym dla
użytkownika oprogramowaniem, które umożliwia użytkownikowi współpracę z układem
pomiarowym na takich zasadach jakby obsługiwał tradycyjny przyrząd. Klasyfikacja takich
przyrządów ze względu na zasadę działania i funkcjonalność dzieli je na trzy grupy:
-
przyrządy fizyczne
– urządzenia wyposażone w interfejs pomiarowy i komunikujące się z
użytkownikiem za pomocą panelu graficznego na monitorze komputere;
-
karty pomiarowe
(DAQ (ang. Data Acquisition) lub specjalne moduły np. PXI) - urządzenia
autonomicznie wykonujące pomiary z którymi komunikacja odbywa się poprzez interfejs
graficzny na komputerze;
-
przyrządy programowe
– oprogramowanie służące do pracy na zarejestrowanych wcześniej
danych.
W ćwiczeniu wykorzystane zostaną wirtualne przyrządy fizyczne współpracujące ze
stanowiskiem SIS (Sensor and Instrumentation System): wirtualny miernik oraz wirtualny
oscyloskop. Ponadto zastosowany zostanie panel sterujący z regulatorem PID. Wszystkie
aplikacje znajdują się w katalogu SiS Software na pulpicie komputera.
2.1 Wirtualny oscyloskop
Aplikacja Virtual Scope uruchamia na ekranie komputera okno reprezentujące panel sterujący
oscyloskopu wraz z obszarem na który wyświetlany jest przebieg sygnału (Rys 2).
Panel sterujący
Obszar wyświetlania sygnału
Rys.2. Opis okna wirtualnego oscyloskopu
3
Oscyloskop umożliwia pomiar sygnału z jednego kanału oraz posiada dwa tryby pracy.
Pierwszy w trybie zmiany wartości sygnału mierzonego w czasie (Y-T Scope) oraz drugi do
analizy widmowej metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT Scope). Aby rozpocząć
pomiar należy zaznaczyć Run Scope w okienku Mode. Zakończenie pomiaru odbywa się
poprzez zaznaczenie Stop Scope w tym samym okienku.
UWAGA!
Wyjście z programu bez zakończenia pomiaru może powodować zawieszenie
aplikacji.
2.2 Wirtualny miernik
Wirtualny miernik (Rys 3) wyświetla w postaci zmiennoprzecinkowej wartość podaną
poprzez przetwornik analogowo cyfrowy na wejście portu LPT1 komputera. Rodzaj
mierzonego sygnału ustala się poprzez odpowiednie podłączenie układu pomiarowego na
panelu stanowiska SiS oraz ustawienie pozycji przełącznika. Przyciski Volts i Amps na
ekranie służą jedynie do dodania jednostki przy wyświetlanej zmierzonej wartości.
Zmierzona wartość
Wybór jednostki
pomiarowej
Rys.3. Opis okna wirtualnego miernika
Wirtualny miernik jest niezbędny do kalibracji oprogramowania SiS. Kalibrację należy
wykonać przed rozpoczęciem pomiarów aby mieć pewność dokładności wskazań i
funkcjonowania przyrządów wirtualnych.
2.3 Oprogramowanie sterujące
Oprogramowanie sterujące SiS przeznaczone jest przede wszystkim do automatycznego
dostrajania i utrzymywania założonej prędkości obrotowej w zależności od obciążenia silnika.
Działa w oparciu o regulator PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujący) wysyłający do
układu sygnały sterujące
u
na podstawie aktualnej wartości uchybu
e
pomiędzy wartością
aktualną
y
i zadaną
x
(Rys 4). Jego zadaniem jest doprowadzenie i utrzymywanie sygnału
wyjściowego na poziomie równym wartości zadanej. Składa się z trzech członów:
proporcjonalnego, całkującego i różniczkującego. Dobór odpowiednich nastaw
poszczególnych członów dokonuje się najczęściej sprawdzonymi metodami matematycznymi
4
i analitycznymi (np. Zieglera-Nicholsa). W większości metod wymagana jest znajomość
modelu procesu. Zagadnieniami związanymi z doborem nastaw i stabilnością układów
regulacji zajmuje się Automatyka. Na etapie zagadnień związanych z metrologią i
zapoznaniem się z układem sterowania z regulatorem PID zastosowane zostanie ręczne
strojenie regulatora przez empiryczny dobór nastaw.
P
x +
-
D
Rys. 4. Struktura regulatora PID zastosowana w oprogramowaniu sterującym
e
I
+ +u
+
Obiekt
sterowania
y
Obiektem sterowania w przypadku stanowiska SiS jest układ którego sygnał sterujący i
pomiarowy podłączone są do odpowiednich wyprowadzeń interfejsu SiS-PC. W pętli
sprzężenia zwrotnego w oprogramowaniu sterującym umieszczono cyfrowy filtr w celu
wyeliminowania szumów oraz ustabilizowania wartości uchybu i sygnału doprowadzanego do
członu różniczkującego. Przyciskiem Enabled/Disabled uruchamia się filtr. Suwak ±5V
umożliwia ustawienie wartości zadanej na żądanym poziomie. Poniżej poszczególnych
członów regulatora wpisuje się ich nastawy. Przycisk Reset przy członie całkującym służy do
wyzerowania wartości sygnału tego członu. Pozwala to na uniknięcie przepełnienia podczas
zmiany nastaw regulatora. (Rys 5.) Przycisk Start włącza regulator w pętle sterowania.
Naciśnięcie przycisku Stop powoduje zaprzestanie pracy regulatora. Wartość sygnału
sterującego pozostaje wówczas na poziomie jaki został ustalony przed wyłączeniem
regulatora.
Ustawienie
wartości zadanej
Nastawy
regulatora
Rys. 5. Opis okna oprogramowania sterującego
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin