Pieczarkarnia - uprawa pieczarek. Oprogramowanie cz. 3

Oprogramowanie narzędziowe i użytkowe przyrządów produkcji firmy LAB-EL cz. 3

Paweł Lenarcik, Michał Konieczny,
Andrzej Łobzowski, Wojciech SzkolnikowskiLAB-EL Elektronika Laboratoryjna S.J.
artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr2/2005

Firma LAB-EL nie skąpi pieniędzy na rozwój, a nie są to małe pieniądze. Niektóre poniesione koszty zwracają się wraz z zyskiem, który właśnie finansuje podejmowane przedsięwzięcia rozwojowe, większa jednak część poniesionych kosztów tworzy kapitał intelektualny firmy. Dyrekcja firmy, posiadając taki kapitał, może pozwolić sobie na realizację przedsięwzięć nowatorskich, w tym oprogramowania. W poprzednich dwóch częściach artykułu, przedstawione zostały jedynie w zarysie elementy oprogramowania, jakie użytkownik przyrządów LAB-Elowskich może otrzymać bądź w formie bezpłatnego wyposażenia, bądź też w formie płatnych praw licencyjnych, na użytkowanie oprogramowania na jednym lub wielu komputerach.

W ofercie firmy oprócz podstawowych przyrządów pomiarowych i rejestrujących, występuje grupa przyrządów do regulacji i sterowania procesami technologicznymi. Jednym z nich jest sterownik-regulator LB-600, którego oprogramowanie zostanie omówione w następnej części artykułu, drugim natomiast regulator klimatu LB-760A. Regulatory LB-760A stosowane są do regulacji mikroklimatu upraw, głównie pieczarek. Zapewnia nadzór i regulację temperatury, wilgotności, stężenia co2, a także kontrolę podłoża pieczarki. Użytkownicy tych przyrządów, a właściwie systemów otrzymują nowe narzędzie wspomagające w postaci programu LBX. Program ten został częściowo (w wielkim skrócie) przedstawiony w poprzedniej części artykułu.

Pieczarkarnia - uprawa pieczarek

Rys. 1 Okno główne programu LBX dla obsługi systemu 4 hal uprawy pieczarek

Specyfika regulacji mikroklimatu w hali uprawowej zwanej dalej obiektem regulacji, wymaga znajomości charakterystyki dynamicznej, określanej jako odpowiedź obiektu na wymuszenie w postaci tzw. skoku jednostkowego na wejściu obiektu, znajomości algorytmu regulacji PID oraz dobranie odpowiednich nastaw. Na rys. 1 przedstawiono główne okno programu LBX dla obsługi urządzeń LB-760A. Naciśnięcie przyciski "MENU" dla wybranej hali uprawowej po-woduje otwarcie okna realizowanych funkcji, w tym funkcji samostrojenia. Dobranie optymalnych nastaw dla al-gorytmu PID przez osobę spoza kręgu automatyków, jest zadaniem dosyć trudnym i wymaga eksperymentowania do momentu uzyskania zadawalających wyników, tzw. odpowiedniej jakości regulacji. Na szczęście właściciele pieczarkarni posiadający regulatory klimatu LB-760A mogą odetchnąć z ulgą. Wystarczy bowiem podłączyć urządzenia do komputera PC z zainstalowanym programem LBX i włączyć procedurę identyfikacji dynamiki obiektu, zwaną popularnie procedurą samostrojenia (ang. autotuning).W przypadku szukania optymalnych nastaw dla sterowania wilgotnością oraz temperaturą, odpowiednie wyjścia regulacji zostaną na czas badania przełączone z trybu automatycznego w tryb pracy ręcznej. Eksperyment przeprowadza się w układzie otwartym czyli regulator nie realizuje procedury regulacji, jest jedynie zadajnikiem sterowania wymuszającego skok jednostkowy na wejściu obiektu oraz miernikiem odpowiedzi obiektu. Program identyfikacyjny składa się z czterech etapów. Pierwszy etap to oczekiwanie na ustabilizowanie się badanej wielkości np. temperatury. Parametry związane z czasem badania stabilności, wartością dopuszczalnej odchyłki od stanu ustalonego oraz wartością amplitudy skoku jednostkowego ustala użytkownik.

Rys. 2 Odpowiedź obiektu na zadany skok jednostkowy wielkości regulowanej

Etap drugi to zadanie skoku, program bada odpowiedź obiektu, aż do momentu ustabilizowania się badanej wielkości. Po odpowiednim czasie na wyjściu regulatora (na wejściu obiektu) zostanie zadany odpowiedni skok jednostkowy. Rys. 2 przedstawia wykres charakterystyki skokowej na wejściu obiektu. Etap trzeci to badanie reakcji obiektu na zakłócające działanie zadanego skoku, a po ustabilizowaniu się procesu, następuje etap czwarty czyli: zakończenie badania, przywrócenie poprzednich nastaw regulatora oraz przejście do procedury obliczania .wyników. I tutaj, zastosowana została unikalna metoda, polegająca na tym, że program LBX porównuje przebieg zachowania badanego wejścia z odpowiedzią skokową typowych obiektów dynamicznych. Analizując zebrane pomiary oraz zachowanie określonych kilku modeli obiektów w różnych konfiguracjach stałych czasowych, program LBX dobiera model najbardziej zbliżony do zachowania obiektu badanego, czyli hali uprawowej. Ciekawy jest moment doboru stałych czasowych do badanego obiektu. Program w kolejnych pętlach przybliża docelowe rozwiązanie, koncentrując się na coraz bliższym sąsiedztwie znalezionego do tej pory wyniku, precyzując jednocześnie kolejne kroki poszukiwań od rozwiązania zgrubnego, do coraz bardziej dokładnego. Po chwili na ekranie zostanie narysowana charakterystyka skokowa optymalnego modelu niemal idealnie odwzorowująca zachowanie regulowanej hali uprawowej. Po zakończeniu obliczeń zostaje uaktywnione okno "Wyniki badania samostrojenia", gdzie oprócz parametrów identyfikacyjnych obiektu Ko, t1, t2 i t0, pokazane są wyliczone wartości kp, Ti, i Td dla regulatora PID, które mogą być przez użytkownika zaakceptowane zastępując wartości poprzednie - patrz rys 3.

Rys. 3 Wyliczone parametry obiektu i regulatora po zakończonym eksperymencie

Procedura samostrojenia zajmuje trochę czasu i niecierpliwy użytkownik może ją w każdej chwili przerwać i kontynuować pracę z poprzednimi, niekoniecznie optymalnymi nastawami regulatora. Program LBX obsługuje również bazę pomiarów zapisywanych w urządzeniu podczas całego procesu sterowania, która co zaprogramowany okres czasowy odczytywana jest przez system komputerowy i zapisywana jako nowy zbiór lub dopisywana do bazy zbiorczej. Na podstawie zebranych danych użytkownik może tworzyć raporty, wykresy i histogramy. W przypadkach wystąpienia sytuacji alarmowych, tworzony jest automatycznie raport alarmów oraz raport o wysłanych informacjach alarmowych np. w postaci e-maili, wysłanych SMS-ów, itp. Oprócz omówionych funkcji samostrojenia, specyficznych dla urządzenia LB-760A, realizowane są wszystkie inne omówione pokrótce w poprzedniej części artykułu funkcje znakomitego narzędzia, jakim jest program LBX.
Kolejne artykuły w niniejszym cyklu, będą poświęcone konkretnym przykładom oprogramowania, i tak:
- część 4 oprogramowaniu regulatora- sterownika LB-600,
- część 5 oprogramowaniu LBX, skupiającemu niejako wszystkie przyrządy LAB-Elowskie w jeden spójny system pomiarowy z uwzględnieniem funkcji sieciowych typu "klient/serwer".

Kompletną ofertę techniczną i handlową przedstawiono w Internecie na stronie: http://www.label.com.pl. Przykładowe rozwiązania systemów do pomiaru mikroklimatu przedstawiono w zamieszczonym tam opisie, a wybór właściwego rozwiazania ułatwia tebelaryczne zestawienie.