Co-simulação de sistemas de controle utilizando protocolo OPC
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Data
2019-07-17
Autores
Machado, Rodolfo Galati
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema integrado de co-simulação aplicado a duas plantas: uma planta de controle de nível que se comunica com um controlador baseado na técnica LQG/LTR e um sistema de viga flexível controlado por um observador de estados. A planta de nível é composta por um modelo digital e um modelo analógico. A primeira é simulada via um computador digital e a segunda é projetada e montada em um circuito eletrônico usando a técnica de simulação analógica, com um sistema de aquisição de dados QPID da QuanserTM. A comunicação entre a planta e o controlador é feita via um protocolo de comunicação industrial que permite a troca das informações de controle. O principal objetivo do sistema é demonstrar as funcionalidades da integração dos subsistemas para controlar o nível do tanque central e a diferença de níveis entre os tanques da direita e da esquerda. Antes de realizar a co-simulação, o sistema foi estudado usando-se um módulo para substitui-lo, mantendo-se também o mesmo protocolo de comunicação. Esse módulo possui a mesma função do computador analógico, ou seja, com ganhos, somadores e integradores, com a diferença de ser implementada em um computador digital. Assim, foi possível criar um banco de dados inicial para comparar e validar a função do circuito eletrônico do computador analógico. Como estudo de caso da comunicação OPC, foi realizado um experimento para controlar um sistema de viga flexível FlexgageTM. Para tanto, este sistema foi simulado em um módulo do aplicativo LabVIEWTM e o controlador (baseado em um observador de estados) em algoritmo do aplicativo SciLabTM. Nestas condições, os valores das variáveis do processo e dos sinais de controle foram compartilhados via protocolo OPC. Como contribuição desse trabalho, pode-se citar o desenvolvimento de um ambiente de simulação onde a planta a ser estudada ou controlada é particionada de acordo com suas características dinâmicas. Neste cenário, são selecionadas as ferramentas mais adequadas para solucionar os problemas de cada parte, enquanto as mesmas se comunicam entre si.
This work presents the development of an integrated system of co-simulation applied to: a level test bench that communicates with a controller based in LQG/LTR technique, and a system with a flexible link with a state observer controller. The level bench is composed of a digital model and an analog model of the co-simulation system. The first model is simulated on a digital computer and the second is designed and implemented in an electronic circuit using the analog computing technique. A QPID data acquisition system by QuanserTM perform the data exchange between the plant and the controller by means of an industrial protocol. The main objective of this system is to demonstrate the functionality of the integration of the subsystems to regulate the central tank level and the level difference between the right and the left tanks. Before performing the co-simulation with the electronic circuit, the system was tested using digital model with industrial protocol communication also. The digital model performed the same function as the analog computer, with gains, summers and integrators, allowing to create an initial data bank to compare and to validate the function analog model. A case study using OPC communication was done with an experiment to control a flexible link system FlexgageTM. This system was simulated in a LabVIEWTM and controlled by a state observer controller implemented by an algorithm in the SciLabTM application. In this situation, the process variable and control signal are interchanged using the OPC protocol. The contribution of this work is the development of a co-simulation environment where the plant is divided looking its dynamical characteristics. In this scenario, the appropriated tools are selected to solve the problems of each subsystem, while they communicate.
This work presents the development of an integrated system of co-simulation applied to: a level test bench that communicates with a controller based in LQG/LTR technique, and a system with a flexible link with a state observer controller. The level bench is composed of a digital model and an analog model of the co-simulation system. The first model is simulated on a digital computer and the second is designed and implemented in an electronic circuit using the analog computing technique. A QPID data acquisition system by QuanserTM perform the data exchange between the plant and the controller by means of an industrial protocol. The main objective of this system is to demonstrate the functionality of the integration of the subsystems to regulate the central tank level and the level difference between the right and the left tanks. Before performing the co-simulation with the electronic circuit, the system was tested using digital model with industrial protocol communication also. The digital model performed the same function as the analog computer, with gains, summers and integrators, allowing to create an initial data bank to compare and to validate the function analog model. A case study using OPC communication was done with an experiment to control a flexible link system FlexgageTM. This system was simulated in a LabVIEWTM and controlled by a state observer controller implemented by an algorithm in the SciLabTM application. In this situation, the process variable and control signal are interchanged using the OPC protocol. The contribution of this work is the development of a co-simulation environment where the plant is divided looking its dynamical characteristics. In this scenario, the appropriated tools are selected to solve the problems of each subsystem, while they communicate.
Descrição
Palavras-chave
Computadores analógicos, Controlador LQG/LTR, Co-simulação, Observador de estados, Protocolo OPC, Analog computer, Co-simulation, LQG/LTR controlle, OPC protocol, State observer