Ein Beitrag zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens feldbusgestützter Regelkreise:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Ein Beitrag zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens feldbusgestützter Regelkreise
Autor: Husmann, Heinrich
Jahr: 1997
?schritt- m mm^m BERICHTE Dipl.-Ing. Heinrich Husmann, Hannover Ein Beitrag zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens feldbusgestützter Regelkreise Reihe 8: Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr.
Inhaltsverzeichnis _ V Inhaltsverzeichnis Abkürzungen und Symbole IX 1 Einleitung 1 2 Prozeßautomatisierung 3 2.1 Prozeßrechensysteme in der Automatisierungstechnik.............. 3 2.1.1 Prozeßrechner Hardware-Architektur................... 5 2.1.2 Prozeßrechner Software-Architektur.................... 6 2.2 Verteilte Prozeßautomatisierungssysteme..................... 9 2.2.1 Kommunikationsebenen ..........................10 2.2.2 Kommunikation in der Feldebene.....................11 2.2.3 Offene Kommunikation, Normung.....................13 2.2.4 ISO/OSI-Referenzmodell..........................13 3 Der feldbusgestützte Regelkreis 16 3.1 Der prozeßrechnergestützte Regelkreis.......................IG 3.2 Beschreibung des Zeitverhaltens von Prozeßrechnern...............17 3.2.1 Zusammensetzung von Stellzeitabweichung und Meßverzögerung .... 19 3.2.2 Zeitlicher Ablauf der prozeßrechnergestützten Regelung.........20 3.2.3 Berechnung von Stellzeitabweichung und Meßverzögerung........21 3.3 Der Zeitablauf im feldbusgestützten Regelkreis..................21
VI Inhaltsverzeichnis 4 Zum dynamischen Verhalten von Abtastregelkreisen 28 4.1 Bin Zustandsmodell für Abtastregelkreise ....................28 4.1.1 Eigenbewegung einer Strecke 1.Ordnung mit einem diskreten Proportional-Regler ................................34 4.1.2 Eigenwertverschiebung bei einer Strecke 1.Ordnung mit einem diskreten Proportional-Regler ..........................36 4.1.3 Eingrößenfall mit Proportional-Regler ...................40 4.2 Periodisierung von variablen Verzögerungen ...................43 4.2.1 Periodisch veränderliche Systemparameter................44 4.2.2 Periodisch veränderlicher Meß- und Stellabstand.............45 4.2.3 Künstliche Periodisierung von Meß- und Stellabstand..........48 4.3 Kompensation der Meßverzögerung........................49 4.4 Folgerungen für feldbusgestützte Regelkreise...................50 5 Die Feldbusprotokollschichten und ihr Einfluß auf das Zeitverhalten 52 5.1 Einfluß der Anwendungsschicht..........................52 5.1.1 Ereignisgesteuerte Übertragung (Enge Taktkopplung)..........53 5.1.2 Pollingsysteme (Lose Taktkopplung) ...................57 5.2 Einfluß der Medienvergabeverfahren .......................58 5.2.1 Das Master/Slave-Verfahren........................58 5.2.2 Das Token-Prinzip.............................59 5.2.3 Das Summenrahmenverfahren.......................60 5.2.4 Die CSMA-Verfahren............................60 5.3 Einfluß der physikalischen Schicht ........................61 5.4 Verzögerungen bei zyklischer Übertragung....................62
Inhaltsverzeichnis _ VII 6 Das Zeitverhalten verschiedener Feldbusrealisierungen 66 6.1 Token-Passing- Verfahren: PROFIBUS-FMS ...................67 6.1.1 Bestimmung der Paketübertragungszeiten ................71 6.1.2 Zeitverhalten des PROFIBUS-FMS....................72 6.1.3 Meßverzögerung und Stellabstand mit PROFIBUS-FMS ........77 6.2 Master-/Slave-Verfahren: PROFIBUS-DP ....................77 6.2.1 Bestimmung der Paketübertragungszeiten ................79 6.2.2 Zeitverhalten des PROFIBUS-DP.....................79 6.2.3 Meßverzögerung und Stellabstand mit PROFIBUS-DP.........80 6.3 Summenrahmenverfahren: Interbus-S.......................81 6.3.1 Bestimmung der Paketübertragungszeiten ................83 6.3.2 Zeitverhalten des Interbus-S........................83 6.3.3 Meßverzögerung und Stellabstand beim Interbus-S............84 6.4 CSMA/CA-Verfahren: CAN-Bus..........................85 6.4.1 Bestimmung der Paketübertragungszeiten ................86 6.4.2 Zeitverhalten des CAN-Bus........................87 6.4.3 Meßverzögerung und Stellabstand beim CAN-Bus............89 6.5 Simulation des Zeit Verhaltens von Feldbussen ..................90 6.5.1 Der minimale Schwankungsbereich der Meß Verzögerung.........91 6.5.2 Ein Reglerprozeß mit niederpriorer Grundlast..............98 6.5.3 Gegenüberstellung der Feldbussysteme..................108 7 Zusammenfassung und Ausblick 112 A Mathematica Quellen 114 A.l Zeitverläufe bei variablen Verzögerungen.....................114 A.2 Berechnung von Eigenwertkurven.........................116 A.3 Eigenwerte bei periodischen Verzögerungen ...................118
VIII Inhal ts Verzeichnis B NETSIM-Steuerdateien 120 B.l Minimale Meßverzögerung beim PROFIBUS-FMS ...............120 B.2 Minimale Meßverzögerung beim PROFIBUS-DP ................121 B.3 Minimale Meßverzögerung beim Interbus-S ...................122 B.4 Minimale Meßverzögerung beim CAN-Bus....................123 B.5 Niederpriore Grundlast mit dem PROFIBUS-FMS ...............123 B.6 Niederpriore Grundlast mit dem PROFIBUS-DP ................125 B.7 Niederpriore Grundlast mit dem Interbus-S ...................126 B.8 Niederpriore Grundlast mit dem CAN-Bus....................127 Literaturverzeichnis 128
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