Painesäätö langattomassa prosessisolmussa

Abstract

Digitaalinen säädin voidaan toteuttaa ohjelmallisesti prosessorilla tai ohjelmoitavilla logiikkapiireillä. Nykyään on saatavilla myös järjestelmäpiirejä, jotka sisältävät prosessorin, FPGA-lohkon ja muistin samalla piirillä. Tällaisten piirien käyttö säätötekniikassa ja signaalinkäsittelyssä on yleistymässä niiden hyvän suorituskyvyn takia. Insinöörityössä toteutettiin säädin langattomaan prosessisolmuun, joka perustui Atmelin valmistamaan FPSLIC-järjestelmäpiiriin. Prosessisolmu on osa langatonta mittaus- ja ohjausjärjestelmää. PID-säätimen algoritmi toteutettiin aluksi kehitysalustalla piirin FPGA-lohkoon, jossa sen toiminta testattiin. Seuraavaksi säädin muokattiin sopivaksi prosessisolmuun, jossa säätimen ohjaus ja parametrien välitys toteutettiin langattoman verkon kautta. Säädin ja säädettävän suureen mittaus olivat molemmat samalla prosessisolmulla. Säätimen algoritmi toteutettiin piirin FPGA-lohkolle ja säädintä ohjattiin piirille integroidun prosessorin avulla. Säädin toteutettiin lohkopohjaisena, joten se oli siirrettävissä myös muihin sovelluksiin. Lisäksi työssä tutkittiin mittaustiedon reititysmenetelmiä langattoman verkon kautta prosessisolmulta toiselle. Työssä tutkittiin kolmea eri toteutusvaihtoehtoa, jotka erosivat toisistaan tiedonvälitysreitin osalta. Tutkimuksessa arvioitiin viivettä, joka kului mittaushetkestä siihen, kun mittaustulos oli säätimellä. Lisäksi pohdittiin kuinka toteutuskelpoisia menetelmät olivat. Paras reititysmenetelmä olisi käyttää Jabber-palvelinta tiedon välittämiseen, koska viive on pieni ja se olisi helpoin toteuttaa. Tämä toteutus mahdollistaisi myös sen, että mittaustieto voitaisiin lähettää mille tahansa prosessisolmulle.

Because of the fast speed and growing perform ance of new digital technologies, almost all controls are based on digital systems. A digital control system can be implemented, for example, with a processor or programmable logic. There are also System on Chip circuits available. They include a processor, an FPGA and the memory in one chip. These kinds of circuits are becoming more general in digital signal processing and also in control systems because of their good performance. In this Bachelor’s thesis a PID control system was implemented into a wireless process node based on the Atmel’s FPSLIC circuit. The process node is part of a bigger wireless control and measurement system. First the algorithm of the PID control was implemented into the starter kit in which its operation was also tested. Next, the control system was implemented into the wireless process node and the parameters of the control system were sent by the wireless communication. Both the measurement of the controlled variable and the PID control were in the same process node. The control system was designed so that it could be used easily in other applications. In this thesis it was also examined how measurement of the controlled variable could be sent to the control system using wireless communication. Three different solutions were compared with each other. The biggest differences between the solutions were how measurements were sent to the control system and how long the delay was. One of the major criteria was also that how easily the solutions could be implemented into the current system. Using Jabber server to send the measurement would be the best solution because the delay is quite short and the solution is the easiest to realize.