Laboratoriotyön toteutus PID-säätimen ohjelmoinnista

Abstract

Opinnäytetyönä tuotettiin Tampereen ammattikorkeakouluun laboratoriotyö PID-säätimen ohjelmoinnista sähkö- ja automaatiotekniikan opetuskäyttöön. Aihe valittiin, koska kyseisestä aiheesta ei ollut aiemmin tehty laboratoriotyötä. Tavoitteena oli, että opiskelija oppii PID-säätimen sisäistä toimintaa ja ohjelmointia laboratoriotyön avulla.

Laboratoriotyössä PID-säädin ohjelmoitiin käyttäen Python-ohjelmointikieltä. Säätimen testaamisessa käytetiin laboratorion analogista prosessisimulaattoria. Tietokoneen ja prosessin rajapintana toimi Measurement Computingin USB-1408FS-Plus -tiedonkeruukortti. Säätimen toimintaa testattiin simuloiduilla askel-vastekokeilla ja tuloksia verrattiin Matlab Simulinkillä tehtyyn säätimeen. Tulosten perusteella voidaan todeta, että käytetyllä laitteistolla voidaan toteuttaa toimiva PID-säädin. Tulosten pohjalta luotiin laboratoriotyö, jonka avulla automaatiotekniikan opetuksessa on mahdollisuus opettaa PID-säätimen ohjelmointia käytännössä.

Laboratoriotyö vaatii vielä testaamista käytännössä, jotta nähdään, onnistuuko se tavoitteessaan. Se ei ole sidottu opinnäytetyössä käytettyyn ohjelmointikieleen tai laitteistoon, joten opettaja voi muuttaa järjestelmää tarvittaessa. Laboratoriotyötä voi vielä laajentaa ottamalla mukaan lisätestejä mutta laajennus riippuu laboratoriotyötä hyödyntävän kurssin toteutustavasta.

The subject of this thesis was the creation of a laboratory exercise about programming a PID controller. The purpose was to produce a laboratory exercise for teaching purposes for the Degree Programme in Electrical and Automation Engineering. The objective was that with this laboratory exercise a student would learn how a PID controller works and how to program one.

The Python programming language was used to program the PID controller. An analog process simulator was used to test the PID controller in the laboratory. A USB-1408FS-Plus data logger was used to do the conversions between analog and digital signals. A step response test was conducted to verify that the controller works properly. The step response was then compared to a PID controller made with Matlab Simulink to see how they compare. Based on the results, a working PID controller can be made with Python and the laboratory equipment. A laboratory exercise was produced that can be used to teach the programming of a PID controller in practice.

Laboratory exercise still requires additional testing with real students to see if it works in practice. Fortunately, the exercise is not dependent on the programming language, or the equipment used so the teacher can change the setup if necessary. The plan for the exercise is subject to change over time when areas of improvement are discovered. The laboratory exercise can be expanded with additional tests but that largely depends on the course where the exercise is implemented.