Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop input

PIC, AVR, Arduino, Raspberry Pi, Basic Stamp, PLC mm.
Taiga
Inlägg: 9
Blev medlem: 22 februari 2016, 22:19:38

Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop input

Inlägg av Taiga »

Hej alla
Jag är helt ny microdatorer och styrsystem. Som gamla teletekniker och radioamatör så har jag ett elektronikintresse och lite grundläggande koll.
Men nu har jag ett projekt jag inte alls behärskar.

Jag har skaffat mig ett större gammal elverk som suttit i ett fartyg för länge sedan. Så en del reglerkretsar fattas. Det fungerar fint men fram till nyss så har man reglerat dieselmotorns varv (och därmed frekvens/spänning ut) med en arm på bränslepumpen och låser den med najtråd.

Planen jag har är:
Jag har köpt en elektronisk frekvensmätare (Trumeter APM Frequency Meter) vars primära uppgift är att stiligt visa aktuell frekvens på utspänningen. Men mätaren har också två utgångar som kan programmeras till 4-20 mA Current Loop givare, vars tröskelvärden kan programmeras i mätaren. Så jag kan alltså enkelt få ut en 4-20 mA Current Loop signal som är direkt proportionerlig till aktuell frekvens.

Jag har också skaffat ett 5v RC (hobby) servo som styr armen för varvtal på bränslepumpen på motorn. Än så länge har jag bara skaffat ett enkel styrkort till servor som gör att jag med två pottar kan ställa in stå fasta lägen (tomgång / drift) och växla mellan dessa med en knapp.

Projektet jag behöver hjälp med är en enkel microdator-lösning där jag kan läsa av 4-20mA signalen (verkar finnas färdiga sådan hattar till vissa enkortsdatorer?), och utefter den signalen reglera servot så att ett visst värde på 4-20mA signalen hålls kontinuerligt. En enkel ingång för att med en brytare låta servot ta ned ned motorn i tomgångsläg behövs också, och ett sätt att enkelt justera servots läge i tomgång med typ en pott.

Tanken är att microdatorn ska styra gaspådraget på motorn så att 50hz utspänning hålls.

Elverket är ett lite större kommersiellt (10kva), drivs med en 1,8 liter fyrcylindrig diesel på 1500 varv. Så motorn ska klara sig ganska bra att hantera olika belastningar med den interna mekaniska regleringen, men jag vill ha denna elektroniska för att garantera 50hz utan massa små manuella justeringar under drift.

Spontant känns det som att det inte bör vara allt för komplicerat ?

Finns det någon som har lust att hjälpa mig med detta? Jag kommer i så fall behöva ganska mycket hjälp med val av microdator, styrkort etc och all programmering.

Någon?
Senast redigerad av Taiga 19 februari 2019, 17:17:44, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Icecap »

Att mäta frekvensen med en µC (mikrocontroller) är inget större problem alls. Att gå omvägen via 4-20mA känns onödigt men såklart kan det gå också.

Att skapa en PI(D)-reglering för att ställa frekvensen rätt är inget större problem heller.
Att koppla in en brytare för att kunde ställa den till "tomgång" (eller vad man vill) går mycket bra också.

Jag vet inte vad ett "hubbyservo" är men om du menar RC-servo är det mycket enkelt att skapa signal till att styra det.

Så allt i allt är det ett rimligt enkelt projekt - men inte utan sina utmaningar.

Elverket lär ju - med tanke på typ - ha ett startbatteri på 12V som kan användas för att driva elektroniken.

Min lösning hade varit att ta en lämplig PIC18F<nånting> med en keramisk resonator som kristall. Det ger skaplig noggrannhet men tål vibrationer rimligt bra.

Frekvensen kan mätas via en optokopplare som kopplas till en Capture-ingång, detta ger då mycket exakt mätning.
Det svåraste är nog parameterna för PI-regleringen och de är inte så himla svåra att lösa heller, man kan testa sig fram lite.
Taiga
Inlägg: 9
Blev medlem: 22 februari 2016, 22:19:38

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Taiga »

Ok, som ny på området så gav det tyvärr ingen direkt hjälp.

Jag avser nog absolut använda 4-20mA signalen för att detektera frekvensen eftersom den givaren i alla fall där för frekvensvisning.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Icecap »

Då förstår jag inte vad du söker.
Letar du efter någon som gör jobbet åt dig ska du lägga det under Jobb/Tjänster.
Taiga
Inlägg: 9
Blev medlem: 22 februari 2016, 22:19:38

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Taiga »

Några ”det är inga problem” stycken är inte speciellt förklarande och hjälpsamt för någon som är ny inom ett område.
bearing
Inlägg: 11229
Blev medlem: 2 mars 2006, 01:01:45
Ort: Ängelholm

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av bearing »

4-20mA-signalen läses enkelt med ett 200ohm motstånd. Då kommer AD-omvandlaren mäta 0,8 - 4V i detta strömintervall. (Spänningar nära 0V och 5V kan då anses vara orimliga, och programmet får stänga ned motorn.)

Sen får programmet göra en beräkning/reglering, och skapa en puls som varierar från 1-2ms med 20ms intervall.

Föreslår att använda en Arduino eftersom att det är enkelt att få igång text-kommunikation med en dator, vilket gör det smidigt att få information om programmets gång, vid testning och felsökning. Behövs ingen avancerad Arduino, utan enklast möjliga med USB-anslutning duger. Föreslår en Uno, som har ett par skruvhål för montering, samt kan paras ihop med en "sköld" om det skulle önskas senare.

Du behöver även spänningsmatning till Arduinon och servon, men det antar jag att du redan ordnat eftersom att du kan köra servon.
Användarvisningsbild
Micke_s
EF Sponsor
Inlägg: 6741
Blev medlem: 15 december 2005, 21:31:34
Ort: Malmö

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Micke_s »

Kan även vara värt att köra 47ohm istället och 1v ADC ref. Då kan du sätta en zener parrallelt med 47ohm på t.ex. 3.6v för skydda arduinon vid kortslutning i loop:en.

Matningen för loopen kan du skydda med en polyfuse. LT3082 är ett annat alternativ
Taiga
Inlägg: 9
Blev medlem: 22 februari 2016, 22:19:38

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Taiga »

Hur svårt är det att lära sig programmera en Arduino för något sådant här? Är det något man kan lära sig på egen hand ?
Användarvisningsbild
Zyxel615
EF Sponsor
Inlägg: 1839
Blev medlem: 9 november 2005, 21:20:43
Ort: Kiruna

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Zyxel615 »

Som vanligt är det svårt att säga hur svårt något är :) En fördel med Arduino är ju all exempelkod som finns, vilket gör det lättare att komma igång (tycker jag). Det kräver dock ett visst intresse av att lära sig programmering med C.

Jag skulle börjat med att skissa upp hur systemet ska fungera, och bryta ner det i mindre delar. Exempelvis:

Mätning av frekvens -> Reglerloop (PID-reglering) -> Styrning av RC-servo

Som del av mätning av frekvens behöver då tex. ingångsskydd lösas. Tidigare inlägg har redan nämnt att avkänningen relativt enkelt kan lösas direkt med ett lämpligt program i mikrokontrollern. Reglering med PID finns det en del mer eller mindre bra beskrivningar av hur den fungerar, jag har lärt mig grunderna genom att läsa en del och experimentera med en enkel temperaturreglerkrets. Styrningen av RC-servot finns det färdiga exempel när man installerar Arduinos utvecklingsmiljö har jag för mig.

Det verkar som ett trevligt projekt, hoppas det går bra och bygger du nåt förväntas bilder i en projekttråd :)
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Icecap »

Hur svårt det är att lära sig att programmera?
Tja - hur svårt är det att lära sig cykla?

Vissa tar till sig mycket snabbt, andra behöver träna i 3 evigheter. Och det samma gäller med programmering.

Sedan är det ingångsskydd osv. Där brukar "vi kunniga" att luta sig mot erfarenheten vilket i sin tur betyder att vi har gjort bort oss X gångar innan det gick bra.

Så din fråga är omöjlig att svara på då vi inte känner <dig> och <dina> förutsättningar.

Du vill använda 4-20mA frekvensmätningen - och det går lika bra som att låta en µC mäta själv.
Problemet är att OM den frekvensmätningsenhet fallerar kommer hela styrningen att fallera.

Alltså är frekvensmätaren en onödig komponent för att ingå i regler-loopen.

Men såklart kan du använda den om du vill, du ska bara ha klart för dig att den komponents funktion då MÅSTE finnas för att regleringen ska kunde fungera. Det kan såklart vara ett annat märke eller liknande.

Drivningen av RC-servon anser jag ska ske via ett drivsteg, detta säkrar att OM det händer något otrevligt med RC-servon eller dess anslutning bränns µC'n inte i småbitar. Detta baserar jag på erfarenhet.

RC-servons strömmatning ska i övrigt vara separat från styrningens matning, igen av säkerhetsskäl/erfarenhet.
Användarvisningsbild
AndLi
Inlägg: 17044
Blev medlem: 11 februari 2004, 18:17:59
Ort: Knivsta
Kontakt:

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av AndLi »

Å andra sidan är ju frekvensmätningen den bit av hårdvara som kopplas mot högre spänning. Jag hade också satsat på en färdig modul för det.. Men det beror ju på mål med projektet..

Jag tror du reder ut programmeringen...

Det behöver väl knappt bli ens 20 rader kod...

Köp ett arduino startkit på kjell och börja testa!
Användarvisningsbild
adent
Inlägg: 4094
Blev medlem: 27 november 2008, 22:56:23
Ort: Utanför Jönköping
Kontakt:

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av adent »

Om du är radioamatör, har grundläggande koll på el och teknik och dessutom är intresserad så skulle jag säga att du kommer lära dig grundläggande programmering med en Arduino lätt och
smidigt och du kommer tycka det är kul också!

Börja där tycker jag! Lägg gärna till i din profil ungefär var du bor så blir det lättare att få hjälp.
Om du är medlem i en amatörradioklubb finns det garanterat någon där som kan. Eller försök hitta en Makers-förening i närheten, de kan också hjälpa till.

Lycka till!

MVH: Mikael

p.s. Ta inte Icecaps ord för hårt, han är duktig, men kanske inte den mest ödmjuke/pedagogiska alla gånger.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26105
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Icecap »

Och medan jag är opedagogisk: jag anser att el-verket ska kunde startas "lugnt", alltså att det inte ska startas med en rusning.

Detta sköter man vid att först mäta frekvensen kort efter start.
Den frekvens reglerar man sedan emot - vilket just i starten ger tomgång.

Men via systemtimern ökar man stegvis den önskade frekvens så att den till slut blir 50Hz.
Därmed bör el-verket skruvas upp "långsamt" till rätt resultat utan att gasa på som en tok.

Hastigheten som det ska skruvas upp med får man testa fram.
bearing
Inlägg: 11229
Blev medlem: 2 mars 2006, 01:01:45
Ort: Ängelholm

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av bearing »

Ja det är ju en bra idé. En fin sak med styra med sitt egna program, jämfört med t.ex. en mekanisk varvtalsregulator, är ju att man kan lägga in smarta funktioner, som t.ex. varmkörning av motorn, mjukkörning innan stopp, och liknande, i programmet.

Vore det en fördel att styra en trefaskontaktor, så att anslutna förbrukar endast kopplas in när generatorn ger rätt frekvens och spänning?
Eller är det bättre om motorn rampar upp med förbrukarna anslutna, så att den inte helt plötsligt får en stor last med hög inrusningsström, när kontaktorn sluts?

Har generatorn någon ingång för att styra fältet, och därmed amplituden på spänningen?
Taiga
Inlägg: 9
Blev medlem: 22 februari 2016, 22:19:38

Re: Hjälp sökes. Styra servo utefter 4-20 mA Current Loop in

Inlägg av Taiga »

Tack för alla svar. Det låter som ett görbart projekt i alla fall då :) Att attackera problemet i moduler låter vettigt.

Jag har en kontaktor som kommer styras direkt av en annan utgång på Trumeter mätaren, och bara tillåter att kontaktorn sluts om frekvensen är inom mina gränsvärden, men det sköts direkt av Truemeter instrumenten och enkelt programmerbara parametrar. Utgången är digitalt öppen eller sluten. Jag kan även välja att låta den utgången aktivera stopp solonoiden på motorn om jag vill nödstoppa helt, men det är knappat nödvändigt. Om lasterna kopplas ur om nått drar iväg räcker. Frekvenmätaren (Truemeter) skall i alla fall användas för att optiskt presentera aktuell frekvens. Den har hög noggrannhet och utgång för 4-20ma signal så det känna bra att använda den även för varvtalsstyrning. Generatorn har intern fältstyrning, det sitter en modul för det. Men den tänkte jag inte röra i mer än justera in den när jag säkerställt stabil frekvens.

Så backup om något drar iväg finns. Jag litar mer på Trumetern än en Arduino vad gäller tillförlitlighet. Planen är att låta Trumeter styra kontaktorn och vara ”backup” system, och använda Arduino för att bara justera varvtalet.

Jag får dyka ned i Google och börja sätta mig in i programmeringen :)
Skriv svar