Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC

Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC Jan Beran

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Řízení tepelné soustavy pomocí PLC Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Cíle bakalářské práce • Realizace připojení PLC k tepelné soustavě • Nalezení vhodného pracovního bodu a identifikace soustavy • Návrh regulátoru PI(D) • Realizace řízení tepelné soustavy pomocí PLC • Využití tepelné soustavy jako modelu vytápění objektu (místnosti) a vyzkoušení regulace a dalších funkcí PLC

2


PLC • Řízení se provádělo pomocí PLC AMiNi4DS od firmy AMiT • Popis a grafické zobrazení:

3


Model tepelné soustavy • Model simuluje ohřev, přenos a tepelnou ztrátu teplonosného média (v tomto případě vody) • Model byl rozšířen o teplotní čidlo PT100 měřící teplotu vzduchu procházející výměníkem voda/vzduch

4


5


Propojení PLC s modelem tepelné soustavy • K propojení byl vyroben propojovací kabel pomocí konektoru CONN 25 a 25-ti žilového IDE kabelu • Zapojení pinů a konektorů svorek: Pin 11 12 13 17 19 20 23 24

Signál konektoru Měřená veličina y1 Měřená veličina y2 Měřená veličina y3 GND Ventilátor 2 Čerpadlo Ventilátor 1 Topení

Směr výstup výstup výstup ---vstup vstup vstup vstup

Napěťová úroveň 0 - 10V 0 - 10V 0 - 10V 0V 0 - 10V 0 - 10V TTL TTL

6


Identifikace • Identifikace soustavy byla provedena na základě naměřené přechodové charakteristiky, která byla následně zpracována v programu Matlab • Pro naměření přechodové charakteristiky byl vytvořen jednoduchý program na ovládání prvků soustavy a archivaci teplot • Nejprve bylo provedeno měření při různém výkonu čerpadla • Na základě zvoleného výkonu čerpadla se měřila přechodová charakteristika • Matlab • Využití funkce „Ident“ • Výstupem je aproximovaná funkce a její přenos 7


Porovnání charakteristiky na základě výkonu čerpadla 40

35

Teplota [°C]

30 25% 50%

25

75% 85% 20

95%

15

10 0

20

40

60

80

100 Čas [s]

120

140

160

180

8


Naměřená přechodová charakteristika 60

55

50

Teplota [°C]

45

40

35

30

25

20

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Čas [s]

9


Zpracování v Matlabu

10


Přenos systému • Přenos 1. řádu s dopravním zpožděním: • Přesnost 97,03% •

• Přenos 2. řádu s dopravním zpožděním: • Přesnost 97,79% •

11


Návrh parametrů PID regulátoru • Využití metody Chien, Hrones a Reswick: • K = 0,095639 • Ti = 675,4358 • Td = 58,1901

• Pomocí simulace doladění parametrů: • K = 0,12 • Ti = 660 • Td = 35

• Zvolen přírůstkový tvar rovnice pro výpočet akčního zásahu: • u(k) = (Td+(Td/Ti)+Td*K)*e(k) - (Td+2*(Td*K))*e(k-1) + (Td*K)*e(k-2) + u(k-1) • Opět pomocí simulace doladění parametrů: • K = 0,11 Ti = 540 Td = 17,5 12


Regulovaný průběh - simulace Porovnání regulátoru realizovaného náhradním obvodem a realizovaným regulátorem 25

20

15

10

5

Náhradní obvod Realizovaný regulátor 0

0

100

200

300

400

500

600

700

Time

13


Regulovaný průběh 40

Teplota [°C]

35

30 Teplota y1 Teplota y2 Teplota y3 25

Teplota y4 Žádaná hodnota

20

15 0

50

100

150

200

250

300 Čas [s]

350

400

450

500

550

14


Obrazovky • AMiNi4DS nabízí možnost programovat obrazovky PLC a provázat skrze ně ovládání a sledování programu přímo na PLC. • Příklady obrazovek vytvořených pro tuto úlohu:

15


Vizualizace • K tvorbě využit servisní program ViewDet • Vizualizace se tvoří na tzv. scéně jednoduchým přidáváním scénických prvků • Scénické prvky: • • • • •

Inspektor Matice, proměnná, text Archiv, PC Archiv Provozní deník Časový plán

16


Vizualizace

17


Časové plány • Aplikován 12ti hodinový interval s teplotami vyššími o 10 °C oproti návrhu, jaký by se aplikoval na reálnou soustavu • Výsledný průběh pro měření s nastavení pro všední den: 35

32

Teplota[° C]

30

28

25

Měřená teplota y4 Žádaná hodnota teploty y4 0

0.5

1

1.5

2 Čas [s]

2.5

3

3.5

4 4

x 10

18


Zhodnocení dosažených výsledků • Připojení PLC • Snadné, relativně intuitivní

• Tvorba programu a vizualizace • Programem DetStudio vytvořen program pro ovládání, řízení a časové plány modelu soustavy • V programu ViewDet vytvořena grafická vizualizace pro ovládání, monitorování a sběr dat z modelu tepelné soustavy

• Identifikace • Kvůli počtu měření časově náročnější • Práce s programem Matlab přinesla veliké zjednodušení identifikace

19


Zhodnocení dosažených výsledků • Návrh regulátoru • Důležité zvolit správnou metodu pro výpočet parametrů • Obtížné zvolit správný výpočet akčního zásahu regulátoru, při použití v číslicové oblasti

• Regulace • Zkoušen byl i Smithův prediktor, ale nepodařilo se realizovat správný výpočet • PID regulátor má relativně rychlý náběh, dobré držení ustálené hodnoty, ale pomalejší reakci na chybu

• Časové plány • Díky rozsáhlé podpoře relativně snadná tvorba a nastavení • V programu ViewDet snadná a intuitivní editace 20


Děkuji za Vaší pozornost

21

Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC

Recommend Documents