VŠB-TU Ostrava
2006/2007
Prost edky automatického ízení Úloha . 5
Dvoupolohová regulace teploty
M eno dne: 11.4.2007
Vypracoval: Petr Osadník Spolupracoval: Petr Š evík
Zadání 1. Zapojte laboratorní úlohu dle schématu. 2. Zjist te a zhodno te p esnost a kvalitu regulace v závislosti na poloze senzoru v regulované soustav .
Teoretický úvod Dvoupolohová diskrétní regulace je nejrozší en jší a nejjednodušším typem regulace v bec. Lze se s ní setkat i v domácích spot ebi ích – regulace teploty žehli ky, chladni ky aj. Podstatou dvoupolohové regulace je udržování regulované veli iny mezi horní a dolní mezní hodnotou. Lze si to p edstavit na asovém pr b hu regulované veli iny y, v našem p ípad jí bude teplota.
Obr. 1 a) Pr b h regulované veli iny y p i dvoupolohové regulaci b) Pr b h ak ní veli iny p i dvoupolohové regulaci V okamžiku zahájení regulace dojde k sepnutí ak ní veli iny u (p íkon do topného t lesa), nebo regulovaná veli ina y je pod horní i dolní mezí. Teplota postupn nar stá a v okamžiku t1 dosáhne horní meze, p i které dojde ke skokové zm n ak ní veli iny na nulu a tím odpojení p íkonu od topného t lesa. Teplota klesá od bodu 1 do bodu 2. Protože podstatou dvoupolohové regulace je udržování regulované veli iny y ve vytý eném rozmezí, je z ejmé, že p i poklesu na dolní mez se musí op t sepnout topný p íkon. To nastane v ase t2, Obr. 1. K dvoupolohové regulaci je zapot ebí dvoupolohového regulátoru, jehož výstupní signál u nabývá pouze dvou hodnot 1 nebo 0 (topný p íkon sepnout/rozepnout). Jeho vstupní veli inou je informace sníma e teploty o skute né teplot regulované soustavy. Regulátor v této úloze je typu Zepakomp, sníma teploty je typu B 511. Výstupní signál regulátoru Zepakomp je nevýkonný, proto k sepnutí/rozepnutí elektrického p íkonu do regul. soustavy slouží triakový výkonový len XJ 4501. Tento len sou asn zajiš uje elektrické odd lení obvod regulátoru od spínaného výkonového odbodu optoelektrickou vazbou.
Schéma Zapojení:
Obr. 2 Schéma zapojení
Postup m ení: 1. Zapojíme úlohu dle obrázku. Pokud je zapojena, zkontrolujeme správnost zapojení. Zapneme napájecí nap tí laboratorního stolu. 2. Podle bodu 2 zadání zjiš ujeme p esnost a kvalitu regulace p i r zných vzdálenostech senzoru od regulovaného soustavy. Regulovanou soustavou je výkonový odpor 5 600Ω. Provedeme m ení alespo pro t i vzdálenosti senzoru, první volte tak, aby senzor byl v ústí odporu. Porovnejte jak p esn je teplota regulována p i r zných polohách senzoru v soustav (odporu), k jak velkým p ekmit m nad horní eventuáln dolní mez dochází.
Grafy Žádaná teplota: 40°C. Rozsah: 38 – 42°C. Vzdálenost sníma e: 0 cm. 4,5 4 3,5 3 U [V]
2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 3 Žádaná hodnota 40°C, Rozsah: 38 – 42°C, vzdálenost sníma e: 0 cm
Vzdálenost sníma e: 1 cm. 4,5 4 3,5 3 U [V]
2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 4 Žádaná hodnota 40°C, Rozsah: 38 – 42°C, vzdálenost sníma e: 1 cm
200
Vzdálenost sníma e: 2 cm. 5 4,5 4 3,5
U [V]
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
as [t] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 5 Žádaná hodnota 40°C, Rozsah: 38 – 42°C, vzdálenost sníma e: 2 cm
Žádaná teplota: 50°C. Rozsah: 48 – 52°C. Vzdálenost sníma e: 0 cm. 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-1 as [s] Ak ní veli ina
Regulová veli ina
Obr. 6 Žádaná hodnota 50°C, Rozsah: 48 – 52°C, vzdálenost sníma e: 0 cm
200
Vzdálenost sníma e: 1 cm. 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-1 as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 7 Žádaná hodnota 50°C, Rozsah: 48 – 52°C, vzdálenost sníma e: 1 cm
Vzdálenost sníma e: 2 cm. 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-1 as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 8 Žádaná hodnota 50°C, Rozsah: 48 – 52°C, vzdálenost sníma e: 2 cm
200
Žádaná teplota: 60°C. Rozsah: 58 – 62°C. Vzdálenost sníma e: 0 cm. 7 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 -1
0
50
100
150
200
250
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 9 Žádaná hodnota 60°C, Rozsah: 58 – 62°C, vzdálenost sníma e: 0 cm
Vzdálenost sníma e: 1 cm. 7 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
as [t] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 10 Žádaná hodnota 60°C, Rozsah: 58 – 62°C, vzdálenost sníma e: 1 cm
200
Vzdálenost sníma e: 2 cm. 7 6 5
U [V]
4 3 2 1 0 -1
0
50
100
150
200
250
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 11 Žádaná hodnota 60°C, Rozsah: 58 – 62°C, vzdálenost sníma e: 2 cm
Žádaná teplota: 70°C. Rozsah: 68 – 72°C. Vzdálenost sníma e: 0 cm. 8 7 6
U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 12 Žádaná hodnota 70°C, Rozsah: 68 – 72°C, vzdálenost sníma e: 0 cm
200
Vzdálenost sníma e: 1 cm. 8 7 6
U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 13 Žádaná hodnota 70°C, Rozsah: 68 – 72°C, vzdálenost sníma e: 1 cm
Vzdálenost sníma e: 2 cm. 8 7 6
U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 14 Žádaná hodnota 70°C, Rozsah: 68 – 72°C, vzdálenost sníma e: 2 cm
200
Žádaná teplota: 80°C. Rozsah: 78 – 82°C. Vzdálenost sníma e: 0 cm. 9 8 7 6 U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 15 Žádaná hodnota 80°C, Rozsah: 78 – 82°C, vzdálenost sníma e: 0 cm
Vzdálenost sníma e: 1 cm. 9 8 7 6 U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 16 Žádaná hodnota 80°C, Rozsah: 78 – 82°C, vzdálenost sníma e: 1 cm
200
Vzdálenost sníma e: 2 cm. 9 8 7 6 U [V]
5 4 3 2 1 0 -1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
as [s] Ak ní veli ina
Regulovaná veli ina
Obr. 17 Žádaná hodnota 80°C, Rozsah: 78 – 82°C, vzdálenost sníma e: 2 cm
Záv r V m ení jsme se seznámili s principem dvoupolohové regulace teploty. Provedli jsme celkem 15 m ení. M ení byly provedeny pro teplotu nastavenou na 40°C, 50°C, 60°C, 70°C a 80°C a to vždy ve t ech vzdálenost snímacího prvku od zdroje tepla (žárovky) - 0 cm, 1cm a 2 cm. Získaná data z aplikace ControlWeb jsme poté zpracovali do graf , z nichž vyplývají tyto poznatky: etnost spínání žárovky je vyšší p i nastavené vyšší požadované teplot , což je zp sobeno velkým rozdílem v i teplot okolí a tedy rychlejším ochlazováním sníma e. Také vzdálenost sníma e od žárovky ovliv uje frekvenci spínání. Je – li vzdálenost v tší je ochlazování pomalejší a tedy rovn ž frekvence spínání je menší.
