Part C 2.1 Recircularea apein funcie de configurare, apa poate fi transferat n bazinul n bazinul inferior B101 sau pompat n bazinul superior B102. Pompa poate fi operat activnd sau dezactivnd alimentarea de 24V ( ieirea 3)Alternativ, poate fi alimentat variabil cu o tensiune de control ntr-un interval de la 0 la 10V (ieirea analogic 0). Semnalul de comand este amplificat cu ajutorul unui controller. Tipul de control utilizat (on/off sau analogic) este selectat cu un ajutorul unui releu de comutare (ieirea 2).

Deschidei FluidLabPA.

Selectai meniul SetupIeirile pot fi activate cu cursoarele din interfaa cu utilizatorul.

Digital Releu

Analogic

Experiment: utilizarea pompei cu valori variabile de tensiuneIntroducei fiecare din valorile de mai jos n meniul Setup i notaii observaiile.

Nr.Ieiri digitaleIeiri analogice(setate din slidere)Pompa(Observaii)

1.A3 = onA2 = off0VPompa funcioneaz la vitez mare.

2.A3 = onA2 = on0VPompa este oprit.

3.A3 = offA2 = on4VPompa funcioneaz la vitez mic.

4.A3 = offA2 = on8VPompa funcioneaz la vitez mare.

5.A3 = offA2 = on10VPompa funcioneaz la vitez maxim

2.2 Msurarea presiunii n timpul recirculriiPresiunea joac un rol important n sistemele cu fluide. n practic, presiunea se modific din cauza reaciilor care au loc n amestecuri, n timpul filtrrii sau recirculrii i trebuie s fie n mod continuu nregistrat. Pentru a putea citi valoare cu ajutorul unui PC, manometrul cu indicator este nlocuit cu un sensor de presiune. De regul, senzorii de presiune necesit 24V tensiune de alimentare i genereaz un semnal de tensiune analogic n intervalul 0-10V, care este proportional cu presiunea.Scopul senzorului de presiune este de a msura presiunea lichidului direct n avalul pompei. Potrivit datasheet-ului, senzorul citete o tensiune ntre 0-10V ntr-un interval de presiune de 0-400 mbar.

Senzor de presiune

Determinai factorul si offset-ul: calculai valoarea fizic afiat(physical value):Physical value = tensiune senzor factor + offsetFactorul se calculeaz dup cum urmeaz:Urmtoarele date sunt specificate pentru senzor: o gam de presiune de la 0 la 0,4 bari i o gam de tensiune de la 0 la 10 V.

Setrile implicite: factor = 0,04 si offset = 0.0 (a se vedea figura de mai jos)

24311

1.Tensiune citit de sensor ;2.Factor ;3.Offset ; 4. Semnalul poate fi filtrat (atenuat). Cu ct este mai mare numrul, cu att mai mare este atenuarea.

n scopul de a asigura o reprezentare corect a proporiilor n diagrame, este important a introduce mereu valoarea maxim fizic i unitatea de msur corespunztoare (a se vedea cele dou coloane din dreapta n captura de ecran).

Sarcin

La o presiune de la 0 la 10 bari, senzorul de presiune citete o tensiune ntr-un interval de 2 - 10 V.Calculai factorul i offset-ul.

2.2.3 Experiment: msurarea presiunii cu ajutorul unui senzor de presiuneAcionai pompa cu urmtoarele trei valori de tensiune i notai ceea ce observai n csua corespunztoare presiunii din software.

Nr.Ieiri digitaleIeiri analogiceAfiaj presiune(Observaii)

1.A3 = onA2 = off0V0,3 bari

2.A3 = offA2 = on5V0,1 bari

3.A3 = offA2 = on10V0,27 bari

2.3 Msurarea debitului

Scopul senzorului de debit este de a msura debitul volumetric al pompei. Lichidul curge prin traductor ceea ce produce rotirea unei palate. Paleta are un sensor inductive care genereaz impulsuri. Impulsurile sunt convertite ntr-o tensiune care este proporional cu debitul volumetric.

La un debit volumetric ntre 0 i 7.5 litri pe minut, senzorul de debit genereaz un semnal de tensiune ntr-un interval de 0 10 V.

Setare factor si offset: valoarea fizic afiat este calculate dup cum urmeaz:

Debitul este exprimat n litri/minut, factor = 0,75 ; offset = 0;

2.3.3 Experiment: msurarea debitului cu ajutorul unui senzor de debit

Modificai viteza pompei setarea tensiunii de alimentare cu trei valori diferite i notai cee ace observai pe ecran la afiajul debitului.

Nr.Ieiri digitaleIeiri analogiceAfiaj debit(Observaii)

1.A3 = onA2 = off0V4,4 l/min

2.A3 = offA2 = on5V1,1 l/min

3.A3 = offA2 = on10V4,3 l/min

2.4 Determinarea nivelului de umplere al rezervorului superior

Senzorul ultrasonic msoar distana i poate fi folosit pentru a determina nivelul de umplere. Undele ultrasonice sunt refractate la suprafaa apei i apoi se ntorc la sensor. La o distan de 50 pn la 270 mm de ap, senzorul citete o tensiune ntr-un interval de la 0 la 10V. Senzorul ultrasonic este ataat la interiorul capacului rezervorului B102, de unde msoar nivelul de umplere.

Senzor ultrasonic

Configurare

Setai valvele, astfel nct sa poat fi pompat lichid n rezervorul de sus: V101 deschis, V103 deschis, V102 aprox. 5% deschis.- Pornii software-ul i deschidei meniul "Setup".- Setai factorul si offset-ul

Valoarea fizic afiat se calculeaz dup cum urmeaz:

n funcie de mrimea fizic afiat, factorul i offset-ul sunt introduse dup cum urmeaz:

Urmtoarele se aplic n cazul unui semnal dat de sensor ntr-un interval de la 0 pn la 3 litri i o tensiune ntre 0 i 10V:

Nivelul de umplere exprimat n litri : factor = 0,27;offset = 0Nivelul de umplere exprimat n mm: factor = 22;offset =0;

Semnalul senzorului are o raz de aciune ntre 0 i 2,7 l, ceea ce corespunde unui interval de 0 - 10 V. Datorit faptului c fundul rezervorului este conic, msurarea ncepe de la poriunea cilindric a rezervorului i aproximativ primii 0,5 l sunt neglijai n acest exemplu.

2.4.3 Experiment: msurarea nivelului de umplere cu ajutorul unui senzor ultrasonic

Umplei rezervorul B102 superior dup cum este indicat n tabel i completai cu observaiile fcute.

Nr.Ieiri digitaleRezervor B102, senzor nivel de umplere(litri)Observaii

1.A3 = offA2 = offGol = 0,05B102 este gol.

2.A3 = onA2 = offAprox. 50% plin = 1,5 litri100% plin = 2,95 litriValoarea crete.Rezervorul se umple.

3.A3 = offA2 = offValoarea scade.Rezervorul se golete. Robinet de golire deschis: apa curge napoi prin pomp.

4. Reglare n bucl nchis

Un circuit de control const ntotdeauna dintr-unu dispozitiv de control (controller cu bucl nchis) i un dispozitiv care trebuie reglat(sistem controlat), de exemplu un sistem de reglare a nivelului.

Sarcina controller-ului n bucl nchis este de a controla sistemul astfel nct acesta s pstreze valoarea de referin w. Valoarea real x este msurat n mod continuu i este comparat cu valoarea de referin w n acest scop. Regulatorul calculeaz variabila manipulate y. Aceasta influeneaz procesul prin intermediul unui element de control final.

Cunoaterea caracteristicilor sistemului controlat este esenial pentru alegerea i ajustarea regulatorului. Acestea sunt de obicei determinate n timpul unei probe experimentale.

Controllere continue i bipoziionaleValoarea real este msurat folosind senzori analogici pentru ambele tipuri de controllere. n cazul controllerelor bipoziionale, variabila manipulate are doar dou stri (on/off) . n cazul celor continue, variabila manipulat este afiat ntr-o manier reglabil ( de exemplu ntre 0 i 10V).

Caracteristicile sistemului de fa, rezervor B102 vor fi descrise dup cum urmeaz:Cazul I: rezervorul nu are scurgeren acest caz, rezervorul este caracterizat de un integrator, fiind umplut ntr-un mod linear.

Simbol:

TimpReferinaNivel umplere

Cazul 1 : bazinul are o scurgereDac apa este evacuat n acelai timp, printr-un robinet de golire, rezervorul reprezint un sistem PT 1 (sistem cu egalizare).

Simbol 63%ReferinaNivel umplere

Sistemele care prezint aceste caracteristici sunt numite sisteme de ordinul 1. Variabila caracteristic este constanta de timp T [secunde]. Aceasta reprezint timpul necesar pentru a atinge aproximativ 63% din nivelul final. Cum performana sistemului variaz, circuitul de control, de asemenea, rspunde diferit.ntrebri

Cum se comport sistemul cu integrator atunci cnd pompa este oprit n timpul umplerii rezervorului de sus?Nivelul de umplere rmne constant.

Cum se comport sistemul PT1 atunci cand pompa este oprit n timpul umplerii rezervorului de sus?Nivelul scade pn cnd rezervorul este golit.

4.1 Controlul nivelului cu ajutorul unui controller cu dou striVor fi efectuate dou experimente pentru a observa modul n care ivelul lichidului din rezervorul superior poate fi meninut constant. Exist diferite metode: Pornirea i oprirea pompei: control cu doar dou stri Modificarea tensiunii de intrare a pompei: control analogic

Ca variabile perturbatoare pot fi incluse, de exemplu, deschiderea i nchiderea supapelor V101, V102 sau V103.

Experiment: controlul nivelului de umplere cu ajutorul unui controller bipoziionalReglarea nivelului de umplere n rezervor va efectuat cu pompa n modul binar (on/off). n exemplul cuernt pompa va fi oprit i pornit prin intermediul unui controller software.Valorile din circuitul de comand sunt specificate ntr-o maniera standardizat, adic 0 i 1 sau 0 i 100%. Aceste valori sunt frecvent convertite n valori fizice pentru utilizator, de exemplul, astfel nct nivelul poate fi specificat n litri sau nivelul apei n mm.Notaii:Termen SimbolReferinwValoare realxHisterezis sdVariabil manipulat(pomp on/off)y

Ca o regul, histerezis-ul, sd este la mijlocul valorii referinei.

suprareglajvaloare real

referin

variabil manipulat

Diverse setri trebuiesc efectuate n scopul de a testa performanele. Pentru a putea trage concluzii asupra sistemului, este recomandabil s se schimbe un singur parametru la un anumit moment.

Pornii software-ul i deschidei meniul Closed-loop control 2 points Setai ieirea digital A3 conform valorilor de referin i a histerezisului din tabel Efectuai experimentul pentru fiecare set din tabel i notai observaiile

Valoarea de referinSuprareglaj sdPerturbaia z ( supap manual V103)Observaii

1.0,20,0510% deschis Frecven de comutare mare, se umple repede, se golete ncet.

2.0,40,0510% deschisFrecven mare de comutare, se umple relativ repde, se golete cu o vitez medie.

3.0,60,05Frecven mare de comutare, se umple ncet,se golete repede

4.0,40,0110% deschisFrecven de comutare mai mare

5.0,40,110% deschisFrecven de comutare mai mic

6.0,40,140% deschisSe umple foarte ncet, se golete foarte repede.

Comportamentul sistemului pentru diferite valori din tabel

ntrebri

Ce influen are histerezisul asupra sistemului?Cu ct diferena de comutare este mai mic, cu att crete frecvena de comutare i ct i eroarea de urmrie. O frecven mare de comutare poate duce la uzarea rapid n timp a actuatoarelor.

Cum afecteaz perturbaia rezultatul experimentului?Cu ct perturbaia este mai mare, cu att rezervorul este umplut mai ncet.

Utilizarea practic a controllerelor bipoziionale

Controllerele bipoziionale sunt utilizate pentru sistem precum: fiare de clcat, frigidere, calorifere, niveluri de umplere etc. Aceste sisteme au o constant de timp mare.

4.2 Controlul nivelului cu ajutorul unui controller continuu

n cazul n care nicio abatere nu este permis n sistem, trebuiesc utilizate controllere continue. Acestea sunt caracterizate de o variabila manipulat analogic de exemplu, n cazul n care senzorul genereaz un semnal analogic. n funcie de funcia de transfer, variabila manipulat se calculeaz cu ajutorul diferitelor formule matematice.

Urmtoarele funcii ale regulatorului pot fi utilizate:

ControllerSimbolFormul

Controller P- factor de amplificare- eroarea ()

Controller I constanta de timp de integrare suma erorilorEroare se adauga la fiecare ciclu.

Controller PIReglare si timp resetare( perioada de eantionare, durata unui ciclu

Controller PID constant de timp de derivare

ObservaiePompa trebuie s funcioneze n modul analogic pentru reglare continu, cu o tensiune ntre 0 i 10V. Releul de comutare trebuie setate cu A2=1.

Experiment: controlul nivelului de umplere cu un controller continuu

Pornii software-ul i deschidei meniul Closed-loop Control continuous Verificai setrile: setai A2=1 si specificai valoarea de referin Realizai experimentul cu controllerele P, I i PI Adugai observaiile fcute n tabelele de mai jos

Releu comutare pe mod analogic A2=1Selectare pomp

Setare valoare de referin

Setare factor de amplificare

Pornire

ObservaieGolii rezervorul superior nainte de fiecare pornire!

Experiment: controlarea nivelului de umplere cu ajutorul unui regulator proporional

Realizai experimentul pentru fiecare set de valori din tabel Notai observaiile

Nr.Referina w, valoare fizicReferina w, valoare standardizatFactor de amplificare Perturbaia z, valva V103Observaii

1.1 litru0,30,510% deschisSe observ o eroare seminficativ

2.1 litru0,3210% deschisScadea eroarea

3.1 litru0,31010% deschisEroarea continu s scad.Controller-ul tinde s oscileze.Rezervorul se umple ncet, se golete repede.

4.1 litru0,350% deschisEroarea scade la 0

5.1 litru0,3520% deschisEroarea este mare, precum i variabila manipulat

6.2 litri0,25100% deschisVariabila manipulat este egal cu 1

Ce caracteristici prezint fiecare sistem n parte?Controller-ul P reacioneaz repede la schimbarea referinei. Eroarea nu este eliminat n totalitate atunci cand se folosete un controller P asupra unui sistem PT1. Cu ct Kp crete cu att eroarea scade.

Experiment: controlul nivelului folosind un controler integrator

Valoarea manipulat a controllerului se calculeaz dup cum urmeaz:Y = numrul total de erori ale sistemului (e: suma) x perioada de eantionare (TA) / constanta de timp de integrare(Ti)

Aceast formul arat clar c Y se schimb rapid de ctre controller atunci cnd Ti este mic, iar Y se modific nceput(controllerul este lent) atunci cnd Ti este mare.S se asigure c Ti nu scade la 0, n caz contrar Y ar fi nedefinit n acest caz. Comutai software-ul pe controller I.Valoarea de referin fizic depinde de mrimea rezervorului i de cazul n care unitatea de msur a nivelului va fi n litri sau mm.

Efectuati experimentul pentru fiecare set de valori din tabel Notai observaiile

Nr.Referina w, valoare fizicReferina w, valoare standardizatConstanta de timp integratoare(Ti)Perturbaia z (valva V103)Observaii

1.-0,3110% deschisController-ul se stabilizeaz ncet

2.-0,30,510% deschisEroarea reacioneaz rapid

3.-0,30,110% deschisEroarea reacioneaz i mai rapid

ObservaieEste posibil ca ntr-un sistem real, stabilizarea s nu aibe loc niciodata, avnd loc oscilaii continuue.

ntrebri

Ce efect are constanta de integrare?Pe msur ce constanta de integrare scade, controller-ul reacioneaz mai rapid.

Ce se poate spune despre eroarea sistemului?Controller-ul I determin apariia suprareglajului. Dup o perioad n care se afl n suprareglaj, revine la zero.

Experiment: controlul nivelului cu ajutorul unui regulator proporional-integral (P paralel i I componente)

n scopul de profita de caracteristicile pozitive att ale regulatorului P ct i ale lui regulatorului I, cele dou vor fi combinate. Acest lucru poate fi realizat n dou moduri diferite:

Controllere sunt conectate n paralel n partea stng i n serie n partea dreapt. n practic, se utilizeaz combinaia din dreapta n conformitate cu DIN 19226.

Realizai experimentul pentru fiecare set de valori din tabel Notai observaiile

Nr.Referina wFactorul de amplificare KpConstanta de timp TnPerturbaia z(valva V103)Observaii

1.0,50,05110% deschisController-ul este foarte lent.

2.0,51110% deschisComponenta P devine mai puternic

3.0,53110% deschisComponenta P devine tot mai puternic

4.0,530,110% deschisComponentele I i P foarte puternice.

ntrebri

Ce se poate spune despre constanta de timp Tn?Cu ct Tn este mai mic, cu att se amplific efectul asupra componentei I.

Ce se poate spune despre eroarea sistemului?Controllerele PI ajustate bine determin un suprareglaj minim i se stabilizeaz ntr-un timp foarte scurt.