LUCRARE DE LICENȚĂ - ACSE Departmentacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/licenta-final.pdf ·...

Universitatea Politehnica București

Facultatea de Automatică și Calculatoare Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor

LUCRARE DE LICENȚĂ

Sistem de reglare a temperaturii, cu

posibilitatea controlului de la distanță,

folosind un automat programabil

Absolvent

Stăncioiu Eugen – Alexandru

Coordonator

Șl. Dr. Ing. Alexandru Dumitrașcu

București - 2013

I

CUPRINS

LISTĂ DE FIGURI ...................................................................................... III

LISTĂ DE TABELE ....................................................................................... IV

Introducere ................................................................................................. 1

CAPITOLUL I ................................................................................................ 3

Tehnologii existente în domeniu .................................................................. 3

1.1 Centrale cu gaz ..................................................................................................................... 3

1.2 Centrale termice în condensare .................................................................................. 4

1.3 Panouri solare ....................................................................................................................... 5

CAPITOLUL II .............................................................................................. 6

Scenarii, cerințe și specificații ..................................................................... 6

2.1 Scenarii ...................................................................................................................................... 6

2.1.1 Uz pentru acasă ............................................................................................................ 6

2.2.2 Uz pentru climatizarea unei sere ....................................................................... 6

2.2.3 Uz industrial ................................................................................................................... 6

2.2 Cerințe ........................................................................................................................................ 7

2.2.1 Încălzire ............................................................................................................................ 7

2.2.2 Răcire .................................................................................................................................. 8

2.3 Specificații ............................................................................................................................... 8

CAPITOLUL III ............................................................................................. 9

Principiul de funcționare .............................................................................. 9

3.1 Arhitectura de principiu................................................................................................... 9

3.2 Implementarea proiectului ..........................................................................................11

CAPITOLUL IV ............................................................................................ 13

Componentele Hardware ........................................................................... 13

4.1 Automatul programabil ..................................................................................................13

4.2 Convertizoare de frecvență .........................................................................................14

4.3 Pompa de apă ......................................................................................................................15

4.4 Ansamblul suflantă – radiator ...................................................................................15

4.5 Relee și siguranțe ..............................................................................................................16

4.6 Senzori .....................................................................................................................................17

4.7 Cană cu încălzitor ..............................................................................................................17

CAPITOLUL V ............................................................................................. 18

Implementarea Software ........................................................................... 18

Sistem de încălzire, cu posibilitatea controlului

de la distanță, folosind un automat programabil

Introducere

II

5.1 Programul ..............................................................................................................................18

5.1.1 Citire și scalare senzori ...............................................................................................18

5.1.2 Controllere ........................................................................................................................19

5.2 Interfața grafică .................................................................................................................20

5.3 Controlul de la distanță .................................................................................................22

5.3.1. Client ..............................................................................................................................23

5.3.2. Server .............................................................................................................................24

CAPITOLUL VI ............................................................................................ 25

Funcționare, grafice, concluzii, perspective de cercetare ........................... 25

6.1 Funcționare ...........................................................................................................................25

6.2 Analiza rezultatelor grafice .........................................................................................28

6.3 Concluzii și perspective de cercetare ....................................................................33

ANEXA A - Schema electrică ...................................................................... 34

ANEXA B – Codul programului ................................................................... 39

III

LISTĂ DE FIGURI

Figura 1.1 – Schemă centrală gaze ................................................................................................................. 4 Figura 1.2 – Sistem panou solar cu circulație indirectă.................................................................................. 5 Figura 2.1 – Instalație industrială de răcire .................................................................................................... 7 Figura 3.1 – Interfață automatizare central pe rumeguș ............................................................................... 9 Figura 4.1 – Automatul Programabil cu modulele de intrare/ieșire ............................................................13 Figura 4.2 – Convertizor Moeller DV51-322-2K2 .........................................................................................14 Figura 4.3 – Convertizor Moeller DV5-322-055 ...........................................................................................14 Figura 4.4 – Pompă de apă ...........................................................................................................................15 Figura 4.5 – Ansamblul radiator-suflantă .....................................................................................................15 Figura 4.7 – Schneider RXM2AB18D ............................................................................................................16 Figura 4.6 – Relee .........................................................................................................................................16 Figura 4.8 - Siguranțe ...................................................................................................................................16 Figura 4.9 – iTEMP TMT181 .........................................................................................................................17 Figura 4.10 – PT100 ......................................................................................................................................17 Figura 4.11 – Senzor poziție O1D100 (lateral) .............................................................................................17 Figura 4.12 – Senzor poziție O1D100 (frontal) .............................................................................................17 Figura 5.1 – Scalare Temperatură ................................................................................................................18 Figura 5.2 – Scalare Distanță ........................................................................................................................18 Figura 5.3 – Protecție rezervor gol ...............................................................................................................18 Figura 5.4 – Controller PI ..............................................................................................................................19 Figura 5.5 – RSView Edit Mode ....................................................................................................................20 Figura 5.6 – RSView Logic and Control .........................................................................................................20 Figura 5.7 – RSView Main Display ................................................................................................................21 Figura 5.8 – Aplicație Android ......................................................................................................................23 Figura 5.9 – Aplicație Server .........................................................................................................................24 Figura 6.1 - Perturbație ................................................................................................................................26 Figura 6.2 – Grafic stabilizare 45°C...............................................................................................................28 Figura 6.3 – Grafic eroare staționară ...........................................................................................................29

Figura 6.4 – Creștere și stabilizare 45-60°C ................................................................................................30

Figura 6.5 – Creștere și stabilizare 60-80°C ................................................................................................30 Figura 6.6 – Scădere logaritmică ..................................................................................................................31 Figura 6.7 – Oscilații uniforme în jurul referinței .........................................................................................32

IV

LISTĂ DE TABELE

Tabel 1 – Ziegler-Nichols ..............................................................................................................................12 Tabel 2 – Taguri RSView ...............................................................................................................................22 Tabel 3 – Date RSLogix .................................................................................................................................41



Introducere

1

Introducere

Automatizările ocupă un rol din ce în ce mai important în evoluția

tehnologiei. Apărute inițial în domeniul industriei, acestea au început să se extindă,

ajungând să fie implementate și în mediul casnic. În viața de zi cu zi există numeroase situații în care suntem nevoiți să

încălzim o incintă sau un fluid, în funcție de diferite condiții. Sunt multe modalități prin care acest lucru se poate realiza, dar acestea

diferă in funcție de costurile necesare, de precizia cu care se poate menține acea

temperatură, de limitările instalației, etc. Soluțiile bazate pe gaze și chiar și cele electrice sunt eficiente, dar sunt

destul de costisitoare în cele mai multe din cazuri, iar cele ce folosesc combustibili solizi necesită alimentarea periodică cu combustibil de către o persoană.

Totuși, folosind echipamente adecvate, acest proces se poate automatiza,

controla și regla, pentru a nu mai fi nevoie de intervenția omului. În acest scop, am realizat automatizarea unei centrale termice pentru

încălzirea unei locuințe, bazată pe rumeguș, un combustibil solid ce se poate găsi fără mare dificultate și la un cost mic.

Aceasta folosește un principiu simplu de funcționare, un buncăr de rumeguș,

din care acesta este tras într-o cameră de ardere folosind un șnec, o suflantă care introduce aer în camera de ardere, diferiți senzori (de temperatură, nivel etc.), relee

și un automat programabil pentru controlul propriu-zis al instalației. Din motive evidente, pentru această lucrare nu am putut efectua un proiect

la scală redusă care să funcționeze pe același principiu (neputând să folosesc o

ardere propriu zisă). Proiectul prezentat se axează mai mult pe partea de automatizare și voi

încerca să simulez acest proces folosind o încălzire electrică a lichidului (în cazul centralei – apa care trece prin calorifere) și un radiator pe partea de răcire (echivalat la o scală mai mică cu cele dintr-o locuință).

În primul capitol am realizat o scurtă prezentare a diferitelor metode de încălzire a unui spațiu cu avantajele și dezavantajele lor. Acestea sunt principii

foarte uzuale pentru încălzirea locuințelor, dar și a altor incinte. Cel de-al doilea capitol prezintă diferite scenarii în care proiectul este

necesar. Sunt explicate mai multe feluri de folosire și este precizat și modul invers

de funcționare al instalației, acela de răcire. Pe baza scenariilor sunt generate mai multe cerințe pentru sistem.

În funcție de acele cerințe, se formulează diferite specificații pe care aplicația trebuie să le îndeplinească, criterii de performanță, alcătuirea interfeței și

alte lucruri necesare. Capitolul 3 conține principiul de funcționare al instalației. Acesta este

împărțit în două subcapitole. În primul dintre ele am explicat cum funcționează centrala pe combustibil solid propriu zisă, cea implementată la o locație.



Introducere

2

Cel de-al doilea subcapitol prezintă implementarea proiectului la scală mai mică, cu scopul de prezentare. Acesta nu poate folosi același principiu de funcționare ca instalația originală din diferite motive de spațiu, organizare,

siguranță, etc. și de aceea este prezentată sub un alt principiu, asemănător cu primul, care încearcă să îl simuleze pe cel inițial.

În cel de-al 4-lea capitol vom discuta despre implementarea hardware a

proiectului. Sunt prezentate componentele folosite, specificații pentru fiecare,

imagini și o scurtă descriere.

Capitolul 5 este constituit din implementarea software. Cu această ocazie este explicat rolul fiecărei componente prezentată în capitolul anterior, felul în care se citesc informații de la senzori și cum este gândită reglarea.

Tot aici este prezentată și interfața grafică, componentele ei, sunt explicate graficele, câmpurile text, etc.

Următoarea parte detaliată în acest capitol este legată de controlul de la distanță. Se specifică modul de funcționare, scriptul VBA pentru citirea valorii introduse dintr-un fișier, aplicația server și aplicația client pentru Android.

Modul de funcționare propriu zis al sistemului este descris în capitolul 6,

unde este explicat fiecare pas din modul în care proiectul rulează. Ulterior sunt analizate rezultatele funcționării, prin graficele generate de

aplicație. Sunt prezentate situații pentru încălzire bruscă, răcire bruscă, urmărirea referinței, rejecția perturbației, suprareglaje și toate celelalte observații utile.

În ultima parte a acestui capitol am menționat câteva concluzii legate de

proiect și perspective de cercetări ulterioare.

După cele 6 capitole prezentate, am adăugat în cadrul anexei A schemele electrice ale proiectului cu toate componentele și conexiunile dintre ele.

Anexa B conține codul programului, cel de limbaj ladder, scriptul VBA, codul

C# pentru aplicația server și cele Java și XML pentru aplicația client Android.



CAPITOLUL I

3

CAPITOLUL I

Tehnologii existente în domeniu

1.1 Centrale cu gaz

Centrala este formată în principiu dintr-o carcasă fixată pe perete, în care se

găsesc: un arzător, o cameră de ardere, un sistem de evacuare a gazelor arse, un

schimbător de căldură principal, o pompă de circulație, un sistem de preparare a apei calde de consum, un robinet cu trei căi, un vas de expansiune, armături

(supape, robinete de umplere, golire și aerisire), senzori și electronică de comandă. Din punct de vedere al preparării apei calde de consum (apă caldă

menajeră, apă caldă sanitară) ele pot fi cu prepararea instantanee a apei sau cu

acumulare (cu prepararea apei în prealabil). Prepararea apei calde de consum se face cu ajutorul agentului termic produs de centrală.

În cazul preparării instantanee apa caldă este produsă în momentul apariției cererii de consum. Prepararea se face comutând agentul termic de la instalația de încălzire la un schimbător de căldură cu plăci. Corelarea fluxului termic necesar

producerii apei calde cu cel produs prin ardere este dificilă. Există două soluții: - Se optează pentru un debit de apă fix (cât curge la un robinet) cu o

diferență de temperatură fixă, caz în care automatizarea arzătorului este simplă, dar centrala nu este flexibilă la cererea de apă caldă: poate servi doar un robinet, care nu poate avea debit mic, nu se poate face

economie de apă caldă. Soluția este însă ieftină. - Se optează pentru flexibilitate, ceea ce necesită modularea flăcării

(reglarea puterii flăcării prin cantitățile de gaz și aer introduse în camera de ardere), ceea ce conduce la o soluție mai scumpă.

În cazul preparării apei calde în prealabil, aceasta se face într-un vas,

încălzit de agentul termic. Soluția este flexibilă, simplă, dar mai voluminoasă și mai scumpă, datorită vasului de acumulare. În plus, din vasul de acumulare căldura se

pierde puțin câte puțin în mediul ambiant, așa că centrala consumă combustibil și în absența solicitării de apă caldă.

Din punct de vedere al tirajului, centralele de perete pot fi cu tiraj natural

sau forțat. În cazul celor cu tiraj natural (zise și cu arzător cu aer autoaspirat) aerul necesar arderii este preluat la fel ca la o sobă obișnuită, din incinta în care se află

centrala, iar gazele de ardere sunt evacuate în exterior printr-un coș de fum, cu ajutorul tirajului realizat de acesta. Camera de ardere este deschisă, adică comunică

cu incinta în care este amplasată centrala. Centralele cu tiraj natural sunt mai simple, mai fiabile, mai silențioase și mai ieftine, însă pot fi amplasate doar în spații care îndeplinesc condiții foarte restrictive.

La centralele cu tiraj forțat (zise și cu arzător cu aer insuflat sau cu arzător cu introducere forțată a aerului), tirajul este realizat de un ventilator încorporat. În

acest caz aerul necesar arderii este preluat din exteriorul incintei în care este montată centrala, iar gazele produse prin ardere sunt evacuate tot în exterior, de obicei prin racorduri concentrice (coș ventuză). Camera de ardere este închisă

(etanșă), adică nu comunică cu incinta în care este montată centrala. Ventilatorul



CAPITOLUL I

4

este o componentă suplimentară, care scumpește construcția și care se poate defecta destul de ușor. Condițiile de amplasare ale centralei sunt însă mult mai puțin restrictive. (Wikipedia, 2012)

1.2 Centrale termice în condensare

Ce este fenomenul de condensare?

In acceptiunea generala condensarea este procesul de transformare a

vaporilor in lichid. Va veti intreba apoi care este legatura cu centrala in condensare.

Asadar, in urma fenomenului de ardere a unui combustibil, in gazele de ardere produse exista o anumita cantitate de apa aflata in stare de vapori. Scazand

temperatura acestor gaze se obtine condensarea vaporilor. Aceasta scadere se face practic obligand gazele de ardere sa treaca peste un schimbator de caldura prin care circula apa sistemului de incalzire (care vine din calorifere).

In acest fel gazele de ardere care se evacueaza sunt mai reci deci se micsoreaza pierderile iar apa care vine in centrala termica din calorifere este

preincalzita cu gazele de ardere pe care, in caz contrar, le-am fi evacuat. Conditia ca acest transfer de caldura sa se produca este ca temperatura apei

care vine din calorifere sa aiba maxim 35 °C . Si de aceea:

Unde si in ce sistem se poate pune o centrala in condensare?

-se poate pune intr-un sistem de incalzire mare care este echipat cu corpuri de incalzire proiectate sa lucreze cu temperaturi ale agentului termic de 55 °C pe tur si 35 °C pe retur sau cu un sistem de incalzire in pardoseala, iar apa calda de

consum nu va fi preparata la o temperatura mai mare de 50 °C. - in sistemele de incalzire vechi care se modernizeaza, numai daca corpurile

de incalzire indeplinesc conditia de mai sus sau se instaleaza o incalzire in pardoseala

- sa nu neglijati faptul ca este necesara o canalizare in apropierea centralei.

Ce se intampla daca nu respectam aceste conditii de instalare?

Figura 1.1 – Schemă centrală gaze



CAPITOLUL I

5

Daca nu se respecta acest mod de instalare nu va exista fenomenul de condensare, pentru ca la diferenta mica intre temperatura apei din calorifere si temperatura gazelor de ardere nu va mai exista un schimb de caldura eficient. Deci

randamentul nominal al centralei termice in condensare de 107 % se va apropia de cel al unei centrale normale, de 94-95% si nu vom beneficia exact de modul de

functionare pentru care am platit in plus. Va exista acest fenomen doar cand se prepara apa calda la temperatura de

maxim 50 °C sau in perioadele de primavara-toamna, cand o temperatura a

agentului in calorifere de 50 °C va fi suficienta pentru a creea o temperatura placuta in casa.

Vom avea un randament maxim al centralei intr-o perioada in care consumul de combustibil este foarte mic fata de consumul de varf din iarna, adica vom avea o crestere de randament de 10% dar aplicat unui consum de combustibil la jumatate

fata de cel nominal.

Exemplu: Daca consumul mediu de combustibil pe lunile de iarna ar fi de 1000 m3 si

am avea o centrala in condensare montata corespunzator, am obtine o economie de

12% din 1000 m3 adica 120 m3, iar in lunile de primavara – toamna, la un consum mediu de 500 m3 pe sezon ar fi de 60 + 60 m3. Daca nu este montata

corespunzator, economia ar fi doar cea de 120 m3. (Experterm)

1.3 Panouri solare Panourile solare sunt folosite ca dispozitive auxiliare instalației principale de

încălzire. Acestea nu pot susține toată instalația, mai ales pe perioada lunilor reci ale anului.

Atașate unui sistem de încălzire, panourile solare pot scădea consumul de combustibil cu până la 80% pentru apa caldă și

până la 50% pe timp de iarnă (valorile exprimă media anuală). (Termosolare)

Sistemele cu panouri solare pot fi cu

circulație directă (apa menajeră din panou este

pompată direct prin instalații) sau cu circulație indirectă (o pompă recirculă un fluid cu punctul

de îngheț foarte mic printr-un schimbător de căldură, prin care trece apa circulată prin restul instalației). Cel cu circulație indirectă este indicat

zonelor unde temperaturile pot atinge și valori negative. (Energy.gov, 2012)

Având în vedere costurile ridicate pentru

încălzirea folosind o centrală cu gaze și imposibilitatea de a implementa o soluție

solară care să funcționeze de una singură, varianta cea mai eficientă va rămâne cea cu combustibil solid.

Figura 1.2 – Sistem panou solar cu circulație indirectă



CAPITOLUL II

6

CAPITOLUL II

Scenarii, cerințe și specificații

2.1 Scenarii

2.1.1 Uz pentru acasă

O casă este amplasată într-o zonă în care timp de 5-6 luni pe an necesită

încălzire. Instalația pe gaz este foarte costisitoare, iar panourile solare au o

temperatură insuficientă încălzirii întregii case, mai ales pe timpul nopții. Casa este dotată cu o cameră exterioară destul de încăpătoare, destinată

utilajelor de încălzire.

Proprietarul poate achiziționa cantități mari de rumeguș de la o fabrică de

prelucrare a lemnului din apropiere, pe care îl poate folosi pe post de combustibil, la un cost foarte mic.

De asemenea, pentru a economisi combustibil, în eventualitatea unei plecări pe termen scurt de acasă, se dorește scăderea temperaturii de funcționare, iar

pentru confort, înaintea întoarcerii la domiciliu, creșterea ei prin intermediul internetului (pentru a avea timp să se realizeze încălzirea în toată locuința).

2.2.2 Uz pentru climatizarea unei sere

O persoană deține o seră în care cultivă diverse plante, pretențioase din punct de vedere al temperaturii și umezelii.

Se dorește menținerea unei temperaturi exacte în interior, la un cost cât mai

mic. Sera este prevăzută cu instalație termică în interior (radiatoare), dar prin

acestea se dorește recircularea unui lichid la o temperatură exactă. Sera nu este amplasată lângă domiciliul deținătorului, iar acesta are nevoie

de monitorizare continuă și de control de la distanță asupra temperaturii din interiorul ei.

Sera se află amplasată pe un teren unde există destul spațiu disponibil pentru

amplasarea unei instalații voluminoase

2.2.3 Uz industrial

În cadrul unei uzine, se dorește răcirea unor rulmenți folosiți la un utilaj mare.

În această situație se inversează procesul, instalația funcționând în modul de

răcire, sursa de căldură fiind rulmenții.



CAPITOLUL II

7

2.2 Cerințe

2.2.1 Încălzire

Se cere proiectarea și construirea unei instalații de încălzire, ce funcționează în mod automat, poate menține o temperatură constantă și folosește un combustibil

solid.

Aceasta necesită și o interfață grafică pentru monitorizare și control și o

modalitate de comunicație de la distanță.

Figura 2.1 – Instalație industrială de răcire



CAPITOLUL II

8

2.2.2 Răcire Se cere proiectarea și construirea unei instalații pentru răcirea diferitor piese.

Aceasta va trebui să funcționeze pe principiul invers celei de încălzire, având ca sursă constantă de încălzire frecarea pieselor, fiind necesară implementarea

părții de răcire a lichidului (echivalentă radiatoarelor din casă / seră). De asemenea, este necesară monitorizarea constantă și eventual controlul de

la distanță.

2.3 Specificații

Instalația trebuie gândită să poată funcționa în mod automat, cu cât mai

puține intervenții din partea omului. Pentru acest lucru este necesar un automat programabil, capabil să

monitorizeze și să controleze componentele continuu și să poată rezista în condiții

de mediu mai dure (temperaturi scăzute, praf, etc.).

Instalația va primi ca referință temperatura pe care se dorește să o atingă lichidul recirculat. Indiferent de caz (răcire/încălzire) referința va fi aceeași.

Diferența între cele două este elementul de execuție, care într-un caz va fi o sursă de căldură (o cameră de ardere), în celălalt va fi un radiator și o suflantă.

Criteriile de performanță sunt limitate de componentele instalației, dar totuși

este necesar să nu existe eroare staționară, sau aceasta să fie cât mai mică (sub 5%).

Din punctul de vedere al instalației de încălzire, suprareglajul asupra

lichidului de încălzire nu reprezintă o problemă, deoarece schimbul de căldură cu

aerul din încăpere se face oricum destul de lent și nu are timp să îl afecteze în nici un fel.

Instalația de răcire este important să aibă un timp tranzitoriu cât mai mic, fiind nevoie de o scădere de temperatură cât mai rapidă asupra utilajului.

Interfața grafică trebuie să fie simplu de folosit și totuși să conțină toate

informațiile necesare operatorului. Este necesar un câmp de unde se introduce temperatura dorită, unul care să afișeze temperatura curentă, animații pentru funcționarea / staționarea elementelor de execuție, afișaje pentru alți senzori, etc.

De asemenea în interfața grafică trebuie să existe și un grafic, care ajută operatorul să observe mai ușor în ce parametri funcționează instalația.

Aplicația de control de la distanță trebuie să permită utilizatorului să introducă setările de bază (în principiu temperatura dorită), dar și să vizualizeze cel puțin temperatura actuală și probabil și alți parametri.



CAPITOLUL III

9

CAPITOLUL III

Principiul de funcționare

3.1 Arhitectura de principiu

Pentru implementarea unei centrale de încălzire folosind combustibil solid, impedimentul principal este automatizarea acesteia pentru a putea controla

temperatura dorită și pentru a alimenta centrala cu combustibil cu un minim de efort.

Soluția propusă presupune existența unei instalații termice în spațiul în care

se dorește încălzirea, la care se va conecta centrala propriu zisă.

Aceasta necesită o cameră de ardere, amplasată sub o serpentină prin care se va circula apa menajeră cu ajutorul unei pompe. Alăturat camerei de ardere se amplasează un buncăr cu combustibilul dorit (rumeguș, peleți, etc.). Alimentarea

din acesta se poate face folosind un șnec, pus în mișcare de un motor de curent alternativ.

În paralel cu alimentarea cu combustibil, pentru a înteți procesul de ardere în cameră se va introduce și aer, cu ajutorul unei suflante.

Figura 3.1 – Interfață automatizare central pe rumeguș



CAPITOLUL III

10

Pentru automatizare, se poate folosi un automat Allen Bradley, cu mai multe module de intrare/ieșire (analogice și digitale). Modul de funcționare automat presupune monitorizarea continuă a temperaturii fluidului și eventual cea a

ambiantului. În funcție de aceasta, implementând un regulator de tip PID se reglează turația suflantei, ceea ce va întreține sau va scădea procesul de ardere. În

cazul în care senzorul măsoară o scădere de temperatură și totuși sistemul încearcă încălzirea lichidului, se va genera o alarmă pentru avertizarea utilizatorului în privința unei eventuale stingeri a arderii și se va opri funcționarea elementelor de

execuție. Corelat cu alimentarea cu aer, trebuie acționat motorul șnecului, pentru a

introduce combustibil din buncăr. Pentru acesta trebuie monitorizat de asemenea nivelul de combustibil (folosind o sondă cu ultrasunete) și generată o alarmă când începe să se golească. O altă alarmă pentru utilizator trebuie să apară în cazul în

care șnecul nu funcționează cum trebuie, aceasta putând fi folosind un senzor de rotație ce trimite impulsuri atâta timp cât acesta se află în mișcare.

Această soluție se poate conecta și cu altele, auxiliare. Folosind senzori de temperatură pe conductele de lichid și un sistem de

electrovalve, în automat se poate implementa folosirea diferitor instalații pentru a minimiza costurile.

Exemplu:

La sistemul principal de încălzire sunt conectate o centrală pe gaze, un boiler electric, o centrală pe combustibil solid și panouri solare.

Pentru folosirea eficientă a energiei în acest caz, se vor analiza temperaturile

pe fiecare din aceste instalații, începând cu cea mai ieftină variantă. Dacă temperatura din panourile solare este suficientă pentru utilizare, se pot închide

celelalte instalații și electrovalvele aferente și se vor deschide cele pentru panouri. În cazul în care temperatura lor nu este suficientă, pe timp de vară pentru apă caldă se poate folosi boilerul electric, iar pe timp de iarnă, pentru încălzirea locuinței se

trece la centrala pe combustibil solid. În eventualitatea în care nici una din acestea nu poate funcționa, din motive

de ineficiență, avarii, lipsă de combustibil, etc., se va face trecerea la centrala pe gaze, aceasta având cel mai ridicat cost de folosire.



CAPITOLUL III

11

3.2 Implementarea proiectului

Din motive de siguranță, pentru proiectul prezentat nu am folosit același

principiu de funcționare, neputând să realizez un proces de ardere.

Folosind un principiu asemănător, trebuie implementat un sistem care pentru partea de încălzire folosește o rezistență electrică, iar partea de răcire un ansamblu

format dintr-un radiator și o suflantă. În recipientul cu rezistența electrică este necesară o sondă ce va monitoriza

temperatura și va trimite valorile continuu spre automat. În paralel cu aceasta va

trebui să funcționeze un senzor de distanță, pentru a detecta o eventuală folosire a instalației fără fluid în interior.

Sistemul este proiectat să mențină o temperatură fixă în vasul de încălzire.

Datorită puterii ridicate a vasului (2400W), a volumului relativ scăzut (1.5L) și a materialului izolator din care este făcut, la procesul de încălzire, acesta are o inerție termică ce face temperatura lichidului să mai crească chiar și după oprirea

alimentării acestuia.

Pentru a limita acest suprareglaj, inițial am încercat folosirea unui convertizor de frecvență. În cazul acestuia, am sperat că folosirea la o frecvență foarte joasă va rezolva problema suprareglajului în momentul în care voi opri alimentarea, dar nu a

fost de ajuns.

Problema a fost rezolvată adăugând radiatorul și controlul asupra acestuia corelat cu cel asupra încălzitorului.

Pentru acest lucru, am proiectat un algoritm PI pe partea de încălzire și încă

unul pe partea de răcire, ambele având ca mărime de reglat temperatura din rezervor. În acest fel, în momentul în care temperatura crește prea rapid și se

apropie de punctul de referință, se acționează pompa de recirculare și cel de-al 2-lea regulator PI controlează turația motorului de curent alternativ al suflantei printr-un alt convertizor de frecvență.

În așa fel se asigură și pornirea suflantei numai atunci când temperatura este cea dorită și reducerea turației sale când temperatura scade prea mult.

Pentru că reglarea temperaturii este un proces foarte lent, a fost dificil să

acordez regulatoarele, reușind să fac acest lucru prin metode experimentale.



CAPITOLUL III

12

Pentru acordarea PI-ului am folosit metoda experimentală Ziegler-Nichols. Am

realizat interfața cu utilizatorul, unde am introdus un grafic pentru a observa

oscilațiile. Am închis bucla cu un regulator de tip P (Ti foarte mare), iar apoi am crescut Kp până la limita stabilității. Folosind graficul obținut și următorul tabel am

obținut rezultatele, pe care apoi le-am introdus în blocul PID din program.

(Dumitrache, 2005), (Pătrașcu & Voinescu, 2011) (Wikipedia, 2013)

Tabel 1 – Ziegler-Nichols

Metoda Ziegler - Nichols

Tipul de control

P

- -

PI

-

PID clasic

Pessen Integral Rule

Puțin suprareglaj

Fără suprareglaj



CAPITOLUL IV

13

CAPITOLUL IV

Componentele Hardware

Alcătuirea proiectului a fost făcută folosind un minim de componente

necesare, ce asigură achiziția de date și controlul asupra instalației.

4.1 Automatul programabil

Automatul folosit în acest proiect este bazat pe procesorul de la Allen

Bradley, SLC 5/04. Acesta are o capacitate de 4096 intrări discrete, respectiv 4096 ieșiri.

Poate controla un maxim de 30 de sloturi și are 107 instrucțiuni. Timpul de scanare este de 0.9 ms/K1, iar timpul de execuție pentru trecerea unui

bit din 1 în 0 sau invers este de 0.37 µs. Comunicația între calculator și acesta se face prin protocolul serial DH+.

Softul de programare pentru acest automat este RSLogix500, în care se

scrie în limbaj ladder. (Rockwell Automation, 2008) Modulele folosite:

- Modul de 16 intrări digitale 1746-IB16

- Modul de 16 ieșiri digitale 1746-OW16 - Modul de 2 intrări / 2 ieșiri analogice 1746-NIO4I

1 Timpul de scanare este specific unui program ladder cu dimensiunea de 1K. Timpul de scanare efectiv depinde de

mărimea programului, instrucțiunile folosite și protocolul de comunicație.

Figura 4.1 – Automatul Programabil cu modulele de intrare/ieșire



CAPITOLUL IV

14

4.2 Convertizoare de frecvență

Am folosit două convertizoare de frecvență, ambele din gama Moeller, de puteri diferite.

- Moeller DV51-322-2K2

Este un convertizor cu o putere de 2.2kW, cu o precizie de 0.1 Hz. Are o ieșire analogică pentru 0-10 V și două intrări analogice, una pentru domeniul

0-9.6 V, cealaltă pentru 4-19.6 mA. Utilizatorul poate configura modul de funcționare pentru 6 intrări digitale ce funcționează cu tensiune de până la 27V.

Convertizorul mai dispune și de 2 ieșiri digitale, tot în tensiunea de max. 27V.

Pe fața acestuia se găsește și tastatura DEX-KEY-6, ce conține 4 butoane pentru setarea parametrilor, două butoane pentru pornire/oprire, un display cu 4 caractere, 8 LED-uri pentru indicarea stărilor și un potențiometru.

(Eaton, 2001)

- Moeller DV5-322-055

Asemănător cu cel anterior, convertizorul DV5-322-055 face parte tot din gama Moeller. Acesta are o putere mai mică, de 0.55 kW și o configurație de

ieșiri și intrări asemănătoare. (Eaton, 2001)

Figura 4.2 – Convertizor Moeller DV51-322-2K2

Figura 4.3 – Convertizor Moeller DV5-322-055



CAPITOLUL IV

15

4.3 Pompa de apă

Pompa de apă este produsă de către DAB.

Are 3 setări diferite pentru modul de funcționare, dar pentru acest proiect am folosit modul cu puterea cea mai mică, neavând nevoie de un debit foarte

mare pentru cantitatea de lichid folosită. În modul folosit, are 1030 de rotații pe minut, o putere de 49W și un curent

de 0.23 A.

4.4 Ansamblul suflantă – radiator

Acest ansamblu este realizat de un radiator constituit dintr-o serpentină de

apă (asemănător cu cele folosite pentru încălzirea habitaclului automobilelor) și o suflantă amplasată pe lateralul său, pentru a o răci.

Figura 4.4 – Pompă de apă

Figura 4.5 – Ansamblul radiator-suflantă



CAPITOLUL IV

16

4.5 Relee și siguranțe

In proiect sunt folosite două relee Schneider RXM2AB18D.

Siguranțele sunt marca Eaton (Moeller). Două dintre ele sunt pentru alimentarea cu curent alternativ, prima pentru un curent de până la 16A, cea de-a doua până la 6A, iar cea de-a 3-a este pentru alimentarea cu 24V curent

continuu, din sursa automatului. Aceasta este pentru intensități de până la 2A.

Figura 4.6 – Relee Figura 4.7 – Schneider RXM2AB18D

Figura 4.8 - Siguranțe



CAPITOLUL IV

17

4.6 Senzori

- În cadrul proiectului am folosit un senzor pentru măsurarea

temperaturii PT-100, legat la un transmitter de la iTEMP, TMT181, capabil să măsoare temperaturi între 0 și 150°C.

- Pentru măsurarea distanței am folosit un senzor laser de la IFM,

modelul O1D100. Acesta are distanța de măsurare între 0.2 – 10m. Se alimentează între 18 –

30 V curent continuu și are o durată de viață de 50.000h.

Are două ieșiri, una digitală ce poate fi programată să scoată un semnal 1 în momentul în care s-a depășit o distanță prestabilită, și una analogică programabilă să funcționeze în 0-10V sau 4-20mA. Acesta are și un display cu

4 caractere, două butoane, două LED-uri galbene și un LED verde folosite pentru a-l programa și pentru a vedea starea în care se află. (ifm electronic

gmbh, 2010) Deoarece senzorul este laser și nu se reflectă la suprafața apei, a fost nevoie

și de folosirea unui material plastic care să plutească în rezervor.

4.7 Cană cu încălzitor

Proiectul conține o cană prevăzută cu o rezistență electrică, pentru încălzirea

lichidului. Aceasta are o putere de 2400W.

Figura 4.9 – iTEMP TMT181 Figura 4.10 – PT100

Figura 4.11 – Senzor poziție O1D100 (lateral) Figura 4.12 – Senzor poziție O1D100 (frontal)



CAPITOLUL V

18

CAPITOLUL V

Implementarea Software

5.1 Programul

5.1.1 Citire și scalare senzori Datorită faptului că am ales ca soluție un automat din gama Allen Bradley,

aplicația folosită pentru a scrie programul este RSLinx500. Aceasta este produsă de către Rockwell și facilitează scrierea unui cod pentru

automate programabile în limbaj Ladder.

Pentru început, am achiziționat date de la senzorul de temperatură (folosind instrucțiunea MOV). Acesta funcționează în standardul 4-20mA,

iar intrările analogice sunt pe 14 biți, ceea ce înseamnă că valorile vor fi cuprinse între 3276.8 și 16384. Pentru a putea folosi informațiile mai ușor, am scalat valoarea primită în grade

celsius, 3276.8 corespunzâd valorii de 0°C, iar 16384 celei de +150°C.

Pentru setpoint, am efectuat operațiunea inversă, pentru

a putea introduce valoarea în grade.

Aceeași procedură am folosit-o și pentru scalarea senzorului de poziție, pentru a afla nivelul apei din rezervor. În urma citirii distanței până la nivelul apei, am comparat această

valoare cu o distanță fixă, pe care dacă o depășește se setează un bit 0.

Bitul este condiție pentru funcționarea sistemului, deci în

situația în care acesta devine 0, toate utilajele se opresc și se

generează o alarmă pentru a informa utilizatorul că rezervorul este gol.

Figura 5.1 – Scalare Temperatură

Figura 5.2 – Scalare Distanță

Figura 5.3 – Protecție rezervor gol



CAPITOLUL V

19

5.1.2 Controllere

Pentru implementarea controllerelor PI, am folosit instrucțiunea PID a programului. Parametrii blocului i-am identificat experimental prin metoda Ziegler-Nichols.

Ca valoare de referință am folosit variabila în care se afla rezultatul scalării setpoint-ului, iar valoarea de controlat am salvat-o într-o altă variabilă, pe care am

folosit-o pentru a scala ieșirea. Blocul PID poate scoate o ieșire pe 14 biți, iar placa de ieșiri funcționează pe 15 biți.

Pentru procesul de încălzire generarea erorii se face scăzând valoarea ieșirii din cea a referinței, iar pentru partea de răcire se scade referința din ieșire.

Figura 5.4 – Controller PI

Odată scalate, comenzile de la regulatoarele PI sunt trimise spre

convertizoarele de frecvență prin ieșirile analogice, dar pentru ca acestea să pornească, trebuie activate releele, lucru pentru care am folosit ieșiri digitale.

Din motive de materiale, nu am putut folosi relee decât pentru un convertizor și pentru pompa de recirculare și de aceea convertizorul pentru rezistența de încălzire se pornește manual odată cu instalația și modul său de funcționare se

reglează numai din comandă.

Codul ladder poate fi văzut integral în cadrul anexei B, împreună cu lista de

variabile și adrese folosite.



CAPITOLUL V

20

5.2 Interfața grafică

Interfața grafică cu utilizatorul este realizată în aplicația RSView32. Aceasta este o aplicație specifică

automatelor Allen Bradley, ce facilitează realizarea interfețelor într-un mod cât mai accesibil și asemănător cu mediile de programare orientată pe

obiecte.

Tabul “Edit Mode” din aplicație ne permite modificarea mai multor parametri cum ar fi: interfața de comunicație (channel), nodul la care se află automatul

pe care rulează programul, setări pentru securitate, loguri, acțiuni pe care programul să le execute la

rulare, taguri etc. În secțiunea Graphics se poate selecta Displayul în

care se vor introduce elemente (echivalent Form-ului din Visual

Studio). Din Library se pot alege diferite elemente necesare cum ar fi

butoane, casete text, dar și alte simboluri, animații, grafice, tool-uri

orientate direct pe mai multe secțiuni din industrie (cum ar fi

transport, electronică, chimie, etc.).

Se pot face și alte setări, cum ar fi Alarme, Loguri și setări pentru control.

În secțiunea Visual Basic Editor se editează un script

visual basic, care apoi poate fi asociat unui eveniment (secțiunea Events) pentru a se executa ori de câte ori se îndeplinește condiția pentru acel

eveniment.

Am folosit acest lucru pentru a implementa o procedură care odată pe secundă analizează un fișier

în care se salvează setpoint-ul de temperatură în cazul în care acesta este setat din aplicația Android

creată pentru acest lucru.

Figura 5.5 – RSView Edit Mode

Figura 5.6 – RSView Logic and Control



CAPITOLUL V

21

Datorită faptului că aplicația este destul de simplă, nu necesită analiza multor

componente și nu conține foarte multe variabile, aceasta se poate realiza într-un singur Display.

Acest Display principal conține o realizare schematică a procesului, un grafic și o

casetă pentru afișarea alarmelor. Ansamblul instalației este animat în funcție de starea lui, pompa de recirculare și ventilatorul de răcire din imagine schimbându-și culoarea după următorul cod: roșu

în situație de avarie, albastru în situația în care sunt disponibile, dar nu sunt pornite și verde în situația în care acestea sunt în stare de funcționare.

Rezervorul se animează în funcție de nivelul de lichid, iar nivelul efectiv este afișat deaspura senzorului de distanță. De asemenea, temperatura măsurată este afișată

lângă sonda de temperatură introdusă în rezervor. Pentru a simboliza și conexiunea lor, acestea sunt legate la un automat programabil.

În centrul Displayului, sus, se află un câmp text în care se poate introduce temperatura dorită de către utilizator. Scriptul Visual Basic este programat să

folosească drept setpoint valoarea cea mai recent introdusă, între cea de pe interfața grafică și cea din aplicația Android.

Graficul este importat din librărie și apoi configurat pentru acest proiect. Timpul de pe axa X a fost modificat la 600 de secunde datorită faptului că procesul de reglare

Figura 5.7 – RSView Main Display



CAPITOLUL V

22

temperatură este unul foarte lent. Pe grafic apar 4 mărimi, acestea fiind referința (verde), ieșirea (roșu), comanda de răcire (albastru) și comanda de încălzire

(portocaliu). Graficul mai dispune și de câteva butoane, pentru zoom pe fiecare dintre axe, navigare stânga dreapta pentru a vedea înregistrările mai noi/vechi,

buton pentru pauză/resume în timpul funcționării pentru a putea observa anumite valori înainte ca acestea să se schimbe, reset la mărimile inițiale ale axelor și două

butoane de deplasare sus jos. Pentru a efectua comunicația între această interfață și programul propriu zis, am

creat mai multe tag-uri asociate cu diferite variabile din programul ladder. Acestea sunt următoarele:

5.3 Controlul de la distanță

Având în vedere evoluția tehnologiei în domeniu, apariția “caselor inteligente” și folosirea din ce în ce mai frecventă a smartphone-urilor, multe persoane sunt interesate de posibilitatea de a-și controla temperatura din casă, depozit, seră sau

orice altă incintă direct de pe telefonul mobil, de oriunde s-ar afla.

Automatul programabil folosit nu are comunicație Ethernet, dar totuși o soluție de control de la distanță se poate implementa atâta timp cât acesta are un calculator conectat prin interfața serial.

Cu scopul de a demonstra acest lucru, am realizat o aplicație simplă pentru setarea temperaturii dorite prin intermediul unei tablete sau unui telefon cu sistem

de operare Android. Aplicația este pur demonstrativă (nu este una complexă) și i se pot aduce foarte multe îmbunătățiri, dar acest lucru iese din aria automatelor programabile și sistemelor de reglare.

Tabel 2 – Taguri RSView



CAPITOLUL V

23

5.3.1. Client Programul client este realizat pentru platforma Android. Ca interfață

acesta este foarte simplu, conține un text ce spune utilizatorului să introducă temperatura dorită, un scroll-bar de care acesta poate

trage pentru a crește/scădea temperatura, un alt text care arată valoarea la care se află cursorul pe scroll-bar și un buton pentru a trimite valoarea către server.

Aplicația folosește un Socket de rețea, prin care se transmite un

mesaj către un IP stabilit, pe un anume port.

Figura 5.8 – Aplicație Android



CAPITOLUL V

24

5.3.2. Server

Pentru a putea recepționa datele trimise de către clientul Android, am implementat și un program server, pentru calculatorul conectat

la automatul programabil.

Serverul rulează pe sistemul Windows și este o aplicație scurtă, de consolă, realizată în Visual Studio C#.

Acesta ascultă pe portul TCP stabilit și în Android și în momentul în care un utilizator al tabletei / telefonului trimite o temperatură,

adresa IP a acestuia este afișată în program, urmată de mesajul trimis.

Odată cu acest lucru, temperatura primită se stochează și în fișierul de unde scriptul Visual Basic din cadrul interfeței citește setpointul.

Atât codul pentru aplicația Client (Android) cât și cel pentru Server

(Windows) se pot găsi în cadrul anexei B.

Figura 5.9 – Aplicație Server



CAPITOLUL VI

25

CAPITOLUL VI

Funcționare, analiza rezultatelor obtinute, concluzii, perspective de cercetare

6.1 Funcționare

Modul de funcționare al sistemului este destul de simplu. Se introduce un lichid în vasul de încălzire. Proiectul a fost asamblat (pe cât posibil) în așa fel încât

vasul să fie la o înălțime mai mare decât pompa, astfel încât pe principiul vaselor comunicante odată cu umplerea sa lichidul va umple și pompa.

Se pornește instalația din siguranțe, iar ea începe să funcționeze după

parametrii din automatul programabil. Neavând un releu pe care să îl folosesc pentru activarea unuia dintre convertizoare, acesta necesită de asemenea pornirea

manuală de pe tastatura sa. În funcție de starea în care se află, funcționează încălzitorul (situația în

care temperatura din vas este mai mică decât cea prescrisă) sau pompa de

recirculare și suflanta care bagă aer prin radiator (situația în care temperatura din vas este mai ridicată decât cea prescrisă).

Pe calculatorul conectat la sistem trebuie lansată aplicația server pentru

control la distanță și interfața grafică de monitorizare și control. Din aceasta se poate schimba prescrierea de temperatură, sau se poate

lăsa cea inițială.

Senzorul de distanță este activ în permanență, măsurând distanța până la plutitorul din vas și întrerupând sistemul în cazul unei goliri a vasului.

În acest punct, sistemul este funcțional. Odată pus în funcțiune, proiectul rulează după parametrii impuși.

Regulatoarele determinate experimental se comportă bine, și valorile obținute sunt bune, în ciuda componentelor de încălzire/răcire construite și a faptului că este un

proces foarte lent. Timpii de încălzire sunt foarte buni, reușind o încălzire de +20°C în

aproximativ un minut. Totuși timpii de răcire variază, datorită faptului că lichidul

este răcit prin serpentina pe unde se recirculă cu aer la temperatura camerei. În scopul folosirii pentru încălzirea unei incinte acesta nu este un lucru rău, deoarece

scăderea bruscă a temperaturii necesită o energie (și un cost) mai mare pentru a o crește din nou. În scopul reglării, un timp de răcire mai îndelungat este un impediment, facilitând un suprareglaj mai mare la creșteri rapide.



CAPITOLUL VI

26

Indiferent de acest lucru, instalația se comportă bine, are un timp tranzitoriu între 1 și 3 minute, în funcție de temperatura setată. În cazul unui

setpoint la o temperatură sub 40 de grade, apare un suprareglaj, după care

temperatura scade foarte puțin sub cea setată, apoi se stabilizează. În cazul temperaturilor ridicate (peste 60-65°C), suprareglajul la prima oscilație este foarte

scăzut, având în vedere că diferența între temperatura din rezervor și cea din mediul înconjurător este mult mai mare. După acesta apar mai multe scăderi sub

valoarea setpointului, dar după ~3 min. procesul se stabilizează și urmărește referința oscilând cu ±2%.

La adăugarea altui lichid cu o temperatură mai scăzută, procesul

reacționează destul de repede și rejectează perturbația, ceea ce înseamnă că

îndeplinește cu succes obiectivele reglării.

În figura 5.1, putem observa că puțin înainte de ora 7:10 s-a introdus o perturbație în sistem (un volum de apă la temperatura de ~25°C). Comanda pentru încălzire a avut o urcare bruscă (portocaliu), iar temperatura a urcat înapoi la

valoarea setpointului, dar a avut un suprareglaj. Putem observa că în momentul suprareglajului a crescut comanda pentru răcire, iar apoi pe o perioadă de

aproximativ 5 minute procesul s-a stabilizat. Menționez că în timpul funcționării când s-a înregistrat acest grafic, temperatura camerei în care se afla sistemul era de 35°C, acest lucru influențând scăderea de temperatură și crescând timpul

tranzitoriu.

Figura 6.1 - Perturbație



CAPITOLUL VI

27

Tot odată cu realizarea acestui experiment pentru verificarea rejecției

perturbației, am constatat o probabilă perturbație adițională. Aceasta constă în temperatura pompei de apă, care după o funcționare continuă pentru o perioadă mai îndelungată crește foarte mult și cred că este posibil ca apa care intră în

radiator să fie la temperatură mai ridicată decât în momentul când iese din rezervor. Nu pot confirma acest lucru, dar am putut observa că răcirea până la 45°C s-a făcut

mult mai greu la un anumit moment (după aproximativ o oră de funcționare) decât o răcire la 35°C la puțin timp după pornirea inițială a instalației.

Indiferent de acest lucru, în scopul încălzirii unui spațiu, temperatura lichidului recirculat trebuie să fie mult mai ridicată față de cea de 45°C, caz în care

temperatura pompei nu cred că mai reprezintă o problemă. Testele pe perioade îndelungate la astfel de temperaturi sunt riscante în cazul instalației prezentate, din cauza materialelor folosite din lipsa altora mai performante (furtunele se înmoaie

foarte mult la temperaturi superioare și nu pot fi sigur dacă rezistă nici adezivul care le leagă la cana de încălzire).



CAPITOLUL VI

28

6.2 Analiza rezultatelor grafice

În timpul utilizării am înregistrat mai multe grafice pentru a putea observa timpii tranzitorii, suprareglajele și erorile staționare pe diverse temperaturi.

Se poate observa în figura 5.2 cum ieșirea începe să crească brusc în momentul în care s-a introdus o treaptă la 45°C. Aceasta face un suprareglaj de ~1.5°C, dar în

două minute și jumătate putem vedea că oscilează în jurul referinței cu eroare staționară foarte mică.

Figura 6.2 – Grafic stabilizare 45°C



CAPITOLUL VI

29

Putem observa în figura 5.3, ce conține graficul din figura 5.2 văzut cu axa Y de la 0 la 100, că eroarea staționară este foarte mică. Ieșirea urmărește aproape perfect

referința de 45°C.

În următoarele două figuri (5.4 și 5.5) putem observa că la temperaturi mai

ridicate, sistemul răspunde mult mai bine, datorită faptului că rezistența de încălzire are o putere destul de mare (creșterea se face rapid, 45-60°C în 1 minut și

jumătate, 60-80°C în două minute), iar răcirea nu se mai face cu atâta dificultate, deoarece diferența dintre temperatura aerului din cameră și cea a lichidului din rezervor este destul de mare, deci schimbul de căldură se va face mult mai rapid.

Figura 6.3 – Grafic eroare staționară



CAPITOLUL VI

30

Figura 6.4 – Creștere și stabilizare 45-60°C

Figura 6.5 – Creștere și stabilizare 60-80°C



CAPITOLUL VI

31

Schimbul rapid de căldură între aerul provenit de la suflantă și lichidul din

radiator reiese și din următorul grafic. Putem observa că scăderea este logaritmică, pe măsură ce temperatura din vas se apropie de cea a referinței se apropie și de cea a aerului din cameră, ceea ce face ca schimbul să se facă din ce în ce mai lent.

Figura 6.6 – Scădere logaritmică



CAPITOLUL VI

32

În figura de mai sus putem vedea cum la temperaturi ridicate (întâi 60°C și

apoi 70°C ) sistemul are un suprareglaj destul de mic și oscilează uniform în jurul referinței, având o eroare staționară de maxim 0.3°C .

Figura 6.7 – Oscilații uniforme în jurul referinței



CAPITOLUL VI

33

6.3 Concluzii și perspective de cercetare

Putem afirma că din punct de vedere al costului, varianta cu combustibil solid

este cea mai eficientă.

Aplicația funcționează în parametri normali, îndeplinește obiectivele reglării și

are performanțe bune, în raport cu echipamentele folosite. Interfața este ușor de utilizat de către orice persoană, la fel și cea de control

de la distanță.

În ideea folosirii acestei soluții la o scală mai largă, se pot aduce diverse

îmbunătățiri. Din punct de vedere al funcționării instalației, se pot adăuga mai mulți senzori

ce măsoară temperatura ambientului, pe baza cărora să se poată calcula setpointul

temperaturii lichidului (în funcție de volumul spațiului ce necesită încălzirea). În cazul acestui proiect, folosirea unui astfel de senzor a fost restricționată de lipsa

altor intrări analogice în automat. Senzorul de nivel pentru rezervorul de apă poate fi înlocuit cu unul cu

ultrasunete, pentru a înlătura problema nereflectării laserului la suprafață.

Folosind mai multe instrumente, se pot adăuga confirmări și alarme în caz de avarie pentru diferite componente de pe placă, pentru ca acestea să poată fi

monitorizate mai ușor atunci când sistemul nu se află în aceeași cameră cu utilizatorul. (Exemplu: confirmare de tensiune 220V, confirmare tensiune 24V, etc).

Se pot adăuga mai multe lucruri pentru creșterea siguranței la folosirea echipamentului, cum ar fi siguranțe cu diferențiale, buton de oprire în caz de

urgență, etc.

Pentru programul în RSView32 se poate adăuga un formular pentru modificarea parametrilor PI direct din interfață și o politică cu mai mulți utilizatori cu privilegii diferențiate. De asemenea se poate configura un log de evenimente,

pentru a detecta diverse erori, avarii sau modificări făcute de alți utilizatori.

Din punct de vedere al controlului de la distanță, sunt foarte multe îmbunătățiri ce se pot adăuga.

În primul rând trebuie modificat atât serverul să trimită informații cât și

clientul să recepționeze, pentru a putea primi feedback de la instalație. Astfel se poate citi temperatura curentă, nivelul, avarii și alte lucruri.

Aplicației Android i se pot face modificări pentru a selecta manual IP-ul la care să se conecteze, astfel oferindu-i posibilitatea de a controla mai multe locații din același program. De asemenea, serverului i se poate implementa o funcționare pe

bază de utilizator și parolă, astfel restricționând utilizatorii ce au acces la controlul instalației.

Pentru utilizatorii avansați, se poate face și o secțiune de unde se pot modifica parametrii PI, pentru a modifica modul de funcționare.



ANEXA A - Schema electrică

34





35




36




37




38



ANEXA B – Codul programului

39

ANEXA B – Codul programului LADDER




40




41

TABEL DATE RSLogix

Tabel 3 – Date RSLogix

Adresă Tip de date Descriere

I3:0 Analog input Intrare analogică pentru senzorul de temperatură

I3:1 Analog input Intrare analogică pentru senzorul de nivel

O3:0 Analog output Ieșire analogică folosită pentru comanda

convertizorului încălzitorului

O3:1 Analog output Ieșire analogică folosită pentru comanda

convertizorului suflantei

B3:0 Binary Bit pentru condiție nivel (off = oprire toată

instalația)

F8:0 Float Temperatura scalată în grade

N7:0 Integer Setpoint temperatură în grade

N7:1 Integer Setpoint temperatură scalat (valoare numerică)

N7:2-N7:24 Integer PID1 control block

N7:25 Integer Ieșire PID1

N9:0-N9:22 Integer PID2 control block

N9:23 Integer Ieșire PID2

O:2.0 Digital Output Releu 1

O:2.2 Digital Output Releu 2




42

ANDROID (Java) package com.example.licenta_beta; import android.app.Activity; import android.os.Bundle; import android.os.StrictMode; import android.os.StrictMode.ThreadPolicy; import android.view.View; import android.widget.Button; import android.widget.SeekBar; import android.widget.SeekBar.OnSeekBarChangeListener; import android.widget.TextView; import java.io.IOException; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket; import java.net.UnknownHostException; public class Main_screen extends Activity { private Socket client; private PrintWriter printwriter; private TextView textField; private Button button; private String messsage; @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main_screen); textField = (TextView) findViewById(R.id.textView2); //reference to the text field button = (Button) findViewById(R.id.button1); //reference to the send button ThreadPolicy tp = ThreadPolicy.LAX; StrictMode.setThreadPolicy(tp); //Button press event listener button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { public void onClick(View v) { messsage = textField.getText().toString(); //get the text message on the text field try { client = new Socket("192.168.0.100", 4444); //connect to server printwriter = new PrintWriter(client.getOutputStream(),true); printwriter.write(messsage); //write the message to output stream printwriter.flush(); printwriter.close(); client.close(); //closing the connection } catch (UnknownHostException e) {




43

e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }); SeekBar sb = (SeekBar)findViewById(R.id.seekBar1); sb.setMax(100); sb.setProgress(50); sb.setOnSeekBarChangeListener(new SeekBar.OnSeekBarChangeListener() { @Override public void onStopTrackingTouch(SeekBar seekBar) { // TODO Auto-generated method stub } @Override public void onStartTrackingTouch(SeekBar seekBar) { // TODO Auto-generated method stub } @Override public void onProgressChanged(SeekBar seekBar, int progress, boolean fromUser) { TextView tv = (TextView)findViewById(R.id.textView2); tv.setText(Integer.toString(progress)+"°C"); } });




44

ANDROID (XML Interfață) <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"

xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"

android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"

tools:context=".Main_screen" >

<TextView

android:id="@+id/textView1"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignLeft="@+id/seekBar1"

android:layout_alignParentTop="true"

android:layout_marginTop="15dp"

android:textSize="15px"

android:textColor="#000000"

android:textStyle="bold"

android:text="Selectati temperatura dorita:" />

<SeekBar

android:id="@+id/seekBar1"

android:layout_width="match_parent"


android:layout_below="@+id/textView1"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:layout_marginTop="124dp" />

<Button

android:id="@+id/button1"



android:layout_below="@+id/seekBar1"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:layout_marginTop="96dp"

android:onClick="btnClick"

android:text="Trimite" />

<TextView

android:id="@+id/textView2"



android:layout_alignBottom="@+id/seekBar1"

android:layout_alignParentRight="true"

android:layout_marginBottom="38dp"

android:textColor="#000000"

android:textStyle="bold"

android:text=""

android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" />

</RelativeLayout>




45

APLICAȚIE SERVER (Visual Studio C#) using System.Collections.Generic; using System.Text; using System.Net; using System.Net.Sockets; namespace Server { public class serv { public static void Main() { try { IPAddress ipAd = IPAddress.Parse("192.168.0.100"); TcpListener myList = new TcpListener(ipAd, 4444); myList.Start(); Console.WriteLine("Serverul ruleaza pe portul 4444..."); Console.WriteLine("Adresa locala de IP este: " + myList.LocalEndpoint); Console.WriteLine("Se asteapta o conexiune....."); m: Socket s = myList.AcceptSocket(); Console.WriteLine("Conexiune acceptata de la " + s.RemoteEndPoint); byte[] b = new byte[100]; int k = s.Receive(b); char cc = ' '; string test = null; Console.WriteLine("Primit..."); System.IO.StreamWriter file = new System.IO.StreamWriter("c:\\temp.txt",false); for (int i = 0; i < k - 1; i++) { Console.Write(Convert.ToChar(b[i])); cc = Convert.ToChar(b[i]); test += cc.ToString(); } int a; if (b[1] >= 46 && b[1] <= 57 ) { a = 2; } else a = 1; for (int i = 0; i < a; i++) { file.Write(Convert.ToChar(b[i])); } file.Close(); switch (test) { case "1": break;




46

} ASCIIEncoding asen = new ASCIIEncoding(); s.Send(asen.GetBytes("Serverul a primit datele.")); s.Close(); Console.WriteLine("\n"); goto m; myList.Stop(); Console.ReadLine(); } catch (Exception e) { Console.WriteLine("Error..... " + e.StackTrace); } Console.WriteLine("Apasati ESC pentru a iesi"); do { while (!Console.KeyAvailable) { // orice } } while (Console.ReadKey(true).Key != ConsoleKey.Escape); } } }




47

SCRIPT VISUAL BASIC (RSView32)

Sub online_control() Dim fisier As String Dim fso As New FileSystemObject Dim ts As TextStream fisier = "c:\temp.txt" Dim strOutput As String Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) If (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> ts.ReadLine) And (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value) Then RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value = RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value ts.Close Set ts = fso.OpenTextFile(fisier, ForWriting) ts.Write (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value) ts.Close Else ts.Close End If Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) Dim abc As String abc = ts.ReadLine If (RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value <> abc) Then ts.Close Set ts = fso.OpenTextFile(fisier) If (ts.ReadLine <> RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value) Then RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_temp").Value = abc RSView32.ActiveProject.TagDb.GetTag("Setpoint_display").Value = abc ts.Close Else ts.Close End If End If End Sub



BIBLIOGRAFIE

48

BIBLIOGRAFIE

Costică Nitu, E. P. (2011). Sisteme distribuite de conducere. București: Ed. Matrixrom. Dumitrache, I. (2005). Ingineria Reglării Automate. București: Editura Politehnica Press. Dumitrașcu, A. (2013). Curs Rețele Industriale de Calculatoare. Eaton. (2001). ftp.moeller.net. Preluat de pe

ftp://ftp.moeller.net/DOCUMENTATION/AWB_MANUALS/h1414g.pdf Energy.gov. (2012, Mai 7). Energy.gov. Preluat de pe http://energy.gov/energysaver/articles/solar-

water-heaters Experterm. (fără an). Experterm.ro. Preluat de pe www.Experterm.ro:

http://www.experterm.ro/recomandari/recomandari/centrale-termice-in-condensatie.-moda-sau-necesitate.html

ifm electronic gmbh. (2010, 10 05). Ifm. Preluat de pe www.ifm.info: http://ifm.info/ifm/ifmgb/web/dsfs!O1D100.html

Lupu, C. (2013). Curs Sisteme Integrate de Conducere. Pătrașcu, M., & Voinescu, M. (2011). Ingineria Reglării Automate - Îndrumar de laborator. București:

Politehnica Press. Rockwell Automation. (2008, Martie). Retrieved from

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1747-in009_-en-p.pdf

Termosolare. (fără an). www.termosolare.ro. Preluat de pe http://www.termosolare.ro/content/12-rentabilitate-sisteme

Wikipedia. (2012, Martie 15). Wikipedia. Preluat de pe www.wikipedia.org: http://ro.wikipedia.org/wiki/Central%C4%83_termic%C4%83_de_perete

Wikipedia. (2013, Aprilie 20). www.wikipedia.org. Preluat de pe http://en.wikipedia.org/wiki/Ziegler%E2%80%93Nichols_method

LUCRARE DE LICENȚĂ - ACSE Departmentacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/licenta-final.pdf ·...

Documents

Transcript of LUCRARE DE LICENȚĂ - ACSE Departmentacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/licenta-final.pdf ·...