Reglarea debitului laborator

8
54 Sisteme de conducere a proceselor continue Lucrarea nr. 7 Sistem de reglare automată a debitului (II) 1. Scopul lucrării - prezentarea şi studiul procesului de reglare a debitului, realizat cu sistemul modular APC-900, cu monitorizare cu calculatorul. 2. Consideraţii teoretice Reglarea debitului poate fi de stabilizare sau după un program, sistemele de reglare fiind realizate în structuri simple, după eroare, pentru menţinerea unui debit la valoarea prescrisă şi/sau în bucle secundare [8]. Funcţia de transfer a unui proces cu reglare de debit depinde de constanta de timp principală p T şi factorul de amplificare p k , conform relaţiei: 1 s T k s H p p p (vezi Lucrarea nr.6). Prin conectarea în serie a traductorului de măsură, a elementului de execuţie şi a procesului reglat, rezultată funcţia de transfer a părţii fixate, de forma: 1 1 s T k s T k k s H p p E E T F . Pentru alegerea şi acordarea regulatorului, se recomandă, fie utilizarea modelului unui sistem echivalent de ordinul II şi acordarea prin metoda poli – zerouri, fie utilizarea criteriilor experimentale, respectiv: Zeigler-Nichols, Oppelt, Kapelovici, Chien, etc. (vezi Lucrarea nr.15). 3. Prezentarea generală a SRA a debitului Schema bloc a sistemului de monitorizare şi reglare a debitului, într-o porţiune de conductă, este prezentată în figura 7.1 [25,27]. Fig.7.1. Schema bloc pentru SRA a debitului Sistemul de monitorizare şi reglare a debitului are următoarele blocuri componente (vezi Lucrarea nr. 3): VF2 – ramă pentru fixarea modulelor; MU5A – sursă de alimentare; SP-1 – modul pentru reglarea referinţei; PC-1 – modul regulator de tip PID;

Transcript of Reglarea debitului laborator

Page 1: Reglarea debitului laborator

54 Sisteme de conducere a proceselor continue

Lucrarea nr. 7

Sistem de reglare automată a debitului (II)

1. Scopul lucrării - prezentarea şi studiul procesului de reglare a debitului, realizat cu

sistemul modular APC-900, cu monitorizare cu calculatorul. 2. Consideraţii teoretice Reglarea debitului poate fi de stabilizare sau după un program,

sistemele de reglare fiind realizate în structuri simple, după eroare, pentru menţinerea unui debit la valoarea prescrisă şi/sau în bucle secundare [8].

Funcţia de transfer a unui proces cu reglare de debit depinde de constanta de timp principală pT şi factorul de amplificare pk , conform

relaţiei: 1

sT

ksH

p

pp (vezi Lucrarea nr.6).

Prin conectarea în serie a traductorului de măsură, a elementului de execuţie şi a procesului reglat, rezultată funcţia de transfer a părţii

fixate, de forma: 11

sTk

sTkksH

p

p

E

ETF .

Pentru alegerea şi acordarea regulatorului, se recomandă, fie utilizarea modelului unui sistem echivalent de ordinul II şi acordarea prin metoda poli – zerouri, fie utilizarea criteriilor experimentale, respectiv: Zeigler-Nichols, Oppelt, Kapelovici, Chien, etc. (vezi Lucrarea nr.15).

3. Prezentarea generală a SRA a debitului Schema bloc a sistemului de monitorizare şi reglare a debitului,

într-o porţiune de conductă, este prezentată în figura 7.1 [25,27].

Fig.7.1. Schema bloc pentru SRA a debitului

Sistemul de monitorizare şi reglare a debitului are următoarele

blocuri componente (vezi Lucrarea nr. 3): VF2 – ramă pentru fixarea modulelor; MU5A – sursă de alimentare; SP-1 – modul pentru reglarea referinţei; PC-1 – modul regulator de tip PID;

Page 2: Reglarea debitului laborator

Sisteme de conducere a proceselor continue 55

PA-2 – modul amplificator de putere; SC-3A – modul amplificator şi circuit de condiţionare pentru

traductorul de debit; PU-2 – standul de lucru; MFI-U – modul de intrare / ieşire cu conectare pe port USB.

Procesul condus este porţiunea de conductă ce se găseşte între

senzorul de debit şi valva electromagnetică (fig.7.2).

Fig.7.2. Procesul condus

Page 3: Reglarea debitului laborator

56 Sisteme de conducere a proceselor continue

Standul PU-2 este compus dintr-o incintă deschisă, la care este ataşat un senzor de presiune montat la baza incintei, un senzor pentru nivel maxim amplasat în partea superioară a incintei şi un traseu de conducte pe care sunt amplasate următoarele: un senzor de debit; un robinet cu bilă, folosit pentru introducerea de perturbaţii în sistem; o valvă electromagnetică cu caracteristică liniară; o pompă pentru lichide, acţionată de un motor electric.

Pentru golirea incintei, instalaţia este prevăzută cu un robinet cu bilă, care se poate folosi pentru a introduce perturbaţii în sistem. În paralel cu robinetul este montată o valvă electromagnetică cu caracteristică bipoziţională.

Setarea referinţei şi monitorizarea debitului de ieşire din proces se realizează cu ajutorul unei aplicaţii soft - Visual Designer. Aceasta face parte din sistemul modular APC-900, cu monitorizare cu calculatorul şi are interfaţa grafică cu utilizatorul din figura 7.3.

Fig.7.3. Interfaţa grafică cu utilizatorul

4. Desfăşurarea lucrării Pentru realizarea experimentelor este necesară parcurgerea

următoarelor etape: Identificarea blocurilor componente necesare; Fixarea blocurilor în rama-suport (VF2); Realizarea legăturilor electrice între blocuri; Alegerea programului potrivit pentru lucrare; Efectuarea reglajelor la regulator şi alegerea referinţei; Efectuarea experimentelor şi înregistrarea rezultatelor.

Page 4: Reglarea debitului laborator

Sisteme de conducere a proceselor continue 57

4.1. Realizarea legăturilor electrice între blocuri Se conectează blocul de intrare / ieşire MFI-U la un port USB al

calculatorului; Se conectează cele două cabluri de alimentare, ale ramei de fixare

VF2, cu mufe de tip DIN, la sursa de alimentare MU5A; Se conectează toate modulele la mufele de alimentare din rama de

fixare VF2; Se conectează iesirea S5 (+1,3V ÷ +24V), a sursei de alimentare

MU5A, la intrarea ACTUATOR POWER a modulului PA-2; Se fixează potenţiometrul sursei de alimentare MU5A, astfel ca la

ieşirea S5 să se obţină 24V; Se conectează ieşirea S1 (+24V 4A) a sursei de alimentare MU5A,

la intrarea DC MOTOR PUMP a procesului PU-2; Se conectează iesirea OUTPUT E, a modulului SP-1, la intrarea

modulului PC-1; Comutatorul de pe modulul SP-1 se fixează pe poziţia EXTERNAL

SET; Se conectează iesirea OUT a modulului PC-1 la intrarea INPUT -

8V ÷ +8V, a modulului PA-2; Se reglează constantele regulatorului de tip PID cu următoarele

valori: I 1s -x- 1; D 100 ms -x- 0.5; P 10 -x- 0.3. Se conectează ieşirea PROPORTIONAL VALVE, a modulului

PA-2, la intrarea corespunzătoare a procesului PU-2; Se conectează ieşirea SOLENOID VALVE, a modulului PA-2 la

intrarea corespunzătoare a procesului PU-2; Comutatorul de pe panoul modulului PA-2 se pune pe poziţia

FLOW; Se conectează iesirea FLOW TRANSDUCER a procesului PU-2, la

intrarea modulului SC-3A, cu ajutorul unui cablu de 80 cm, dotat la capete cu mufe DIN;

Se conectează ieşirea OVERFLOW INHIBIT, a modulului SC-3A, la intrarea corespunzătoare a modulului PA-2;

Se conectează ieşirea STANDARD OUTPUT, a modulului SC-3A, la intrarea FEEDBACK a modulului SP-1;

Se conectează ieşirile ANALOG OUTPUT 0 şi GND ale modulului MFI-U, la intrările EXTERNAL SET şi GND ale modulului SP-1;

Se conectează ieşirile STANDARD OUTPUT şi GND ale modulului SC-3A, la intrarea analogică ANALOG INPUT 0, a modulului MFI-U.

În figura 7.4 se prezintă legăturile electrice dintre module.

Page 5: Reglarea debitului laborator

58 Sisteme de conducere a proceselor continue

Fig.7.4. Legăturile electrice dintre module

ATENŢ IE: Înainte de punerea sub tensiune a sursei de

alimentare MU5A, se vor verifica legăturile electrice la

stand şi la proces .

Page 6: Reglarea debitului laborator

Sisteme de conducere a proceselor continue 59

4.2 Efectuarea experimentelor şi înregistrarea rezultatelor Înainte de efectuarea experimentelor, robinetul de golire trebuie să

fie închis, trebuie să existe o cantitate suficientă de lichid (apă -6 litri) în rezervorul procesului PU-2.

De asemenea, sunt necesare urmatoarele setări pe interfaţa grafică cu utilizatorul:

se alege durata de eşantionare din controlul Time/Point; se alege durata de timp pentru înregistrarea datelor obţinute

în urma experimentului din controalele Time Base şi Time Test;

se alege valoarea referinţei din controlul SETPOINT; se alege unul din cele 8 controale TEST1 ... TEST8 pentru

memorarea datelor obţinute; se face click cu mouse-ul pe control START; se urmăreşte variaţia semnalului de ieşire în fereastra

Flowrate Supervision; după efectuarea experimentului se pot salva datele cu

ajutorul controlului Save test; pentru o analiză ulterioară a experimentului se poate folosi

controlul Graphics Analysis. Pe parcusul efectuării experimentelor se aleg diferite valori ale

parametrilor de reglare PID şi se înregistrează răspunsurile sistemului, la intrare de tip treaptă unitară.

Exemplu: Seturi de parametri PID recomandaţi pentru efectuarea

experimentelor: Regulator de tip PI: I 100ms -x- 0.4, D OFF, P 10 -x- 0.2

Regulator de tip PID: I 1s -x- 0.9, D 100 ms -x- 0.1, P 1 -x- 0.5 I 10s -x- 0.1, D 100 ms -x- 1, P 10 -x- 0.4 În figura 7.5 este prezentat un răspuns al sistemului, în care

referinţa a fost fixată la o valoare de 1,1 litri/min şi la intrare a fost aplicat un semnal de tip treaptă. Se observă suprareglajul (mare, în acest caz) şi oscilaţiile sistemului, care dispar în punctul A.

În punctul B a fost aplicată o perturbaţie în sistem, pe care regulatorul a rejectat-o, în punctul C. Perturbaţia a fost realizată manual, cu ajutorul robinetului cu bilă.

În figura 7.6 se prezintă un alt răspuns al sistemului, la perturbaţie, graficul conţinând doar o porţiune periada înregistară (porţiunea iniţială, în care are loc stabilizarea sistemului, fiind eliminată din reprezentare).

Page 7: Reglarea debitului laborator

60 Sisteme de conducere a proceselor continue

Fig.7.5. Răspunsul sistemului la un semnal treaptă şi perturbaţie

Fig.7.6. Răspunsul sistemului la perturbaţie

Page 8: Reglarea debitului laborator

Sisteme de conducere a proceselor continue 61

În prima parte a experimentului, robinetul cu bilă era parţial deschis, iar în punctul A, acesta a fost deschis complet.

Se cer următoarele: - identificarea modulelor pe standul de lucru; - identificarea şi realizarea legăturilor electrice între blocuri,

conform pct. 4.1; - realizarea experimentelor la valori diferite ale parametrilor

regulatorului PID, cu/fără perturbaţii; - interpretarea rezultatelor obţinute prin prisma performanţelor de

reglare (suprareglaj, timp tranzitoriu, eroare staţionară), condiţii de apariţie a oscilaţiilor, rejecţia perturbaţiilor, etc.