REALIZACIJA DVOPOLOŽAJNOG REGULATORA ZA TERMIČKI SISTEM PRIMJENOM PLC Moeller EASY 512-DC-RC

8/22/2019 REALIZACIJA DVOPOLOAJNOG REGULATORA ZA TERMIKI SISTEM PRIMJENOM PLC Moeller EASY 512-DC-RC

1/26

Elektrotehniki fakultetUniverzitet u Sarajevu

Odsjek: Automatika i elektronika

Predmet: Praktikum automatike i elektronike

Akademska godina 2012/2013

REALIZACIJA DVOPOLOAJNOG REGULATORAZA TERMIKI SISTEM PRIMJENOM

PLC Moeller EASY 512-DC-RC

Tim 3:

Amina ljivo

Sarajevo, Maj 2013. Lamija Vukovi


2/26

1

Sadraj1. UVOD ................................................................................................................................................... 2

1.1. ANALIZA I OPIS VJEBE ............................................................................................................. 2

1.2. STATIKE KARAKTERISTIKE NTC TERMISTORA ......................................................................... 7

2. SNIMANJE ODZIVA TERMIKOG SISTEMA........................................................................................... 9

2.1. BLOKOVSKA PREDSTAVA SISTEMA ......................................................................................... 13

3. MODELIRANJE I SIMULACIJA AUTOMATSKOG SISTEMA DVOPOLOAJNE REGULACIJE

TEMPERATURE ...................................................................................................................................... 14

4. REALIZACIJA DVOPOLOAJNOG REGULATORA NA PLC-u.................................................................. 17

4.1. SHEMA POVEZIVANJA KOMPONENTI SISTEMA ...................................................................... 17

4.2. LADDER DIAGRAM .................................................................................................................. 18

5. SNIMANJE PONAANJA STVARNOG SISTEMA SA DVOPOLOAJNIM REGULATOROM ..................... 22


3/26

2

1. UVOD

Regulator je komponenta koja vri regulisanje neke karakteristine veliine, odnosnoodravanje iznosa te veliine u unaprijed zadanom dijapazonu vrijednosti. Najprije se

poreenjem mjerene i zadane vrijednosti odreuje regulaciona greka (putem povratnesprege i komparatora). Na osnovu njenog iznosa i predznaka generie se upravljakisignal kojim se ta greka nastoji otkloniti.

1.1. ANALIZA I OPIS VJEBE

U naem sluaju se analizira dvopoloajna regulacija temperature, koju je potrebnoodravati na zadanom nivou, uz dozvoljena odstupanja. Sistem se zagrijavaukljuivanjem grijaa (sijalice), a hladi iskljuivanjem grijaa. Vrijednost temperature se

mjeri senzorom na bazi NTC otpornika.

Na poetku sistem se nalazi na sobnoj temperaturi . Kad se grija ukljui,sistem e se poeti zagrijavati prema maksimalnoj temperaturi . Kada segrija iskljui, sistem e se hladiti prema sobnoj temperaturi . Trebanapomenuti da sobna temperatura u laboratoriji za vrijeme testiranja sistema nije

iznosila , ali zbog veoma brzih promjena temperature za prvih nekoliko stepeni nijebilo mogue u realnom vremenu runo zabiljeiti otpor NTC-otpornika. Vrijednostiotpora koje su zabiljeene za temperature nie od su nepouzdane i nisu koritene uproraunu.

Da bi se temperatura odravala u okolini zadane vrijednosti , potrebno je daregulator ukljui grija kada temperatura opadne ispod , iskljui grija kadatemperatura naraste iznad . Ukoliko bi se djelovalo im temperatura opadne ispod , ili naraste iznad , frekvencija prekapanja bi bila previsoka i dolo bi do kvaraprekidaa u vrlo kratkom vremenu. Zato regulator posjeduje histerezu koja je odreena

zonom neosjetljivosti u okolini .

Tz

grijanje

in(temperatura)

out(djelovanje)

zona neosjetljivosti

hladjenje


4/26

3

U naem sluaju potrebno je regulisati temperaturu oko vrijednosti uzdozvoljeno odstupanje od . Pritom se javljaju kvazistacionarne oscilacije okozadane temperature.

Kako je sistem nelinearan, odvojeno se posmatra zagrijavanje odnosno hlaenje.

Zagrijavanje se modelira jednom vremenskom konstantom, a hlaenje drugom.Vremenska konstanta koja opisuje zagrijavanje je manja od vremenske konstante koja

opisuje hlaenje sistema, to je vidljivo sa slike.


5/26

4

Kako je rije o objektima prvog reda, prijenosna funkcija je oblika , gdjeje:

koeficijent pojaanja; inerciona vremenska konstanta; vrijeme istog transportnog kanjenja.Zanemarit emo vrijeme istog transportnog kanjenja, jer ono je isuvie malo u odnosuna vremenske intervale koje mi posmatramo. Stoga, u sluaju opisa dinamikogponaanja sistema pri zagrijavanju/hlaenju, prijenosnu funkciju sistema moemo

predstaviti na slijedei nain:

{

Dakle, sistem koji odgovara zagrijavanju odnosno hlaenju se moe opisati sljedeomdiferencijalnom jednainom ( je odgovarajua vremenska konstanta, je krajnjavrijednost temperature, a je funkcija koja odgovara promjeni temperature uvremenu) :

Homogeno rjeenje je: Partikularno rjeenje je: Konano rjeenje analizirane diferencijalne jednaine je zbir homogenog i partkularnog

rjeenja: Uz uvaavanje poetnog uslova da se sistem u poetnom trenutku nalazio na sobnoj

temperaturi dobije se konstanta : Nakon uvrtavanja dobijene vrijednosti dobije se promjena temperature u ovisnosti od

vremena:

( ) Vrijeme ukljuenja i iskljuenja grijaa se mogu dobiti iz ove relacije. Usvojimo sljedee

oznake:


6/26

5

maksimalna vrijednost temperature na koju se sistem moe zagrijati; minimalna (sobna) vrijednost temperature sistema; zadana vrijednost temperature koju je potrebno odravati; vrijednost temperature gornjeg praga; vrijednost temperature donjeg praga; zadana histereza; period kvazioscilacija; vrijeme ukljuenja;

vrijeme iskljuenja;

Vrijede relacije:

Kada je grija ukljuen, temperatura se poveava od sobne vrijednosti prema

maksimalnoj vrijednosti koju grija moe proizvesti. Kada temperatura dostignetemperaturu gornjeg praga tada se grija iskljui, i biva iskljuen sve doktemperatura ne dostigne vrijednost donjeg praga , kada se ponovnoukljuuje, i taj proces se naizmjenino ponavlja . Ukoliko se posmatra ovaj proces naintervalu izlaznih vrijednosti , iz rjeenja diferencijalne jednaine moe seizraunati vrijeme ukljuenja odnosno iskljuenja grijaa.

Za vrijeme ukljuenja vrijedi:

Analogno, za vrijeme iskljuenja vrijedi:

Uvrtavanjem relacija za dobije se traena ovisnost vremena ukljuivanjaodnosno iskljuivanja o zadanoj vrijednosti temperature koja se regulie i vrijednostihistereze:


7/26

6

Smanjenjem histereze smanjuje se amplituda oscilacija, to je svakako pozitivno, jerje u tom sluaju regulacija tanija. Ipak, to bi vodilo ka neeljenom smanjenju periodaoscilacija, odnosno poveanju frekvencije prekapanja. Poveana frekvencijaprekapanja izvrnog ureaja smanjuje vijek trajanja istog to nije dobro. Dakle,potrebno je nai kompromis izmeu vijeka trajanja izvrnog ureaja i tanosti

regulacije.


8/26

7

1.2. STATIKE KARAKTERISTIKE NTC TERMISTORA

Ako se koristi NTC termistor, prvi dio zadatka pri izradi termodinamikog sistema zaodravanje temperature unutar nekog zadanog intervala vrijednosti je odreivanjestatike karakteristike termistora. Mjerenjem otpora sa promjenom temperature su

dobivene vrijednosti prikazane u sljedeoj tabeli.

OTPOR [] 4.4 4.18 4 3.8 3.6 3.5 3.3 3.2 3.1TEMPERATURA

[] 22 23 24 25 26 27 28 29 302.9 2.8 2.8 2.7 2.6 2.54 2.47 2.4 2.33 2.26 2.2

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

2.14 2.09 2.03 1.96 1.91 1.85 1.78 1.72 1.66 1.59

42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

1.51 1.43 1.32

52 53 54

Sada je potrebno odrediti funkcionalnu zavisnost temperature od trenutne vrijednosti

otpora termistora. Upotrebom Matlab-a i metode fitovanja dobije sljedea fitovanakarakteristika :Linear model Poly3:

f(x) = p1*x^3 + p2*x^2 + p3*x + p4

Coefficients (with 95% confidence bounds):

p1 = -0.0001231 (-0.0001356, -0.0001106)

p2 = 0.01589 (0.01446, 0.01731)

p3 = -0.7384 (-0.791, -0.6858)

p4 = 14.26 (13.63, 14.88)

Goodness of fit:

SSE: 0.01619

R-square: 0.9993

Adjusted R-square: 0.9992

RMSE: 0.02363

Dakle, Inverzna funkcija ove funkcije, dobijena fitovanjem polinomom petog stepena je:

Linear model Poly5:

f(x) = p1*x^5 + p2*x^4 + p3*x^3 + p4*x^2 + p5*x + p6

Coefficients (with 95% confidence bounds):

p1 = 0.3374 (0.128, 0.5469)


9/26

8

p2 = -5.734 (-8.704, -2.764)

p3 = 37.33 (21.01, 53.65)

p4 = -113.1 (-156.5, -69.81)

p5 = 144.1 (88.6, 199.5)

p6 = -8.889 (-36.25, 18.47)

Goodness of fit:

SSE: 1.23

R-square: 0.9996

Adjusted R-square: 0.9995

RMSE: 0.2134

Dakle,


10/26

9

2. SNIMANJE ODZIVA TERMIKOG SISTEMAShema elektrinog kola koritenog u ovoj vjebi prikazana je na slici ispod:

Napon koji mjeri akviziciona kartica je , odakle se dobije

Akvizicionom karticom je mjeren napon na NTC otporniku za uzlaznu (zagrijavanje), te

za silaznu (hlaenje) sekvencu vrijednosti temperature, odnosno mjeren je odziv

sistema na odskonu pobudu (ukljuena sijalica/iskljuena sijalica).

Koriten je sljedei MATLAB kod:

AI = analoginput('mcc', 1);

addchannel(AI,0);

set(AI,'SampleRate',10);

set(AI,'SamplesPerTrigger',15*60*10);

start(AI);

[data,t]=getdata(AI);plot(t, data);

Karakteristika promjene napona na NTC-u u vremenu pri zagrijavanju sistema

prikazana je na slici ispod:

U=12 V

R=1.5 k

NTC

AKVIZICIONA

KARTICA


11/26

10

U poetnom trenutku termistor se nalazi na sobnoj temperaturi 31C. Sijalica je ugaena.Napon sa NTC termistora se vodi na ulaz u akvizicijsku karticu, a na raunaru jepokrenuta akvizicija koja pohranjuje vrijednosti napona. Sample-Rate koji smo koristili

je 10, odnosno pohranit e se 10 podataka (vrijednosti napona na NTC-u) svakesekunde. Kada je sve bilo spremno, upalili smo sijalicu i ekali da se stabilizujetemperatura, tj. da se uspostavi stacionarno stanje i postigne maksimalno oitanjetemperature u iznosu od . Akvizicija je trajala 15 minuta i u vektor je spremljeno podataka. Na osnovu spremljenih podataka mogue je izraunatiotpornost NTC-a iz relacije:

Ovisnost temperature o vremenu, , se dobije iz aproksimativne karakteristikedobijene fitovanjem:

karakteristika prikazana je na sljedeoj slici:

0 100 200 300 400 500 600 700 800 9004

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

Vrijeme (s)

Napon

(V)

Uzlazna karakteristika

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20025

30

35

40

45

50

55

Vrijeme

Temperatura

Tz

44.38


12/26

11

Sa ove karakteristike smo oitali vremensku konstantu zagrijavanja sistema. Inercionavremenska konstanta sistema je vrijeme koje protekne od trenutka dejstva pobude do

trenutka kada izlazna veliina dostigne 63.3% svoje stacionarne vrijednosti. U naemsluaju, vremenska konstanta zagrijavanja je vrijeme koje protekne dok setemperatura ne povisi od pa do . Ovojtemperaturi priblino odgovara 400. lan u vektoru temperatura , odnosno vrijeme od39.9s. Temperatura je priblino konstanta u prvih 7 sekundi, pa to vrijeme treba oduzeti.Iz prethodnog razmatranja moemo izraunati vremensku konstantu zagrijavanja

sistema

U drugom sluaju termistor se nalazi na maksimalnoj temperaturi koju sijalica moeobezbjediti. Sijalica je upaljena, mi je gasimo i time uzrokujemo poetak prelaznog

procesa. Analogno kao i u prvom sluaju, podaci se biljee akvizicijom, sa razlikom tosada koristimo aproksimativnu relaciju za silaznu karakteristiku .Karakteristika promjene napona na NTC-u u vremenu, dobijena akvizicijom, pri

hlaenju sistema prikazana je na slici ispod:

0 100 200 300 400 500 600 700 800 9004.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

Vrijeme (t)

Napon

(V)

Silazna karakteristika


13/26

12

Provodei analogan postupak kao u prvom sluaju dobije se karakteristika zahlaenje sistema prikazana na slici ispod:

Na ovoj karakteristici maksimalna temperatura je neto vita od one koja je koritena uanalizi do sada. Ovaj porast temperature uzrokovan je sluajnim pomjeranjem NTCtermistora blie sijalici tako da je senzor registrovao viu temperaturu. Vremenskakonstanta hlaenja je vrijeme koje protekne dok temperatura sistema ne opadne sa do . Ovoj temperaturi priblino odgovara1459. lan u vektoru temperatura, odnosno vrijeme od 145.8 s. Treba jo oduzeti onovrijeme od 30 s za koje karakteristika nije bijektivna. Dakle, vremenska konstanta

hlaenja sistema iznosi

Sada moemo izraunati vremena ukljuivanja odnosno iskljuivanja:

0 100 200 300 400 500 600 700 800 90030

35

40

45

50

55

60

Vrijeme (s)

Temperatura


14/26

13

2.1. BLOKOVSKA PREDSTAVA SISTEMA

Blokovska predstava termikog sistema sa negativnom povratnom spregom prikazana je

na sljedeoj slici.

Preko analognog ulaza, na PLC se dovodi mjereni napon na NTC-u koji odgovara

odreenoj temperaturi . Treba napomenuti da je na blokovskoj shemi prikazanatemperatura kao ulaz zbog vee jasnoe, ali jasno je da PLC kao ulaz prima napon.Unutar PLC-a na komparatoru je podeena vrijednost temperature koju reguliemo. Na osnovu greke izmeu zadane i stvarne vrijednosti, PLC na svom izlazu daj eprekidako djelovanje, ili ukljui 220V ili iskljui 220V (odnosno daj 0V na izlaz). Izlaz saPLC-a predstavlja ulaz na na objekat (grija-sijalicu). Objekat se sastoji od dva pod-objekta koji predstavljaju grijanje i hlaenje sistema. Ako je stvarna temperatura manjaod zadane+histereze, PLC e na izlazu dati 220V i aktivirat e objekat GRIJANJE. Ako je

stvarna temperatura vea od zadane+histereze, PLC e iskljuiti grija i aktivirati objekatHLAENJE koji e biti aktivan sve dok stvarna temperatura ne padne ispod zadane-histereze. Mjerenje temperature na objektu se vri pomou NTC termistora iji je otpor. Softeverski se moe dodati jo i blok koji preraunava otpor u napon, a napon utemperaturu na ranije opisan nain. Stvarna temperatura se putem jedinine negativnepovratne sprege vodi na ulaz kako bi se odredila greka.

Tzadano

-

Tstvarno

Preraunavanje

otpor-napon-

temperatura

TstvarnoRntc(T)

PLC - komparator

djelovanje

on=220V

off=0V

OBJEKAT

GRIJANJE

HLAENJE


15/26

14

3. MODELIRANJE I SIMULACIJA AUTOMATSKOG SISTEMA

DVOPOLOAJNE REGULACIJE TEMPERATURE

Na osnovu do sada sprovedene analize mogue je izvriti simulaciju u programskom

paketu MATLAB/Simulink.

Simulink model prikazan je na sljedeoj slici.

Odziv regulisanog sistema prikazan je na slici ispod.

Podaci potrebni za simulaciju su:

>> Tzag=34.9;

>> Thl=105.8;

>> Tz=42;

>> Th=2;

>> Tpoc=31;

>> Tkr=54;

Tzag'

Thl'

zagrijavanje

hladjenje

TstvarnoSwitchRelay

Kpoc

Kkr

1

s

Integrator2

-1Gain4

1/Thl

Gain2

1/Tzag

Gain1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20030

35

40

45Tg

Tzad

Td

Ts Tu

Tp=Ts+Tu


16/26

15

Sa odziva se moe oitati vrijeme ukljuenja koje iznosi priblino 11.42 s, i vrijemeiskljuenja koje iznosi 40.87 s. Ove vrijednosti se vrlo dobro slau sa proraunatimvrijednostima. Greke (koje mogu biti uzrokovane i nepreciznou mjerenja, a iprorauna) suu oba sluaja manje od jedne sekunde.

Apsolutne greke iznose: i Relativne greke iznose: i Pobudni signali su step signali, i razlikuju se za sluaj zagrijavanja i hlaenja. Za sluajzagrijavanja poetna vrijednost je a krajnja , dok je za sluaj hlaenja poetnavrijednost a krajnja .Relay blok je konstruisan tako da prekoraenje gornjeg praga aktivira 'on', a donjegpraga 'off'. Meutim, grijanje poinje ako je temperatura nia od donjeg praga, a ne viaod gornjeg praga, pa je potrebno invertovati ulaz u blok. Zato imamo sljedee parametre

u Simulinkmodelu:

Izlaz iz Relaybloka je 1 ako je zagrijavanje ukljueno (on) pa e Switch propustiti signalzagrijavanja kroz ulaz 1, a izlaz iz Relaybloka je 0 ako je zagrijavanje iskljueno (off) pae Switch propustiti signal hlaenja kroz ulaz 3. Zato na Switch bloku imamo uslov:'~=0'.


17/26

16

Poetni uslov integratora postavljen je na poetnu (sobnu) vrijednost temperature .Treba primjetiti da je simulacioni model u potpunosti neovisan o ranije izmjerenim,

temperaturno-vremenskim karakteristikama. Za simulaciju smo iskljuivo koristili

rjeenja diferencijalne jednaine prvog reda za uzlaznu/silaznu karakteristiku ivremenske konstante koje smo dobili.

S druge strane, stvarni dvopoloajni regulator e se umnogome osloniti upravo naizmjerene karakteristike. Zato se javlja problem, a to je odstupanje uzlazne i silazne

karakteristike za zadani interval vrijednosti temperature, tj. temperature (42-2,

42+2)C. Snimljena silazna karakteristika polazi od temperature 54C. Zato je tanamjerenja mogue izvritisamo ako se sijalica bude gasila upravo na toj temperaturi, tokod nas nije sluaj (kod nas se gaenje sijalice vri na temperaturi od 44 C). Ako budemokoristili prvobitno izmjerene karakteristike, postojat e znaajno odstupanjeuzlazne/silazne karakteristike ak i za vrijednost 44C, a nama za tu vrijednosttemperature treba potpuno poklapanje ove dvije karakteristike. Isto vrijedi i za uzlaznu

karakteristiku. Dakle, za oekivati je da e se pragovi realnog sistema pomjeriti u odnosuna one dobivene kroz proraun, odnosno simulacijom.


18/26

17

4. REALIZACIJA DVOPOLOAJNOG REGULATORA NA PLC-u

Programabilni logiki kontroler (PLC) predstavlja specijalni raunarski sistem zakoritenje u upravljanju. PLC uglavnom slui za realizaciju dvopoloajne regulacije ilogiko upravljanje, u kojem kontekstu smo ga mi i koristili. PLC moe imati vie vrstaulaza (digitalne, analogne...) i razliite vrste izlaza (relejne, tranzistorske, analogne...).

Mi smo koristili Moeller EASY 512-DC-RC koji ima 8 digitalnih ulaza, 2 analogna ulaza te

4 relejna izlaza.

4.1. SHEMA POVEZIVANJA KOMPONENTI SISTEMA

PLC emo koristiti kao prekida. Shema itavog kruga prikazana je na sljedeoj slici.

0V 24VI1I7 24V0V

PLC

~ Um

R

U

NTC

NI DAQ

AIGND - 32

ACH1 - 33

Q2

~Um

RAUNAR


19/26

18

Gdje je:

napon mree napajanje kruga Akvizicionom karticom NI DAQ se mjeri napon na NTC termistoru i isti se dovodi u PLC

preko analognog ulaza I7. Koristi se relejni izlaz PLC-a Q2, jedan kraj prekidaa je spojenna sijalicu a drugi na jedan kraj napajanja sijalice koje je je izvedeno u posebnu taku. Drugi kraj napajanja sijalice je spojen na sijalicu. Kada je prekida ukljuen, vodii sarelejnog izlaza PLC-a su kratko spojeni. U suprotnom predstavljaju prekid kola. Sve mase

su spojene na masu napojne jedinice PLC-a.

4.2. LADDER DIAGRAM

Za programiranje PLC-a je koriten tzv. Ladder diagram (ljestviasti dijagram) koji je

omoguio da PLC radi kao prekida. Dijagram je prikazan na slici ispod:

I01 (input basic unit 01) predstavlja analogni ulaz u PLC, u naem sluaju to je napon naNTC termistoru. Na ljestviastom dijagramu postoje dva analogna komparatora koji radeparalelno, to su A01 i A02.


20/26

19

Parametri komparatora A01 prikazani su na sljedecoj slici:

Komparator A01 poredi relacijom manje ili jednako napon sa analognog ulaza I7 i

konstantu 707 koja predstavlja napon koji odgovara temperaturi NTC-a . PLC koristi desetobitni konvertor, pa je potrebno napon konvertovati u . Otpor NTC-a na temperaturi oitamo iz tabele: .Napon koji odgovara ovoj otpornosti dobijemo iz formule . U PLC-u taj napon odgovara vrijednosti .Kako temperatura raste, otpor NTC-a opada, pa i napon na njemu. Dakle, kada napon na

ulazu postane manji ili jednak naponu koji odgovara maksimalnoj temperaturi, prekidase treba iskljuiti. Za to slui RQ01 (output basic unit 01 - reset) koja na izlaz Q01

postavlja logiku nulu.

Parametri komparatora A02 prikazani su na sljedeoj slici.

Komparator A02 poredi relacijom vee ili jednako napon sa analognog ulaza I7 ikonstantu 739 koja predstavlja napon koji odgovara temperaturi NTC-a . Otpor NTC-a na temperaturi oitamo iz tabele: .Napon koji odgovara ovoj otpornosti dobijemo iz formule


21/26

20

. U PLC-u taj napon odgovara vrijednosti .Kako temperatura opada, otpor NTC-a raste, pa i napon na njemu. Dakle, kada napon na

ulazu postane vei ili jednak naponu koji odgovara minimalnoj temperaturi, prekida setreba ukljuiti. Za to slui SQ01 (output basic unit 01 - set) koja na izlaz Q01 postavlja

logiku jedinicu.

U treoj grani nalaze se dvije komponente vezane serijski:

Q01 je output basic unit, izlazna varijabla koja ima vrijednost 0 (off) ili 1 (on) ovisno o

tome je li trenutno aktivan reset-off ili set-on (RQ01 ili SQ01). Q01 je serijski spojen na

kontaktor Q02 koji fiziki iskljuuje ili ukljuuje grija/sijalicu ovisno o vrijednosti Q01,odnosno ili ne daje napon od 220 V ili ga daje na izlazu PLC-a.

U nastavku e biti predoena kratka simulacija rada PLC-a.

U poetnom trenutku sistem se nalazi na sobnoj temperaturi. Otpor NTC termistora jemaksimalan, pa je i napon na njemu maksimalan. Sobna temperatura je manja od

maksimalne dozvoljene , odnosno napon na NTC-u je vei od 7.213V, komparatorA02 vodi i postavlja logiku jedinicu na Q01, dakle sijalica je ukljuena, to se vidi sasljedee slike.

Kako temperatura raste, otpor NTC-a opada a time i napon. Kada temperature poraste

na napon e biti jednak 6.901 V. Tada komparator A01 provodi, postavlja logikunulu na izlaz pa se sijalica iskljuuje.


22/26

21

Na sljedeoj slici je prikazano stanje u sistemu kada je ulazni napon 7V. Komparator A02vie ne vodi jer je napon manji od 7.213V ali je sijalica i dalje ukljuena jer napon jo

uvijek nije pao na 6.901V.

Kada napon padne na 6.9V sijalica je iskljuena to se vidi sa sljedee slike.

Sistem se sada hladi, temperatura opada a otpor i napon na NTC-u rastu. Kada napondostigne 7.213V, odnosno temperatura padne na 40, komparator A02 e provesti i naizlaz postaviti logiku jedinicu pa e se sijalica opet upaliti, to se vidi sa naredne slike.

Proces se ponavlja.


23/26

22

5. SNIMANJE PONAANJA STVARNOG SISTEMA SA DVOPOLOAJNIMREGULATOROM

Stvarni sistem na kojem smo radili je prikazan na sljedeoj slici.

Nakon spajanja komponenti prema gore predstavljenoj shemi i prebacivanja

programskog koda na PLC, pokrenuli smo simulaciju. Pomou termopara smo mjerili

temperaturu sistema. Na slici je predstavljen sistem na sobnoj temperaturi od .Zbog manjka NI DAQ akvizicionih kartica koritena je MCC kartica iako nije predvienashemom. Tokom izvoenja vjebe, kako pri snimanju karakteristika zagrijavanja ihlaenja za odreivanje vremenskih konstanti, tako i pri snimanju napona za vrijemeautomatske regulacije, javljali su se problemi pri akviziciji sa MCC karticom. Kada se

sijalica iskljui, a akvizicija traje, desi se trenutni pik napona u prijelaznom reimu kojikartica ne moe izmjeriti te matlab prijavi greku.

Na poslijetku smo uspjeli snimiti odziv termikog sistema pri aktivnoj dvopoloajnojregulaciji u trajanju od 150 sekundi. Vremenska promjena napona na NTC termistoru

prikazana je na sljedeem dijagramu.


24/26

23

Nakon preraunavanja dobivenih vrijednosti napona u temperaturu pomou koda:

Rmj=1.5*V./(12-V);Tr=0.3374*R.^5-5.734*R.^4+37.33*R.^3-113.1*R.^2+144.1*R-8.889; plot(t,Tmj)

Dobije se dijagram regulisane temperature prikazan na slici ispod.

0 50 100 1507

7.05

7.1

7.15

7.2

7.25

Vrijeme (s)

Napon(V)

0 50 100 15040

40.5

41

41.5

42

42.5

Vrijeme (s)

Tempera

tura


25/26

24

Na sljedeem dijagramu prikazani su simulirani (idealni) i izmjereni (realni) odziv.

Treba napomenuti da je simulirani odziv runo pomjeren u matlabu kako bi se izostaviodio idealnog dijagrama koji opisuje zagrijavanje sistema sa sobne temperature na , jer taj dio dijagrama nije snimljen na realnom sistemu. Zbog toga suodstupanja vea nego to bi bila da su obje karakteristike istovremeno snimane. Postojivelika greka izmeu odziva idealnog i realnog sistema jer se temperatura realnogsistema mijenja u opsegu (40, 42.5) a ne u zadanih (40, 44). Regulacija je i daljezadovoljavajua jer temperatura ne pada ispod niti raste iznad ni u jednomtrenutku. Histereza realnog sistema je gotovo duplo manja od histereze idealnog. Ovako

velike greke su se u prvom mahu javile zbog ranije opisanih problema sa akvizicijom inemogunou bilo kakvog snimanja odziva. Pribjegavali smo korekcijama (runomsmanjenju) napona u komparatoru u kodu PLC-a i slinim varkama koje odudaraju od

prorauna kako bismo uspjeli snimiti bilo ta.

to se tie vremena ukljuenja, kod realnog sistema ono iznosi 21.4-14.4=7 s.

0 50 100 15039.5

40

40.5

41

41.5

42

42.5

43

43.5

44

44.5

Vrijeme (s)

Temperatura

Tsimulirano

Tstvarno

0 20 40 6040

41

42

43

X: 14.4

Y: 40.07

0 20 40 6040

41

42

43

X: 21.4

Y: 42.35


26/26

Vrijeme iskljuenja iznosi 38.4-21.4=17 s.

Vremena ukljuenja i iskljuenja se znatno razlikuju u odnsu na proraunate to je zaoekivati s obzirom na razliku u histerezi. Vrijeme iskljuivanja je za red veliine vee odvremena ukljuivanja, to smo i predvidjeli.

0 20 40 6040

41

42

43

X: 38.4

Y: 40.07

Documents

REALIZACIJA DVOPOLOŽAJNOG REGULATORA ZA TERMIČKI SISTEM PRIMJENOM PLC Moeller EASY 512-DC-RC