Regulace a řízení teploty, tlaku hydrauliky a síly u zkušebního lisu

Transkript

1 Regulace a řízení teploty, tlaku hydrauliky a síly u zkušebního lisu Regulation and control of teperature, hydraulic pressure and power of the testing achine Bc. Jaroslav Gajdůšek Diploová práce 00

2

3

4 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 4 ABSTRAKT V této práci je popsaný návrh zkušebního lisu pro tlakové zkoušky se snadný přestavění na klasický vulkanizační lis. Saostatný lis se skládá z několika podsystéů: ěřící, vyhodnocovací, hydraulický okruh a elektrické vytápění. Podsystéy s jejich součásti jsou dopodrobna vysvětleny, odsiulovány a ověřeny jejich nastavení. Saostatnou kapitolou je pak návrh PI regulátoru pro elektrické vytápění desek, kde pro identifikaci byla použita Strejcova etoda a pro návrh regulátoru byla použita polynoiální syntéza. Klíčová slova: Zkušební lis, Strejcova etoda, polynoiální etoda návrhu regulátoru ABSTRACT In this work is described a proposal of testing achine for testing pressure with easy change on classic curing press. The achine consists of several subsystes: easuring, evaluating, hydraulic circle and electric heating. Subsystes with their coponents are explained in detail, were siulated and their settings have been checked. Special chapter is dealing with a proposal of the PI regulator used for electric heating of plates, which were used for identification of Strejc ethod and for a proposal of regulator was used polynoial synthesis. Key words: testing achine, ethod of Strejc, Polinoial synthesis

5 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 5 Na toto ístě bych rád poděkoval panu Doc. Ing. Františkovi Hruškovi, Ph.D. za důležité rady, připoínky a čas strávený při é diploové práci. Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Jaroíru Šatlovi ze společnosti AB Elpo spol. s r.o. za ochotnou spolupráci.

6 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 6 Prohlašuji, že beru na vědoí, že odevzdání diploové/bakalářské práce souhlasí se zveřejnění své práce podle zákona č. /998 Sb. o vysokých školách a o zěně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, bez ohledu na výsledek obhajoby; beru na vědoí, že diploová/bakalářská práce bude uložena v elektronické podobě v univerzitní inforační systéu dostupná k prezenčníu nahlédnutí, že jeden výtisk diploové/bakalářské práce bude uložen v příruční knihovně Fakulty aplikované inforatiky Univerzity Toáše Bati ve Zlíně a jeden výtisk bude uložen u vedoucího práce; byl/a jse seznáen/a s tí, že na oji diploovou/bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. /000 Sb. o právu autorské, o právech souvisejících s práve autorský a o zěně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, zej. 35 odst. 3; beru na vědoí, že podle 60 odst. autorského zákona á UTB ve Zlíně právo na uzavření licenční slouvy o užití školního díla v rozsahu odst. 4 autorského zákona; beru na vědoí, že podle 60 odst. a 3 autorského zákona ohu užít své dílo diploovou/bakalářskou práci nebo poskytnout licenci k jejíu využití jen s předchozí písený souhlase Univerzity Toáše Bati ve Zlíně, která je oprávněna v takové případě ode ne požadovat přiěřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly Univerzitou Toáše Bati ve Zlíně na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše); beru na vědoí, že pokud bylo k vypracování diploové/bakalářské práce využito softwaru poskytnutého Univerzitou Toáše Bati ve Zlíně nebo jinýi subjekty pouze ke studijní a výzkuný účelů (tedy pouze k nekoerčníu využití), nelze výsledky diploové/bakalářské práce využít ke koerční účelů; beru na vědoí, že pokud je výstupe diploové/bakalářské práce jakýkoliv softwarový produkt, považují se za součást práce rovněž i zdrojové kódy, popř. soubory, ze kterých se projekt skládá. Neodevzdání této součásti ůže být důvode k neobhájení práce. Prohlašuji, že jse na diploové práci pracoval saostatně a použitou literaturu jse citoval. V případě publikace výsledků budu uveden jako spoluautor. Ve Zlín. Podpis diploanta

7 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 7 OBSAH ÚVOD...9 I TEORETICKÁ ČÁST...0 VÝZNAM SYSTÉMŮ INTEGROVANÉ AUTOMATIZACE.... PROJEKTOVÁNÍ A NAVRHOVÁNÍ SYSTÉMOVÝCH PROSTŘEDKŮ..... Značení obvodů autoatizace..... Požadavky na elektrické vlastnosti Kvalita poocné napájecí energie Paraetry vazebních obvodů jednotlivých prvků Odolnost vůči rušení Bezpečnostní podínky.... PROJEKTOVÁNÍ PODSYSTÉMU MĚŘENÍ A SNÍMÁNÍ DAT Projektování obvodů pro ěření teploty Projektování obvodů pro ěření tlakových veličin Spojité regulátory...3 NASTAVENÍ REGULÁTORU Regulátory s pevně danou strukturou Algebraické etody řízení...6. POLYNOMIÁLNÍ METODA NÁVRHU REGULÁTORU Diofantické rovnice Struktura obvodů DOF konfigurace systéu řízení IDENTIFIKACE PARAMETRŮ REGULOVANÉ SOUSTAVY Strejcova etoda... II PRAKTICKÁ ČÁST PROJEKT ZADÁNÍ ÚVOD ROZBOR PROBLÉMU OBECNÝ ROZBOR PROJEKT SYSTÉMŮ ELEKTRICKÝ ROZVADĚČ HYDRAULICKÝ SYSTÉM Sníač tlaku Regulátor tlaku Ht60B Hydraulický obvod Dvoučinné čerpadlo Zpětný ventil Ruční třícestný ventil Nízkotlaká hadice Vysokotlaká hadice...4

8 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Píst Příslušenství Kontrola zapojení MĚŘENÍ A VYHODNOCOVÁNÍ TLAKOVÝCH SIL Přístroj pro přenos a zpracování dat Kounikace s tenzoetrickou hlavou Kounikace s digitální pravítke Kounikace s dotykový panele Tenzoetrická hlava Digitální pravítko Dotykový panel Zkušební ěření ELEKTRICKÉ VYTÁPĚNÍ Topné desky Regulátor teploty Ht60B Odporový senzor Pt OKRUH REGULACE TEPLOTY IDENTIFIKACE REGULAČNÍ SOUSTAVY Výpočet rovnice regulátoru Identifikace regulační odezvy...6 G s s Určení tvaru přenosu systéu ( ) 5... Odhad paraetrů T a T Výpočet G s ( s) Výpočet řízené soustavy G ( s) Porovnání naěřené a identifikované soustavy NÁVRH REGULÁTORU Návrh regulátoru polynoiální syntézou Určení charakteristické rovnice Volba polynou d Výpočet Výpočet paraetrů regulace: Siulace v Matlabu: Siulace na reálné soustavě Porovnání získaných regulačních pochodů...7 ZÁVĚR...73 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...75 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK...76 SEZNAM OBRÁZKŮ...78 SEZNAM TABULEK...80 SEZNAM PŘÍLOH...8

9 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 9 ÚVOD Diploová práce je zaěřena na návrh zkušebního lisu pro ěření tlakových zkoušek. Zkoušenýi předěty jsou pryžové kanalizační poklopy, které ají kovovou výztuhu a budou se testovat na jejich nosnost danou norou. V praxi se tedy bude zkoušet, jak se kanál prohne při zatížení 5t respektive 40t. K tou bylo nutné vytvořit takové zařízení, které by dokázalo takovou sílu vyvinout a následně ji vyobrazit společně s průhybe kanálu. Zároveň při návrhu tohoto zařízení bylo yšleno i na to, že se bude zkoušet jen pár dní v ěsíci a lis by tak byl po většinu dní nevyužitý. Proto byl navrhnut zkušební lis, který se dá snadno přestavět na enší vulkanizační lis, na které by se daly lisovat případně enší a jednodušší výrobky. Jako základ tohoto stroje byl vybrán vyřazený lis, který se očistil, vybrousil, nalakoval a byla do něj vložena nová hydraulika, která se starala o pohyb pracovního stolu. Na pracovní stůl byly vytvořeny nové pracovní desky, které se doplnily o potřebná zařízení. V první případě se jednalo o ěření a onitoring. K tou byla využita horní pracovní deska, která byla osazena tenzoetrickou hlavou. A spodní deska, která obsahovala držák zkoušených předětů. Zbylá zařízení se uístila na bezpečná a neobsazená ísta stroje. Celý systé ěření a vyhodnocování je dopodrobna rozebrán a jsou ověřeny jeho funkce a nastavení. Saotnou částí v této práci je pak provedena tlaková zkouška kanalizačního poklopu, jehož výsledek je zaznaenán v grafu. Ve druhé případě byly pracovní desky vybaveny topnýi tělesy, které jsou dopodrobna rozebrány a vysvětleny. O řízení se zde stará PI regulátor v navrhnuté regulační obvodu. Hlavní úkol ale spočíval v nalezení vhodných paraetrů PI regulátoru. K tou bylo nejprve nutné provést identifikaci regulačního obvodu a pak následně provést algebraický návrh paraetrů regulace. Zvolené etody byly Strejcova etoda pro identifikaci a Polynoiální syntéza pro algebraický návrh regulátoru. Navržený regulátor byl následně ověřen siulací v Matlab-siulinku a poté i na reálné soustavě. Výsledky z jednotlivých ěření jsou porovnány v jedno grafu.

10 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 0 I. TEORETICKÁ ČÁST

11 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 VÝZNAM SYSTÉMŮ INTEGROVANÉ AUTOMATIZACE Integrovaná autoatizace znaená autoatizovat procesy a postupy poocí decentralizovaných podsystéů autoatizace nebo inforatizace do jednoho systéu se vzájený propojení prostřednictví kounikačních sítí. Zajišťuje se tak efektivnost a kvalita řešení. Pro oblast průyslu je tato koncepce označována jako přístupy CIM/CAM. Základní funkce SIA jsou: V oboru autoatizace řízení v reálné čase. V oboru inforatiky zpracovávat signály a data na inforace, třídit je, upravit je podle význau a užití, archivovat je. Základní funkce usí být zachovány a provozovány i při působení náhodných poruchových vlivů. Ty ohou být způsobeny výkyvy jakosti ateriálu, nepředpokládanýi zěnai zatížení, zěnai v kvalitě nebo kvantitě dodávek energie, poruchai strojů atp. []. Projektování a navrhování systéových prostředků Systéová struktura SIA navržena v etapě projektování je určující faktore při jeho realizaci. V ráci projektového řešení je celková systéová struktura rozpracována na dílčí podsystéy, na dílčí obvody a na jednotlivé koponenty. Projektant provádí návrh konkrétního řešení, volí odpovídající technické prostředky a zpracovává dokuentaci... Značení obvodů autoatizace Pro kreslení schéat struktury a funkce obvodů autoatizace se používají specifické značky. Jednoduchou grafickou forou bez složitých textových popisů se vykreslí složení ěřícího nebo regulačního okruhu, jeho signální vazby na okolí a na technologické zařízení. Pro zobrazení funkční struktury a vyznačení obvodu autoatizace na strojně technologické zařízení platí ČSN ISO 35-. Tato ezinárodní nora je dorozuívací prostředke při projektování, ontáži a provozování prostředků autoatizace. [] Více k písenný kódů pro značení funkcí přístrojů naleznee např. v literatuře []

12 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00.. Požadavky na elektrické vlastnosti Provozování systéových prostředků v současné době, kdy jsou používány v převážné íře elektrické přístroje, je dáno také elektrickýi podínkai a vlastnosti.... Kvalita poocné napájecí energie Kvalita poocné napájecí energie je dána dostatečný výkone a dalšíi paraetry. Moderní konstrukce elektrických napáječů á iniální požadavky na kvalitu vstupního síťového napětí. Zpravidla se jedná o napětí 30V s tolerancí -5% až +0%, s kitočte 50Hz ±%.... Paraetry vazebních obvodů jednotlivých prvků Při sestavování systéových prostředků jsou elektrické paraetry vazebních obvodů výstupu prvku a vstupu následujícího prvku. U těchto vazeb usí být stejná napěťová úroveň a druh napětí....3 Odolnost vůči rušení V průyslových podínkách působí na systéové prostředky elektrické rušivé vlivy, ezi které patří haronické rušení, transientní a fluktuační....4 Bezpečnostní podínky Základní bezpečnostní podínky se týkají předevší splnění požadavku na elektrickou ochranu před nebezpečný dotyke. Požadavke je aby běhe provozu eventuální chyby nebo porucha nezpůsobila nebezpečí úrazu elektrický proude. []

13 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Projektování podsystéu ěření a sníání dat Každý systé SIA vyžaduje pro zajištění svých funkcí ít k dispozici údaje o paraetrech a stavu řízených a nebo sledovaných procesů. Data jsou zajišťována zpravidla autoatický ěření a nebo čtení a sníání údajů. Měření je proces získávání údajů o vlastnostech a chování soustavy, procesů, o funkci a stavu zařízení. Signály jsou poto využívány pro zobrazování inforací, v regulátorech, v zařízení pro signalizaci apod. [].. Projektování obvodů pro ěření teploty Při ěření teploty se používají sníače pro dotykové nebo pro bezdotykové ěření, odporové, dilatační teploěry a další. Jejich podrobný rozbor je ožné nalézt např. v literatuře []... Projektování obvodů pro ěření tlakových veličin Pro ěření tlakových veličin se používají ěřící senzory, převádějící působení tlaku na posuv, sílu nebo úhel natočení. Jsou to echanické systéy typu ebrána, pružná trubice, vlnovec apod. Podrobný rozbor s vysvětlení jednotlivých funkcí je ožné nalézt např. v literatuře []...3 Spojité regulátory Cíle řízení nebo regulace je generovat akční veličinu u ( t) tak, aby se regulovaná veličina y ( t) chovala podle přede zadaného cíle, jež je charakterizován žádanou veličinou ( t) w. Nejúčinnější způsobe, jak tohoto cíle dosáhnout, je použití záporné zpětné vazby. K znáéu přenosu regulovaného systéu G ( s) je nutné nalézt přenos regulátoru R ( s) tak, aby regulační odchylka e ( t) byla co nejenší. Obr. Základní zpětnovazební zapojení.

14 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 4 Při řízení technologických procesů se veli osvědčily lineární spojité regulátory typu PID. Tento regulátor se skládá ze tří členů: P proporcionální I integrační D derivační Ideální PID regulátor je popsán přenose: r R( s) = kr + + TDs = r0 + + r s TI s s () P proporcionální Pro běžné systéy se setrvačností zanechává P regulátor trvalou regulační odchylku. Je popsán jednoduchou rovnicí: u ( t) r0 e( t) RP ( s) r0 = () R = Páso proporcionality odpovídá počtu procent zěny vstupní veličiny, která zění 00% výstupní veličiny. P = 00[%] (3) r 0 I integrační Je popsán integrační vztahe: u R t = I T τ = T s (4) ( t) e( ) dt R ( s) I 0 T I znaená čas, za který při 00% zěně na vstupu naroste 00% na výstupu. Jinak řečeno, T I znaená čas, který by potřeboval čistě integrační regulátor, aby přestavil akční člen do polohy, které dosáhne PI regulátor v čase t = 0 vlive své proporcionální složky.

15 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 5 D derivační Ideální D člen zesiluje šuy, proto ho nelze použít saostatně. Reaguje na skokové zěny žádané veličiny Diracový ipulse a způsobuje tak saturaci regulátorů. Je popsán diferenciální vztahe: de( t) ur ( t) = TDe' ( t) = RD ( s) = TDs (5) dt T D je čas, který by potřeboval čistě proporcionální regulátor, aby přestavil akční člen do polohy, které dosáhne D regulátor v čase t = 0 vlive své derivační složky.[4]

16 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 6 NASTAVENÍ REGULÁTORU.. Regulátory s pevně danou strukturou Regulátory s pevně danou strukturou ají přede znáý tvar popsaný rovnicí nebo přenose, např. P, PI, PD, PID regulátor. Úkole návrhu je výběr vhodného typu regulátoru a nastavení jeho paraetrů. Využívá se např. těchto etod: Ziegler- Nichosonova etoda, CHR etoda, Cohen-Coonova etoda atd.. [5] Přesné postupy návrhu regulátoru s pevně danou strukturou naleznee např. v literatuře[4].. Algebraické etody řízení Na rozdíl od tradičních syntéz, kde většinou volíe nejprve typ regulátoru a následně na základě vybraného kritéria počítáe paraetry regulátoru, aplikace algebraických etod uožňuje získat nejen strukturu vhodného regulátoru, ale i jeho paraetry. Struktura regulátoru závisí na požadavcích kladených na systé řízení. [] Nejpoužívanější algebraická etoda se nazývá Polynoiální etoda, které se budu více věnovat dál.

17 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Polynoiální etoda návrhu regulátoru Aplikace polynoiální etody při návrhu systéů řízení vede k řešení polynoiálních diofantických rovnic. Tvar těchto rovnic závisí na zvolené konfiguraci systéu řízení, jejíž volbou lze zajistit požadovaný průběh řízení a ovlivnit velikost akčních zásahů. Nejdůležitější požadavky na vlastnosti regulačního obvodu jsou: Stabilita systéu řízení Fyzikální realizovatelnost (vnitřní ryzost) Asyptotické sledování referenčního signálu Úplná kopenzace poruchy Polynoiální etoda ná na rozdíl od etod klasických určí jak strukturu regulátorů, tak i vztahy pro výpočet jejich paraetrů... Diofantické rovnice Rovnice ve tvaru: ax + by = c (6) se nazývá diofantická a je definovaná v nožině, která se nazývá okruhe. V rovnici představují a, b, c znáé a x, y hledané, neznáé prvky z daného okruhu. Diofantická rovnice á řešení, jestliže největší společný dělitel a, b dělí c. V to případě lze bez újy na obecnosti uvažovat rovnici (6) s nesoudělnýi a a b. Diofantická rovnice á nekonečně noho řešení popsána takto: x = x 0 y = y 0 + bt at (7) x 0, y0 - tvoří partikulární řešení t - libovolný prvek z daného okruhu

18 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Struktura obvodů V této části se budu zabývat regulační obvode se zpětnovazební syčkou, často označovaný také jako FeedBack (FB) nebo také obvod s jední stupně volnosti ( DOF), je na Obr.... DOF konfigurace systéu řízení Tato konfigurace používá jeden zpětnovazební regulátor. DOF znaená one degree of freedo, tedy systé s jední stupně volnosti. Struktura regulačního obvodu v této konfiguraci je zobrazena na Obr. Blok s přenose: ( s) ( s) Obr. Schéa DOF konfigurace regulačního obvodu q R ( s) = zpětnovazební regulátor ( 8) p ( s) ( s) b G ( s) = regulovaná soustava (9) a ( s) ( s) c G V ( s) = porucha (0) a Kde b ( s), c( s) a ( s) a jsou polynoy v s. Budee předpokládat, že polynoy b, a a c, a jsou nesoudělné. Podínky ryzosti obou přenosů jsou vyjádřeny nerovnosti degb( s) deg a( s), c( s) deg a( s) deg ()

19 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 9 Signály: y regulovaná veličina w žádaná hodnota v porucha na výstupu soustavy u akční zásah e regulační odchylka Obrazy vstupních signálů w, v uvažujee také jako podíly polynoů: Pro obraz výstupu y platí: Pro obraz vstupu u platí U W V ( s) ( s) ( s) ( s) hw = () f w ( s) ( s) hv = (3) f v ( s) ( s) b c Y ( s) = G( s) U ( s) + GV ( s) V ( s) = U ( s) + V ( s) (4) a a ( s) R( s) E( s) = R( s) [ W ( s) Y ( s) ] ( s) ( s) ( s) ( s) q = = [ W ( s) Y ( s) ] (5) p Úpravou předcházejících vzorců (4) a (5) získáe vztahy pro vyjádření základních signálů v obvodu: Y a p + b q ( s) = [ b q W ( s) + c p V ( s) ] (6) E U = p a p + b q (7) ( s) [ a W ( s) c V ( s) ] = q a p + b q (8) ( s) [ a W ( s) c V ( s) ]

20 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 0 Regulační odchylku ůžee vyjádřit ve tvaru: p hw hv ( s) = a c E (9) a p + b q f w f v Podínkou asyptotického sledování žádané hodnoty a kopenzace poruchové veličiny je: ( t) 0 li e = t (0) Po Laplaceově transforaci tedy platí: li0 s [ s E( s) ] = 0 () Aby byla tato podínka splněna usí platit ( s) = f ( s) p( s), kde ( s) p ~ f představuje nejenší společný násobek polynoů f a w V f. Polynoiální rovnici d a p + b q = tak ůžee upravit na tvar a f ~ p + b q = d. Pro neznáé polynoy ~ p a q pak platí následující nerovnosti: deg q = deg a + deg f deg ~ p deg a deg d deg a + deg f () Volba polynou d ůže vypadat následovně: n = ( s + (3) d ) ) n ( s + ) d = ( s + (4) přičež si ůžee volit libovolné, pod jedinou podínkou a to,, > 0. [4]

21 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00.3 Identifikace paraetrů regulované soustavy Mnohdy neusí být zná přenos soustavy, proto je ho potřeba nejprve získat, aby bylo ožno provádět syntézu regulovaného obvodu. Tzn., že je třeba aproxiovat přechodovou charakteristiku řízeného systéu nějaký vhodný odele (přenose). Identifikace přechodové charakteristiky je jednoduchá, neboť přechodová charakteristika se ěří snadno, tzn. objekt se uvede do ustáleného stavu a poté vstupní veličinu zěníe skoke na jinou hodnotu. Časový průběh výstupní veličiny přepočítaný na jednotkovou zěnu vstupní veličiny je přechodovou charakteristikou. [9] Jednou s používaných identifikačních etod je Strejcova etoda, které se budu věnovat dál. Další etody je ožné nalézt např. v literatuře [4].3. Strejcova etoda Jednou z nejjednodušších etod aproxiace přechodových charakteristik pro statické soustavy navrhl V. Strejc. Předpokládáe přito, že kořeny charakteristické rovnice jsou reálné a záporné. Metoda uožňuje aproxiovat naěřené data soustavai n-tého řádu se stejnýi konstantai, nebo soustavai druhého řádu s různě velkýi časovýi konstantai. O způsobu aproxiace se rozhodne podle úseků, které vytíná na časové ose tečna, sestrojená v inflexní bodě aproxiované přechodové charakteristiky. [9] Obr. 3 Norovaná přechodová charakteristika statické soustavy vyššího řádu

22 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 Postup pro určení aproxiační funkce vyšetřované soustavy, je následující:. Sestrojíe tečnu v inflexní bodě přechodové charakteristiky a určíe hodnotu = T / T τ u u n. Tečnu, tedy i hodnotu u n T, T potřebné pro určení τ u, ůžee určit nejeno graficky, ale také nuericky, a to následující postupe: Indexní bod výsledné přechodové charakteristiky se určí poocí vztahu i y( t ) i t y( t i t i ) = ax pro i = 0,,,., (5) Poocí několika bodové lineární regrese v okolí inflexního bodu se určí rovnice tečny k inflexníu bodu Q i y t = a + bt (6) Paraetry a, b se určí regresní výpočte. Dále se určí doba průtahu a dobu náběhu podle vztahů T u a =, Tn = (7) b b. Je-li τ 0, 04 u, zvolíe pro aproxiaci soustavu n-tého řádu se stejnýi časovýi konstantai. Z podílu T / T určíe z tabulky nejbližší řád n aproxiačního přenosu. u n Z tabulky také stanovíe pro určený řád aproxiačního přenosu hodnoty T n / T, T u / T příp. t in / T, ze kterých určíe průěrnou neznáou časovou konstantu T. Přenos aproxiační soustavy á tvar K G( s) = (8) ( Ts + ) n

23 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Je-li τ 0, 04 u, zvolíe pro aproxiaci druhého řádu s různě velkýi časovýi úseky t a vypočítáe součet časových konstant. Pro pořadnici y( t ) = 0, 70 odečtee z přechodové charakteristiky časový úsek t a vypočítáe součet konstant Vypočítáe časový úsek t T + T = (9),564 t =,3574 ( T + ) (30) 0 T a z naěřené přechodové charakteristiky odečtee příslušnou pořadnici y t ) Z grafu závislosti y ( t ) = f ( τ ) určíe poěr časových konstant ( T = T τ (3) Z rovnic (9) a (3) se určí hledané časové konstanty. Přenos aproxiační soustavy á tvar K G ( s) = (3) ( T s + ) ( T s ) + 4. Zesílení K se v obou případech určí podle vztahu y( ) y(0) y( t) K = = (33) u( t) u( t)

24 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 4 Tabulka hodnoty pro vyhodnocování statických soustav n-tého řádu n τ u 0 0,04 0,8 0,39 0,40 0,493 0,570 0,64 0,709 0,77 t /T T u / T 0 0,8 0,805,45,00,8 3,549 4,307 5,08 5,86 T n / T,000,78 3,695 4,463 5,9 5,699 6,6 6,7 7,44 7,590 Tabulka tabulka pro určení časových konstant τ = T / T 0,06 0,030 0,050 0,06 0,07 0,084 0,09 u u n τ 0,0 0,05 0,0 0,5 0,0 0,30 0,40 = T /T u y 0,058 0,04 0,48 0,77 0,97 0,4 0,40 τ = T / T 0,097 0,00 0,0 0,03 0,03 0,04 u n τ 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90,00 = T /T y 0,50 0,56 0,60 0,63 0,64 0,64

25 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 5 II. PRAKTICKÁ ČÁST

26 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, PROJEKT 3. Zadání Pro konkrétní potřeby firy AB ELPO spol. s r.o. byl sestaven projekt zkušebního lisu pro testování tlakových zkoušek. Tento projekt obsahuje: Rozbor potřeby Analýzu zadání a potřeb Návrh jednotlivých podsystéů Schéata provedení jednotlivých podsystéů Kontrolní ěření a provoz jednotlivých podsystéů 3. Úvod Fira AB ELPO spol. s r.o. se zabývá výrobou pryžových výrobků. Jejich nejnovějšíi produkty jsou pryžové kanalizační poklopy s železnou výztuhou. Tyto poklopy usí splňovat noru ČSN EN 4 a splňovat zatřízení C50 (zaručená iniální nosnost 5t) a zatřízení D400 (zaručená iniální nosnost 40t). K potřebá vývoje železných výztuh a kontrolního ěření výrobků bylo nutné vyrobit zkušební zařízení, které zvládne tuto sílu vytvořit a zěřit. Před návrhe řešení byly stanovené kritéria: 50% cena projektu 40% kvalita projektu 0% doba provádění

27 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Rozbor probléu Pro provádění zkoušek bylo nutné vyrobit zkušební lis, který dokáže vyvinout sílu okolo 50t. Působení této síly společně s průhybe zkoušeného pryžového kanálu bylo pak nutné zaznaenat. Jelikož se zkoušet bude jen pár dní v ěsíci, tak byla přidána do požadavku snadná přestavba zkušebního lisu na vulkanizační lis pro lisování enších pryžových výrobků. 3.4 Obecný rozbor Pro vyhovění daný kritérií byly využity dostupné zásoby. Jako stroj byl vybrán vyřazený vulkanizační lis, který se očistil, vybrousil a nalakoval. Pohyb pracovního stolu pak obstarává nová navrhnutá hydraulika vsazená do lisu. Aby byla zajištěna udržitelnost systéu a řízení rozvoje byly vyrobené pracovní desky určené na pracovní sůl. Tyto desky se v první případě osadily potřebný zkušební zařízení a ve druhé případě topnýi tělesy. Výhodou tohoto řešení je, že se budou dát v budoucnu pracovní desky vyěňovat za jiné, na kterých bude zařízení např. pro jiný druh zkoušky. Pro zkušební zařízení byly vybrány nové produkty: tenzoetrická hlava, digitální ěřítko a vyhodnocovací jednotka, která bude vyobrazovat výsledek ěření. Pro vytápění byly použity topné desky a o regulaci se starají PID regulátory s dostupných zásob. Pro snížení nákladů se ještě použil již zhotovený elektrický rozvaděč.

28 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, PROJEKT SYSTÉMŮ Zkušební lis byl rozdělen na čtyři jednotlivé podsystéy. Každý plní svoji funkci. První podsystée je Elektrický rozvaděč (obr. 4 pozice ), který je nadřazený ostatní. Bez jeho chodu by ostatní systéy neohly běžet, jelikož by nebyly napájeny elektrický napětí. Elektrický rozvaděč byl uístěn nahoru na zkušební lis, aby nezavazel obsluze. Ale zároveň je zde pohodlný přístup pro nastavení paraetrů regulace teploty. Více o elektrické rozvaděči v kapitole 4. Na elektrický rozvaděč je napojen otor dvojčinného čerpadla, který je součástí druhého systéu (obr. 4 pozice ). Hydraulický systé á za úkol obstarání vertikálního pohybu pracovního stolu. Důvod, proč byl otor čerpadla napájen přes elektrický rozvaděč a ne přío ze sítě, je kvůli bezpečnosti a ochraně. Na pracovní stole se totiž ůžou nacházet drahé vyhodnocovací prvky a zařízení, které by špatnou anipulací nepovolanou osobou ohly být poničeny. Proto, pokud nebude zapnutý rozvaděč povolanou osobou, neůže dojít k poškození. Nádoba s hydraulický oleje a čerpadle byla uístěna napravo vedle lisu. Podrobný rozbor hydraulického systéu je v kapitole 4. Další systée napojený na elektrický rozvaděč je Měření a vyhodnocování tlakových sil (obr. 4 pozice 3). Tento okruh se skládá z několika vyhodnocovacích a ěřících prvků, které jsou uístěny napevno na pracovní desce a některé přío na zkušební lisu. Více v kapitole 4.3 Čtvrtý systée je systé Elektrického vytápění (obr. 4 pozice 4). Tento systé je úzce spojen s Elektrický rozvaděče. V ně jsou přío uístěny regulátory teploty, které regulují teplotu vyhřívaných desek. Pro dokonalé vytápění je nutné vyhřívaní poocí dvou desek. Více o elektrické vytápění v kapitole 4.4

29 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 9 Obr. 4 Průřez zkušebního lisu Podsystéy čísla 3. a 4. jsou variabilní. Hlavní prvky byly uístěny na pracovní desky, které se dají snadno vyjout a zase zpět připevnit. To bude uožňovat v budoucnu udržitelnost systéu. Nebude problé vyrobit pracovní desku s jiný zařízení, např. pro jiný druh zkoušky a tu díky variabilitě snadno připevnit do stávajícího zkušebního zařízení.

30 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Obr. 5 Blokové schéa Zkušebního lisu Elektrické vytápění dvou topných desek: TCa, TCb teplotní regulátor Ht60B TJT a, TJTb teplotní senzor Pt00 Hydraulický systé: PC 3 hydraulický regulátor Ht60B PJT 4 hydraulický senzor Hydraulický obvod Měřící a vyhodnocovací systé GJT 5 digitální pravítko WJT 6 tenzoetrická hlava I 7 dotykový panel UQ 8 zařízení pro zpracování a vyhodnocení dat

31 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Elektrický rozvaděč Elektrický rozvaděč byl převzat od klasických lisovacích lisů. Saotný návrh tedy odpadl. Do elektrického rozvaděče byly přío připojeny PID regulátory, kterýi se reguluje teplota topných desek a axiální lisovací tlak. Jedná se o regulátory typu Ht60B. Nalezení vhodných paraetrů regulátoru pro vytápění se věnuji v kapitole 3. Regulátor tlaku pracuje pouze jako rozpínací prvek hydraulického okruhu při dosažení žádané hodnoty. V toto případě dosažení axiálního tlaku. Regulátor tedy plní funkci dorazu při lisování. Obr. 6 Boční pohled na rozvaděč

32 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, 00 3 Obr. 7 Schéa elektrického rozvaděče Popis: TCa, TCb teplotní regulátor Ht60B PC3 hydraulický regulátor Ht60B ER zdroj JS-6-40, 30V-AC/4V-DC TJTa, TJTb teplotní senzor Pt00 PJT4 tlakový sníač KM,,3 - stykač

33 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Hydraulický systé Hydraulický systé uožňuje pouze jeden pohyb a to vertikální pohyb pracovního stolu v hydraulické obvodu. Hnací jednotkou je zde otor dvoučinného čerpadla, který je napájen 400V a spouští se tlačítke SB dle schéatu obr.7. Tlak v hydraulické obvodu se ěří poocí tlakového senzoru PJT4, který posílá signál v rozsahu 4-0A ke zpracování do hydraulického regulátoru PC3. Ten po dosažení žádané hodnoty w rozepne obvod a otor stojí. Obr. 8 Schéa hydraulického systéu

34 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Sníač tlaku Jako sníač tlaku byl použit Sníač tlaku DMP 333 (viz schéa na obr. 7 a obr. 8 na pozici PJT 4). Jedná se o univerzální sníač použitelný pro kapalinu i plyn. Rozsahy tlaku jsou od 0,5 bar do 600 bar. Jelikož á senzor zespodu závit, uožňuje snadné připojení do hydraulického systéu. Výstupní signál v hodnotách 4-0A je přiveden přío na hydraulický regulátor. Výstup sníače je podle schéatu na obr. 0 vyveden na vstup regulátoru podle obr. a to na pozice,,3. Obr. 9 Senzor tlaku DMP 333 Obr. 0 Schéa zapojení výstupu sníače tlaku

35 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Regulátor tlaku Ht60B Jako regulátor tlaku byl zvolen regulátor Ht60B (viz schéa na obr. 7 a obr. 8 na pozici PC 3). Jeho výhodou je, že se dá snadno použít jako dvoupolohový regulátor s nastavitelnou hysterezí regulačního výstupu. K tou je nutné nastavit v konfigurační enu Nastavení vstupního senzoru na: 4-0 (tj. 4-0 A, rozsah -499 až 499 jednotek). Po dosažení žádaného tlaku rozepne regulátor běh otoru poocí relé :PC3 zapojeného dle schéatu na obr. 7. A otor čerpadla neůže dál čerpat. Saotný regulátor je napájený 30V AC. Napájení je přivedeno na regulátor dle schéatu na obr. do pozic,. Obr. PID regulátor Ht6OB

36 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Obr. Schéa pro zapojení

37 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Hydraulický obvod Hydraulický obvod se skládá z dvoučinného čerpadla, které vtláčí hydraulický olej pod píst a tí ho zvedá sěre vzhůru. Za čerpadle se nachází zpětný ventil, který propouští olej pouze jední sěre. Pro ruční ovládání sěru pohybu pístu se používá ruční trojcestný ventil. Ten uožňuje dvě trasy: trasu A pro pohyb pístu nahoru a trasu B pro pohyb pístu dolů podle obr.3. Při pohybu pístu dolů je pak hnací silou tíha pracovního stolu, který je propojen s píste. Použité prvky v hydraulické obvodu byly od firy Hansa-Flex. Obr. 3 Schéa hydraulického obvodu

38 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Dvoučinné čerpadlo Dvoučinné čerpadlo bylo zvoleno s asynchronní otore o výkonu kw. Čerpadlo pracuje tak, že v první fázi čerpá zubové čerpadlo a po dosažení určitého tlaku dojde k přepnutí chodu na pístové čerpadlo. Hranice přepínání je dána už při výrobě. Poté uožňuje čerpadlu pracovat až po liitní stav, který určuje tlakový spínač. Výhodou toho druhu čerpadla je to, že využívá výhod každého čerpadla zvlášť. Při lisování alých tlaků, nebo při anipulaci se stole je zubové čerpadlo výhodnější kvůli vyšší rychlosti čerpání. Pro dosažení vyšších tlaků je potřeba výkonnější pístové čerpadlo, které jede poaleji. Čerpadlo je uístěno přío v nádobě, kde se nachází hydraulický olej, který je pak čerpadle hnán pod píst. Motor se spouští poocí tlačítka SB dle schéatu na obr. 7, které je vyvedeno na lis. Obr. 4 Dvoučinné čerpadlo

39 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Zpětný ventil Zpětný ventil zajišťuje průtok édia jední sěre, respektive nepřipustí průtok sěre opačný. Zpětný ventil se skládá z kuželky dosedající na sedlo. Kuželka je k sedlu většinou přitlačovaná pružinou. Tlak édia v propustné sěru způsobí odtlačení kuželky od sedla, vzniklý průřeze pak proudí édiu. Obr. 5 Průřez zpětného ventilu Obr. 6 Zpětný ventil

40 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Ruční třícestný ventil Třícestný ventil á ručně přepínací dráhu, která slouží k jednoduchéu řízení sěru proudící kapaliny. Pokud je páka ve vodorovné poloze, tak hydraulický olej ůže proudit do prostoru pod píst, a tí se pracovní stůl pohybuje sěre vzhůru (dráha A podle schéatu na obr. 3). Pokud je páka ve svislé poloze, je hydraulický olej vytlačován zpět do nádoby s oleje a pracovní stůl tak jede dolů (dráha B podle schéatu na obr. 3). Obr. 7 Schéa třícestného ventilu Obr. 8 Třícestný ventil

41 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Nízkotlaká hadice Nízkotlaká hadice se používá v nízkotlakých okruzích, kde nejsou zatěžovány velkýi tlakovýi rázy. Výhodou oproti vysokotlaký hadicí je pořizovací cena, ta je pochopitelně nižší. Pro přepad, kde je tlak takřka nulový byla použita hadice typu ND 00 s nejenší pracovní tlake. Obr. 9 Průřez nízkotlaké hadice Vysokotlaká hadice Vysokotlaká hadice se používá ve vysokotlakých okruzích. Skládá se z několika vrstev. Použitý typ HD 40 á pracovní tlak kole 350 bar. Obr. 0 Průřez vysokotlaké hadice

42 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Píst Plocha pístu se určí ze vztahu (34). Kde požadovaná nejvyšší síla by byla 75 t (větší síla nebude potřebná ani při lisování ani při testování) a pracovní tlak by byl ax. do 00 bar ( i nejslabší prvek ve vysokotlaké obvodu je předienzovaný ). F p = (34) S F p = (35) π r F r = (36) π p r = = 0, 55 (37) π Použitý píst u zkušebního lisu je tedy o průěru 3 c. Obr. Připravený prostor pro píst

43 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Příslušenství Jako příslušenství v hydraulické okruhu byly použity: adaptéry tvaru T, přesuvné atice a různé redukce závitů. Tyto prvky uožňují snadné vytvoření rozebíratelných spojů a snadné přidání dalších zařízení do okruhu (např. tlakový sníač). Jejich počet byl zvolen dle potřeby. Obr. Adaptér tvaru T Obr. 3 Přesuvná atice Obr. 4 Redukce pro závity

44 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Kontrola zapojení Před saotný zkoušení a kontrolou bylo nutné nalít hydraulický olej do zásobníku a provést odvzdušnění v hydraulické okruhu. To se provedlo tak, že se opakovaně nanečisto zalisovávalo na ax. lisovací tlak. Po vytlačení veškerého vzduchu získal hydraulický pohyb pracovního stolu klidný a přesný pochod. Pro vyobrazení narůstajícího tlaku v hydraulické obvodu byl použit onitoring (viz 4.3). Měření se provedlo na kanalizační poklopu, na který byla 3x vyvinuta síla 50kN. Výsledek chování narůstajícího tlaku v hydraulické okruhu je vyobrazen na obr. 5. Kontrolní ěření síla [kn] t [s] ěření č. ěření č. ěření č.3 Obr. 5 Růst tlaku Z ěření je vidět, že při dosažení 50 kn dojde k přepnutí chodu zubového čerpadla na poalejší pístový. Po dosažení žádaného tlaku (50kN) regulátor vypne chod čerpadla. Tlak ale ještě kolísá, to je způsobeno echanickýi vlastnosti pryžového kanálu.

45 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Měření a vyhodnocování tlakových sil Měřící a vyhodnocovací okruh slouží k ěření tlakových sil. Předpokládané ěřené výrobky budou kanálové pryžové říže, které se testují na průhyb při působení tlakové síly. Ta ůže dosahovat síly až 50 tun. Hlavní člene je jednotka pro zpracování dat (UQ 8 na obr. 6 a obr. 7), která je napájena 4V. Vstupní data jsou do ni přiváděna poocí kabele RS 3 s digitálního pravítka (GJT 5 na obr. 6 a obr. 7) a tenzoetrické hlavy (WJT 6 na obr. 6 a obr. 7). Zpracovaný výsledek je pak pouze vyobrazen na dotykové panelu (zařízení I 7 na obr. 6 a obr. 7) s ožností uložení na paěťovou kartu ve forátu *.txt. Kde kounikace probíhá poocí kabelu USB. Obr. 6 Blokové schéa

46 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Obr. 7 Popis ěřícího a vyhodnocovacího okruhu 5 digitální pravítko, 6 tenzoetrická hlava, 7 dotykový panel, 8 vyhodnocovací jednotka a 9 zkoušený pryžový kanál

47 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Přístroj pro přenos a zpracování dat Jedná se o zařízení (viz schéa na obr. 6 a obr. 7 na pozici 8), které plní několik funkcí ezi které patří obstarání vstupních a výstupních dat a signálů. Dále slouží také jako A/D a D/A převodník. Přes přístroj se také napájí některá zařízení v rozsahu 5V 4V DC. Saotné zařízení je produkte TS ELEKTRONICS Zlín a bylo vyrobeno přesně na íru projektu. Obr. 8 Ilustrativní foto přístroje pro přenos a zpracování dat Datový vstup: 3x RS 3 x USB Datový výstup x RS 3 x USB

48 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Kounikace s tenzoetrickou hlavou - Napájení tenzoetrické hlavy 5V DC. - Vstupní rozsah převodníku prograovatelný ± 0 V až ± 80 V - Rozlišení převodníku 4 bitů no issing codes - Statický filtr - Rychlost ěření až 000 vzorků / sec - Kounikace poocí kabelu RS 3 - Příkon ax.,5 VA Kounikace s digitální pravítke - Vyčítání dat pravítka sériové, digitální přío z interface pravítka - Rychlost čtení dat 5 ěření / sec - Kounikace poocí kabelu RS Kounikace s dotykový panele - Kounikace poocí kabelu USB

49 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Tenzoetrická hlava Tenzoetrická hlava (viz schéa na obr. 6 a obr. 7 na pozici 6) slouží jako silový sníač, který se bude tlačit do zkušebního vzorku, resp. zkušební vzorek bude tlačen na tenzoetrickou hlavu. Hlava je vyrobena s nerezové oceli se zabudovanýi tenzoetry. Což jsou přístroje používány k ěření echanického napětí způsobeného např. tahe nebo tlake. Použitý typ tenzoetrické hlavy uožňuje sníat sílu až 750 kn. Data jsou vyváděna poocí kabelu RS 3 k dalšíu zpracování. Obr. 9 Tenzoetrická hlava

50 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Digitální pravítko Pro sníání průhybu kanálu bylo použito kapacitní elektronické vestavné posuvné ěřítko s ěřící systée (viz schéa na obr. 6 a obr. 7 na pozici 5). Pravítko á digitální ukazatel polohy s ožností přenosu dat poocí elektrického kabelu k dalšíu zpracování a zálohování. Rozsah ěření je 0. Digitální pravítko obsahuje vlastní,5v napájecí baterii. Obr. 30 Digitální ěřítko Mitutoyo 0

51 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Dotykový panel Dotykový panel (viz schéa na obr. 6 a obr. 7 na pozici 7) á 30 * 40 zobrazovacích bodů a slouží pouze k zobrazení výsledku s ožností uložení dat z ěření na paěťovou kartu ve forátu *.txt. Ovládání panelu je poocí dotyku na displeji. Panel uožňuje softwarovou úpravu. Jeho kounikace a napájení probíhá poocí USB kabelu. Obr. 3 Dotyková vyhodnocovací jednotka

52 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Zkušební ěření Pro ověření správného sestavení zkušebního okruhu Měření a vyhodnocování tlakových sil byl testován pryžový kanál o rozěru 480x480x0. Ten byl uístěn do speciálního držáku a byla na něj vyvinuta síla 80kN. S výsledku ěření byl sestaven graf (viz obr. 33) závislosti průhybu kanálu na působící síle. Obr. 3 Zkoušený kanál

53 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, průhyb [] tíha [kn] data z ěření Polynoický (data z ěření) Obr. 33 Graf závislosti průhybu na působící síle V grafu jsou drobné nepřesnosti způsobené ěření posuvný pravítke. Při působení tlakové síly se totiž povrchová pryžová vrstva různě deforovala, což způsobovalo írné odskoky pravítka.

54 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Elektrické vytápění Elektrické vytápění se stará o výhřev lisu. K tou slouží dvě topné desky (horní a spodní). Regulaci teplot ají na starosti regulátory TCa a TCb. Ty porovnávají zadanou žádanou hodnotu s aktuální teplotou topné desky, která je sníána poocí tepelného senzoru Pt00. Výstupe s regulátorů je pak řada ipulsů, které spínají stykač :TCa a :TCb. Obr. 34 Schéa elektrického vytápění

55 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Topné desky Vytápí se poocí topných desek, ve kterých je elektrické vedení o odporu 8 Ω. Výkon se určil ze vztahu (38), kde konstantní přiváděné napětí je 0V. U P = (38) R 0 P = = 688 W (39) 8 Elektrický výkon pracovní desky tedy je 640W. Obr. 35 Průřez topné desky Pro snížení tepelných ztrát se deska zespodu odizolovala izolační vrstvou. Do desky byl vyvrtán otvor pro odporový senzor teploty Pt00. Výstupní hodnoty ze senzoru byly přiváděny na regulátor zabudovaný v rozvaděči. Zde je ožné sledovat aktuální teplotu.

56 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Regulátor teploty Ht60B Regulátory teploty Ht60B (viz schéa na obr. 7 a obr. 34 na pozici TCa a TCb) jsou stejného typu jako regulátor tlaku Ht60B na obr. (), pouze s tí rozdíle že v konfigurační úrovni je přepnut na PI regulátor a ne na dvoupolohový regulátor a na vstup jsou pak přiváděna data z teplotního senzoru Pt00. Takže v konfigurační enu se ještě usí zěnit Nastavení vstupního čidla na: RTD (tj. odporové čidlo Pt00, rozsah -00 až 800 C ). Celý regulátor je pak připojen do elektrického rozvaděče viz kapitola 4... Požadovaný výkon je přenášen poocí tzv. šířkové odulace. V každé časové cyklu je výstup jednou sepnut a jednou vypnut. Délka sepnutí je tí větší, čí větší je požadovaný výkon. Obr. 36 Příklad šířkové odulace Doba cyklu nepříznivě ovlivňuje kvalitu regulace. Čí je tato doba větší, tí enší je kvalita regulace. Zároveň však neůže být doba cyklu příliš krátká. Na regulační výstupu je využíván stykač s oezenou životností s ohlede na počet sepnutí. Proto je nutné zvolit optiální dobu jednoho cyklu. Nastavení hodnot PI regulátoru se věnuji v kapitole 5.

57 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Odporový senzor Pt00 Pro senzor (viz schéa na obr. 7 a obr. 34 na pozici TJT a, b) byla vyvrtaná díra do topné desky. Tři vodiče byly zapojeny na regulátor Ht60B dle schéatu na obr.. Obr. 37 Odporový senzor Pt00

58 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, OKRUH REGULACE TEPLOTY K regulaci teploty vyhřívání topné desky byl použit nový zakoupený PI regulátor Ht60B obr. (), jehož paraetry bylo nutné vypočítat. Regulátor byl pouze přednastaven z výroby. Hodnoty regulátoru byly nejprve nastaveny experientálně. Pro takto nastavený regulátor byla naěřena přechodová charakteristika, která byla následně identifikovaná. Ze znáého regulátoru a identifikovaného výstupu bylo ožné provést výpočet řízené soustavy G ( s). Pro už vypočítanou soustavu G ( s) bylo poté ožno použít přesnou algebraickou etodu výpočtu regulátoru a dosáhnout tí lepších výsledků. 5. Identifikace regulační soustavy Před identifikací byl experientálně hledán PI regulátor, tj. byly náhodně vyýšleny takové hodnoty, které by vedly ke stabilní soustavě bez překitu a trvalé regulační odchylky. Toho bylo docíleno nastavení na hodnoty P = 6.3 a T i = 75. Při ěření však nebylo ožné ěřit ani jinak pozorovat akční zásah. Reálná soustava na to neěla potřebný onitoring. w - žádaná hodnota Obr. 38 Schéa zapojení reálné soustavy y - regulační pochod (vyobrazen na obr. 39) R ( s) - PI regulátor jehož paraetry byly nastaveny na hodnoty: P = 6.3, T i = 75 G ( s) - neznáá řízená soustava e - regulační odchylka u - akční zásah

59 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Jelikož Regulační soustava neuožňovala přesný zápis dat, vyobrazení regulačního pochodu uselo být sestaveno ručně. Aktuální teplota byla sníána poocí sníače Pt00 a vyobrazena na panelu PI regulátoru. Hodnoty byly pak po časových intervalech sepisovány do výsledného grafu na obr. (39) y(t) [ C] t [s] w - žádaná hodnota y - regulační pochod Obr. 39 Naěřená přechodová charakteristika

60 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Výpočet rovnice regulátoru Rovnice se určila s nastavených paraetrů P a T i při kterých byla naěřena přechodová charakteristika. Výpočet hodnoty r 0 : P = 00 (40) r 0 r 0 P = 00 (4) r = 00 0 P (4) 00 r 0 = = 3,8 (43) 6,3 Výpočet rovnice regulátoru: R R R ( s) r 0 D (44) T s 0 ( s) r + + r T s = 0 i 3,8 3 (45) 75 s ( s) =, ,8 0 s 85 s + 3,8 3,8 s + 0,05 = = (46) 75 s s

61 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Identifikace regulační odezvy Identifikace byla provedena poocí Strejcovy etody. Z naěřeného norovaného regulačního pochodu bylo patrné, že se jedná o systé. řádu. Proto byl hledán inflexní bod (poocí vztahu 4 ) y [-] 0,8 0,6 0,4 0, t [s] y - regulační pochod w - žádaná hodnota Obr. 40 Norovaný regulační pochod 0,8 0,6 y [-] 0,4 0, y = 0,0094x - 0, , t[s] jednotlivé body ěření Lineární (jednotlivé body ěření) Obr. 4 Oblast inflexního bodu Rovnice regrese byla získána z okolních bodů a á tvar y = 0,0094x 0,0737.

62 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Určení tvaru přenosu systéu G s ( s) Rovnice regrese: y = 0,0094x 0,0737 Požadovaný tvar: y = a + bt Po úpravě: y = 0, ,0094t Z toho plyne a = - 0,0737, b = 0,0094 a y(t) = Jelikož τ < 0, 04, výsledný přenos á tvar: u a 0,0737 T u = = = 7,84 (47) b 0,0094 T n = = = 06,38 (48) b 0,0094 Tu 7,84 τ u = = = 0,0737 (49) T 06,38 ( s) n K G s = (50) ( T s + ) ( T s ) Odhad paraetrů T a T K výpočtu paraetrů T a T byly použity rovnice (9) a (3). Nejprve však byla z přechodové charakteristiky (na obrázku obr. 40) odečtena pořadnice y ( t ) = 0, 7 a tí určen časový úsek t : Dále bylo nutné určit τ, které se určilo z tabulky () : y ( 86 ) = 0, 7 (5) t = 86 (5) τ u = 0,0737 0,07 τ = 0, (53)

63 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Výpočet časové konstanty T : Dosazení rovnice (3) do (9) byl získán vztah (54). Po jeho úpravě a výpočtu byla získaná konstanta T : t T = (54),564 ( + 0,) ( + τ ) T = = = 56,954 (55),564, Výpočet časové konstanty T : Dosazení rovnice (3) do (9) byl získán vztah (56). Po jeho úpravě a výpočtu byla získaná konstanta T : t τ T = (56),564 ( + 0,) ( + τ ) 86 0, 7, T = = =,39 (57),564, Výpočet G s ( s) Do určeného přenosu (50) se dosadily konstanty T a T K G s = = (58) ( s) ( T s + ) ( T s + ) ( 56,954 s + ) (,39 s ) + 0,0054 G s ( s) = = (59) 648,763 s + 68,345 s + s + 0,054 s + 0,0054

64 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Výpočet řízené soustavy G ( s) G ( s) ( s) G( s) R( s) G( s) R G s ( s) = (60) + ( s) [ + R( s) G( s) ] R( s) G( s) G s = (6) G G ( s) G ( s) R( s) G( s) R( s) G( s) + (6) s s = s G ( s) G( s) R( s) G( s) G ( s) R( s) s = (63) ( s) G( s) [ R( s) G ( s) R( s) ] G s s = (64) ( s) Gs( s) ( s) G ( s) R( s) = (65) R s 0,0054 s + 0,054 s + 0,0054 = (66) 3,8 s + 0,05 0,0054 3,8 s + 0,05 s s + 0,054 s + 0,0054 s G ( s) = s + 0,0054 0,054 s + 0,0054 ( 3,8 s + 0,05) ( s + 0,054 s + 0,0054) 0,0054 ( 3,8 s + 0,05) ( s + 0,054 s + 0,0054) s (67) 0,0054 s G = (68) ( s) G ( s) ( 3,8 s + 0,05) ( s + 0,054 s + 0,0054) 0,0054 ( 3,8 s + 0,05) = 0,0054 s 3 3,8 s + 0,4005 s + 0,0058 s + 0,005 s + 0,0054 s 0,0058 s (69) G ( s) = 0,0054 s 3 3,8 s + 0,455 s + 0,0054 s (70) 0,0054 0,0004 G ( s) = = (7) 3,8 s + 0,455 s + 0,0054 s + 0,88 s + 0,004

65 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Porovnání naěřené a identifikované soustavy Získaný přenos (7) byl siulován v Matlab-Siulinku. Obr. 4 Schéa zapojení 4,5 4 3,5 3,5 y [-],5 0,5 0-0, t [s] y - regulační pochod w - žádaná hodnota u - akční zásah Obr. 43 Identifikovaný regulační pochod

66 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, y [-] 0,8 0,6 0,4 0, t [s] identifikace poocí Strejcovy etody naěřená data w - žádaná hodnota Obr. 44 Porovnání naěřené s identifikovanou charakteristikou Regulační pochod reálné soustavy byl z počátku lehce zpožděný oproti identifikované soustavě. To ohlo být způsobeno akční člene, který na reálné soustavě byl fyzikálně oezený. Po uplynutí cca 00s došlo k vyrovnávání pochodů, chování reálné a identifikované soustavy se vyrovnalo. Bylo tedy patrné, že soustava je regulovaná správně. Bohužel přesné porovnání akčních členů nebylo ožné, reálná soustava totiž neuožňovala onitoring této veličiny. Menší odchylka ohla být způsobena i okolníi podínkai kole reálné soustavy, která se nacházela přío v provozu. Další nepřesnosti a odchylky ohly být způsobeny zaokrouhlování. Hledání optiálních paraetrů PI regulátoru byl věnován obrovský čas. A z několika nastavení PI regulátoru byl vybrán jistě ten nejvhodnější.

67 UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované inforatiky, Návrh regulátoru Po hrubé odhadu PI regulátoru a identifikaci naěřené odezvy byl získán G (s) přenos pro který byl navrhnut přesnější PI regulátor algebraickou etodou a to polynoiální syntézou pro obvod s jední stupně volnosti DOF. Tato etoda byla zvolena proto, že se poocí paraetrů dá veli snadno ovlivnit regulační pochod. 5.. Návrh regulátoru polynoiální syntézou Snahou bylo nalezení takového regulátoru, který by vedl ke stabilní soustavě a regulační pochod by byl bez vysokých akčních zásahů, i za cenu dosažení žádané hodnoty za delší časový úsek. Důvode byl fakt, že reálná soustava na kterou se ěl algebraicky získaný regulátor aplikovat, byla fyzikálně oezená a nebyla by tak prakticky realizovatelná. Při návrhu regulátoru nebyla uvažovaná vstupní porucha Určení charakteristické rovnice Dle obrázku (38) bylo sestrojeno blokové schéa (7): G 0 R( s) G( s) = (7) + R( s) G( s) Po dosazení rovnic (44), (7) a úpravou byla získána charakteristická rovnice: r0 s + I 0,0004 s s + 0,88 s + 0,004 G 0 = (73) r0 s + I 0, s s + 0,88 s + 0,004 0,0004 ( r s + I ) 0 s( s + 0,88 s + 0,004) ( s + 0,88 s + 0,004) + 0,0004 ( r0 s + I ) s( s + 0,88 s + 0,004) G 0 = (74) s G 0 = s 0,0004 ( r s + I ) 0 ( s + 0,88 s + 0,004) + 0,0004 ( r s + I ) 0 (75) 0,0004r0 s + 0,0004I G0 = (76) 3 s + 0,88 s + 0,004s + 0,0004r s + 0,0004I 0