Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC

Transkript

1 Řízení tepelné soustavy s dopravním zpožděním pomocí PLC Jan Beran TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Cíle bakalářské práce Realizace připojení PLC k tepelné soustavě Nalezení vhodného pracovního bodu a identifikace soustavy Návrh regulátoru PI(D) Realizace řízení tepelné soustavy pomocí PLC Využití tepelné soustavy jako modelu vytápění objektu (místnosti) a vyzkoušení regulace a dalších funkcí PLC 2

3 PLC Řízení se provádělo pomocí PLC AMiNi4DS od firmy AMiT Popis a grafické zobrazení: 3

4 Model tepelné soustavy Model simuluje ohřev, přenos a tepelnou ztrátu teplonosného média (v tomto případě vody) Model byl rozšířen o teplotní čidlo PT100 měřící teplotu vzduchu procházející výměníkem voda/vzduch 4

5 5

6 Propojení PLC s modelem tepelné soustavy K propojení byl vyroben propojovací kabel pomocí konektoru CONN 25 a 25-ti žilového IDE kabelu Zapojení pinů a konektorů svorek: Pin Signál konektoru Směr Napěťová úroveň 11 Měřená veličina y1 výstup 0-10V 12 Měřená veličina y2 výstup 0-10V 13 Měřená veličina y3 výstup 0-10V 17 GND V 19 Ventilátor 2 vstup 0-10V 20 Čerpadlo vstup 0-10V 23 Ventilátor 1 vstup TTL 24 Topení vstup TTL 6

7 Identifikace Identifikace soustavy byla provedena na základě naměřené přechodové charakteristiky, která byla následně zpracována v programu Matlab Pro naměření přechodové charakteristiky byl vytvořen jednoduchý program na ovládání prvků soustavy a archivaci teplot Nejprve bylo provedeno měření při různém výkonu čerpadla Na základě zvoleného výkonu čerpadla se měřila přechodová charakteristika Matlab Využití funkce Ident Výstupem je aproximovaná funkce a její přenos 7

8 Porovnání charakteristiky na základě výkonu čerpadla Teplota [ C] % 50% 75% 85% 95% Čas [s] 8

9 Naměřená přechodová charakteristika Teplota [ C] Čas [s] 9

10 Zpracování v Matlabu 10

11 Přenos systému Přenos 1. řádu s dopravním zpožděním: Přesnost 97,03% Přenos 2. řádu s dopravním zpožděním: Přesnost 97,79% 11

12 Návrh parametrů PID regulátoru Využití metody Chien, Hrones a Reswick: K = 0, T i = 675,4358 T d = 58,1901 Pomocí simulace doladění parametrů: K = 0,12 T i = 660 T d = 35 Zvolen přírůstkový tvar rovnice pro výpočet akčního zásahu: u (k) = (T d +(T d /T i )+T d *K)*e (k) - (T d +2*(T d *K))*e (k-1) + (T d *K)*e (k-2) + u (k-1) Opět pomocí simulace doladění parametrů: K = 0,11 T i = 540 T d = 17,5 12

13 Regulovaný průběh - simulace 25 Porovnání regulátoru realizovaného náhradním obvodem a realizovaným regulátorem Náhradní obvod Realizovaný regulátor Time 13

14 40 Regulovaný průběh 35 Teplota [ C] Teplota y1 Teplota y2 Teplota y3 Teplota y4 Žádaná hodnota Čas [s] 14

15 Obrazovky AMiNi4DS nabízí možnost programovat obrazovky PLC a provázat skrze ně ovládání a sledování programu přímo na PLC. Příklady obrazovek vytvořených pro tuto úlohu: 15

16 Vizualizace K tvorbě využit servisní program ViewDet Vizualizace se tvoří na tzv. scéně jednoduchým přidáváním scénických prvků Scénické prvky: Inspektor Matice, proměnná, text Archiv, PC Archiv Provozní deník Časový plán 16

17 Vizualizace 17

18 Časové plány Aplikován 12ti hodinový interval s teplotami vyššími o 10 C oproti návrhu, jaký by se aplikoval na reálnou soustavu Výsledný průběh pro měření s nastavení pro všední den: Teplota [ C] Měřená teplota y4 Žádaná hodnota teploty y Čas [s] x

19 Zhodnocení dosažených výsledků Připojení PLC Snadné, relativně intuitivní Tvorba programu a vizualizace Programem DetStudio vytvořen program pro ovládání, řízení a časové plány modelu soustavy V programu ViewDet vytvořena grafická vizualizace pro ovládání, monitorování a sběr dat z modelu tepelné soustavy Identifikace Kvůli počtu měření časově náročnější Práce s programem Matlab přinesla veliké zjednodušení identifikace 19

20 Zhodnocení dosažených výsledků Návrh regulátoru Důležité zvolit správnou metodu pro výpočet parametrů Obtížné zvolit správný výpočet akčního zásahu regulátoru, při použití v číslicové oblasti Regulace Zkoušen byl i Smithův prediktor, ale nepodařilo se realizovat správný výpočet PID regulátor má relativně rychlý náběh, dobré držení ustálené hodnoty, ale pomalejší reakci na chybu Časové plány Díky rozsáhlé podpoře relativně snadná tvorba a nastavení V programu ViewDet snadná a intuitivní editace 20

21 Děkuji za Vaší pozornost 21