UNIVERZITET U NIŠUautomatika.elfak.ni.ac.rs/files/Obavestenja/Praktikum_za_laboratorijske_vebe_iz... · diferencijalnim (D) dejstvima, i razlozi za njihovu upotrebu u okviru upravljaþke

UNIVERZITET U NIŠU

ELEKTRONSKI FAKULTET

KATEDRA ZA AUTOMATIKU

Predmeta Identifikacija sistema

Praktikum za laboratorijske vežbe

2016. godina

Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema

2

Katedra za Automatiku

SADRŽAJ

1. Uvod .................................................................................................................................................... 5

2. Metode za identifikaciju sistema ........................................................................................................ 6

3. Regulatori. P, I, D dejstva .................................................................................................................. 10

3.1 Proporcionalno P dejstvo .................................................................................................................. 10

3.2 Integralno I dejstvo ........................................................................................................................... 11

3.3 Diferencijalno D dejstvo .................................................................................................................... 11

3.4 Proporcionalno-integralni regulator – PI dejstvo ............................................................................. 12

3.5 Proporcionalno-diferencijalni regulator - PD dejstvo ....................................................................... 12

3.6 PID regulatori - Proporcionalno-Integralno-Diferencijalno dejstvo.................................................. 13

4. Upravljanje protokom tečnosti ......................................................................................................... 15

4.1 Elementi modela ............................................................................................................................... 15

4.2 Dijagram procesa .............................................................................................................................. 16

4.3 Opis sistema ...................................................................................................................................... 16

4.4 Bezbednosne instrukcije ................................................................................................................... 16

4.5 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada .................................................................................... 17

4.6 Eksperimentalni rad .......................................................................................................................... 19

Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema .............................................................. 19

Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem ............................................................................................. 19

Vežba 3: Optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju ................................................................ 20

Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom.................................................................................... 20

Vežba 5: Ručni rad sistema ................................................................................................................. 21

Vežba 6: Identifikacija i modeliranje sistema ..................................................................................... 21

5. Upravljanje nivoom tečnosti ................................................................................................................... 23

5.1 Elementi modela ............................................................................................................................... 23

5.2 Način rada ......................................................................................................................................... 23






3



Vežba 3: Optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju ................................................................ 28


Vežba 5: Ručni rad sistema ................................................................................................................. 29


6. Regulacija pritiska ................................................................................................................................... 31

6.1 Elementi modela ............................................................................................................................... 31

6.2 Način rada ......................................................................................................................................... 32







Vežba 4: Identifikacija i modeliranje sistema ...................................................................................... 37

7. Regulacija temperature........................................................................................................................... 38

7.1 Fizički izgled sistema ......................................................................................................................... 38

7.2 Model i funkcija sistema ................................................................................................................... 38


7.4 Komandni ormar uređaja .................................................................................................................. 39


7.6 Puštanje u rad sistema ...................................................................................................................... 41








8. Regulacija PH vrednosti hemijskih jedinjenja ......................................................................................... 47

8.1 Izgled uređaja.................................................................................................................................... 47


4



8.3 Bezbednosna uputstva...................................................................................................................... 49

8.4 Pripremanje uređaja za rad .............................................................................................................. 50

8.5 Eksperiment neutralizacije ............................................................................................................... 50

8.6 Preliminarna razmatranja ................................................................................................................. 51



5


1. Uvod

Praktikum za Laboratorijske vežbe zasnovan je na praktičnom savladavanju gradiva iz

predmeta Identifikacija sistema. Praktikum je usaglašen sa predavanjima iz ovog predmeta i

bazira se na zadacima rađenim u okviru održanih auditivnih vežbi. Prvi deo praktikuma opisuje

metode za identifikaciju sistema na osnovu karakterističnih odziva. Predložene metode se mogu

upotrebiti za identifikaciju realnih odziva koji će biti snimljeni tokom laboratorijskog rada. U

nastavku su opisane karakteristike regulatora sa proporcionalnim (P), integralnim (I) i

diferencijalnim (D) dejstvima, i razlozi za njihovu upotrebu u okviru upravljačke logike. U

četvrtom poglavlju predstavljen je uređaj za upravljanje protokom, njegove funkcionalnosti i

laboratorijske vežbe za rad. U 5. poglavlju je obrađen uređaj za upravljanje nivoom vode a u 6.

za upravljanje vazdušnim pritiskom unutar predviđenih rezervoara mašine. U 7. poglavlju je

predstavljen uređaj za upravljanje temperaturom a u 8. za kontrolu PH vrednosti hemijske

supstance zasnovane na smesi kiseline i baze. U okviru rada na svakom uređaju vrši se detekcija

odziva i ponašanja upravljačkog sistema; utvrđuje se dejstvo različitih poremećaja na sistem; vrši

optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju. Svaki uređaj može da radi u ručnom i

automatskom režimu rada tako da se u okviru vežbi nalaze i sekcije koje obrađuju ova dva

načina funkcionisanja uređaja. Kao poslednja vežba u okviru sekcija svih uređaja je

identifikacija realnih odziva sistema i njihova simulacija u programskom paketu Matlab.

Uređaji za upravljanje protokom, nivoom tečnosti, pritiskom i temperaturom su namenjeni

samostalnom radu studenata u laboratoriji. Uređaj za kontrolu pH vrednosti će biti korišćen

demonstrativno. Na osnovu urađenih vežbi potrebno je napisati izveštaj koji će sadržati odgovore

na pitanja u okviru svake vežbe, i grafički prikaz snimljenih odziva sa propratnim komentarima.


6


2. Metode za identifikaciju sistema

Identifikacija procesa korišćenjem odskočnog odziva

Mnogi industrijski procesi se mogu predstaviti matematičkim modelima prvog, drugog ili

trećeg reda. U tim slučajevima moguće je pri identifikaciji primeniti neki od elementarnih

metoda.

Ukoliko je ulazni signal x(t)=Ah(t), a odziv kao na slici 1 model se može predstaviti u obliku

sledeće funkcije prenosa:

Slika 1 Određivanje vremenske konstante T

Konstanta K predstavlja pojačanje,a T vremensku konstantu koja se može odrediti grafički

na način prikazan na Slici 1. U slučaju prigušenog oscilatornog odziva (slika 2), funkcija prenosa

se određuje u obliku:

Slika 2 Određivanje vremenske konstante prigušenog oscilatornog odziva

2 2( ) = ,

2 1

KW s

T s Ts

( ) = ,1

KW s

sT


7


Ukoliko je odziv oblika kao na slici 3 funkcija prenosa se određuje u obliku:

, gde je prigušenje sistema, a oscilacije 1A i 2A se mogu odrediti grafički pomoću slike 2.

pri čemu je:

Slika 3 Određivanje ugla na osnovu odziva sistema

U praksi su vrlo česti procesi čiji je odziv oblika kao na slici 4.

Slika 4 Odskočni odziv i određivanje vremenskih konstanti

1

2 1

2 2 2 21 1

2 2

( )= ; = ; = .

Aln

A tyK T

A A Aln ln

A A

( ) = ,(1 )

KW s

s sT

=tg

KA


8


Funkcija prenosa se u tom slučaju određuje u obliku:

Parametri T1 i T2 se određuju na osnovu sledećih relacija:

Prethodni izrazi su dati u relativnim jedinicama i analitički se T1 i T2 ne mogu odrediti.

Najlakše ih je odrediti iz nomograma sa slike 5.

Slika 5 Nomogram za određivanje 1T i 2T

Ukoliko je dat odskočni odziv kao na slici 6a, identifikacija se vrši njegovim razlaganjem

kao na slici 6b. Za predstavljeni odziv funkcija prenosa se određuje u obliku:

1 2

( )( ) = ; = .

(1 )(1 )

K yW s K

sT sT A

1

21 2

1 1 2

1

( )( ) =1; = .

T

Ta

T T

T Ta sa a

a a a a

a

T

T TT T T

TT T T T

T

1 2( ) = ,( 1)s

K KW s

T s


9


Slika 6 Identifikacija odskočnog odziva

Ako je odskočni odziv sistema predstavljen kao na slici 7a, takođe se vrši razlaganje

odziva (slika 7b), pa se funkcija prenosa određuje u obliku:

Slika 7 Identifikacija odskočnog odziva

Ukoliko se kod bilo kog od navedenih slučajeva pojavi odziv sa određenim vremenskim

kašnjenjem τ, tada se identifikacija vrši na sledeći način: izvrši se translacija koordinatnog

sistema u pravcu vremenske ose za interval τ, tako da se početak odziva smešta u koordinatni

početak. Tada se vrši određivanje funkcije prenosa kao u slučaju bez čistog vremenskog

kašnjenja na jedan od pomenutih načina. Nakon toga se dobijenoj funkciji prenosa pridružuje

konstanta kašnjenja.

1 2

1 2

( ) = .( 1)( 1)

K KW s

T s T s s


10


3. Regulatori. P, I, D dejstva

Sistemi automatskog upravljanja se odlikuje zakonima upravljanja koji ih karakterišu.

Zakon upravljanja predstavlja matematičku zavisnost na osnovu koje upravljački sistem obrađuje

relevantne signale i generiše odgovarajuća upravljačka dejstva. Dejstva regulatora na osnovu

zakona upravljanja mogu linearno zavisiti od greške, njenih integrala ili prvih izvoda greške po

vremenu. Na osnovu ove činjenice sledi podela regulatora na proporcionalni, integralni i

diferencijalni regulator. Pomoću navedenih osnovnih oblika regulatora moguće je formirati

složenije oblike regulatora o kojima će biti više reči u nastavku ovog poglavlja. Bez obzira na tip

regulatora i način njegove realizacije, osnovni zahtevi za regulaciju sistema su: stabilnost,

tačnost i brzina odziva.

3.1 Proporcionalno P dejstvo

P dejstvo predstavlja najjednostavniji tip regulatora koji se opisuje jednačinom:

u(t)=Kp•e(t),

gde je Kp faktor proporcionalnog dejstva ili pojačanje regulatora, a e(t) signal greške.

Svaki proporcionalni regulator se odlikuje svojim proporcionalnim područjem koje se

definiše kao potrebna procentualna promena ulazne veličine da bi se izlazna veličina promenila

za 100%. Proporcionalno područje se može definisati i kao recipročna vrednost pojačanja Kp

(%). Povećanjem pojačanja Kp (smanjenjem proporcionalnog područja) konstantno se smanjuje

odstupanje upravljane promenljive od njene zadate vrednosti. U isto vreme se povećava brzina

reagovanja i smanjuje pretek stabilnosti sistema. Na slici 8 je prikazano delovanje P regulatora

u(t) ako se na njegov ulaz dovodi signal greške e(t) u obliku jedinične odskočne funkcije.

Slika 8 Odskočni odziv i dejstvo P regulatora


11


3.2 Integralno I dejstvo

I regulator se opisuje jednačinom:

0

( ) ( )

t

iu t k e t dt

Jednačina proporcionalno povezuje grešku e(t) s brzinom promene upravljačke

promenljive u(t), gde se konstanta Ki=1/Ti nalazi pomoću vremena integralnog dejstva Ti.

Uvođenjem integralnog regulatora se povećava inertnost sistema, odnosno, sistem sporije reaguje

na spoljne uticaje, ali zato u većini slučajeva trajno otklanja grešku rada sistema u stacionarnom

stanju. Negativna osobina ovog tipa regulatora je i destabilizujuće dejstvo u sistemu usled njemu

svojstvenog kašnjenja. Na slici 9 je prikazano delovanje I regulatora, ako se na njegov ulaz

dovodi signal greške e(t) u obliku jedinične odskočne funkcije.

Slika 9 Dejstvo I regulatora

3.3 Diferencijalno D dejstvo

D regulator se može predstaviti jednačinom:

( )( ) d

de tu t k

dt

Samostalno postojanje diferencijalnog regulatora nema mnogo smisla, jer je u ustaljenom

režimu rada signal greške konstantan, te je izvod ovog signala jednak nuli. Zbog osobine da je

promenljiva u(t) proporcionalna brzini promene (prvom izvodu) greške u vremenu vidi se da bi

D regulator reagovao samo na brze promene dok spore i dugotrajne promene ne bi prouzrokovale

nikakvo dejstvo ovog regulatora. Kombinovanjem sa P i/ili I regulatorom, D dejstvo dobija na

značaju, posebno u prelaznom režimu rada sistema. Njegovo postojanje omogućava bolje

praćenje dinamike sistema, jer se njime prati veličina promene greške, a ne samo njena apsolutna

vrednost. Uvođenjem diferencijalnog regulatora se povećava stabilnost i brzina reagovanja

sistema.


12


3.4 Proporcionalno-integralni regulator – PI dejstvo

Kombinacijom proporcionalnog i integralnog dejstva dobijamo PI regulator koji sadrži

prednosti oba dejstava. Upravljanje PI regulatorom opisano je sledećom jednačinom:

0

( ) ( ) ( )

t

p iu t k e t k e t dt

Ako se na ulazu PI regulatora pojavi signal u obliku odskočne funkcije proporcionalni član

će postaviti izlaz u(t) na vrednost Kp, a pod uticajem integralnog dejstva će u(t) nastaviti da raste

linearno i u trenutku Ti će vrednost izlaza u(t) biti jednaka 2Kp. Na osnovu slike 10 i jednačine

PI regulatora vidi se da je Ki•Ti=Kp, gde je Ti vremenska konstanta integracije. Podešavanje

integralnog dejstva se vrši integralnom vremenskom konstantom Ti. U slučaju velikog

proporcionalnog područja pojavljuju se spore oscilacije s velikim amplitudama, a one su

posledica smanjene brzine reagovanja usled integralnog dejstva.

Slika 10 Određivanje konstanti PI regulatora

3.5 Proporcionalno-diferencijalni regulator - PD dejstvo

PD regulator je opisan sledećom jednačinom:

( )( ) ( )p d

de tu t k e t k

dt ,

koja se može svesti na prikladniji oblik uvođenjem vremenske konsante Td, slika 11.

Slika 11 Određivanje konstanti PD regulatora


13


Pošto se radi o diferencijalnom dejstvu pogodno je posmatrati poremećaj e(t) u obliku

nagibne funkcije (npr. jedinična nagibna funkcija). Ako se na ulaz PD regulatora dovodi nagibni

signal tada treba da prođe vreme Td da bi se izlaz iz regulatora u(t) pod dejstvom

proporcionalnog člana promenio za vrednost Kd za koju se u početku skokovito promenio pod

dejstvom diferencijalnog člana. Drugim rečima, posle vremena Td vrednost upravljanja u(t) će

biti 2Kd (a u trenutku t=0 je bilo u(t)=Kd), što daje vezu između Kp i Kd: Kd=KpTd ⇒

Kp=Kd/Td. Sada se predhodni izraz može napisati u obliku:

( )( ) ( )p d

de tu t k e t T

dt

Pošto se PD upravljanje ne može definisati na osnovu odskočne promene greške e(t),

(izvod odskočne funkcije u trenutku promene jednak je beskonačnosti), onda se koristi linearna

promena greške ( )e t E t . Tada upravljački zakon PD regulatora ima oblik:

( ) ( )pu t K E t Td

Iz ove jednačine se vidi da je za grešku 0 0( )e t E t zadatu u trenutku t0, upravljačka

promenljiva proporcionalna sa ( )dE t T , tj. sa greškom u trenutku ( )dt T . Dakle, postoji efekat

pomeranja upravljačkog signala unapred u vremenu za iznos dT , te se ova konstanta naziva još i

konstanta prednjačenja. Prema tome, konstanta dT se definiše kao vremenski interval za koji

diferencijalno dejstvo prednjači u vremenu, u odnosu na proporcionalno dejstvo, uz linearnu

promenu greške.

3.6 PID regulatori - Proporcionalno-Integralno-Diferencijalno dejstvo

PID regulator ima tri podesiva parametra: pojačanje Kp, integralnu vremensku konstantu Ti

i konstantu diferenciranja Td. Prisustvo proporcionalnog, integralnog i diferencijalnog dejstva u

ovom regulatoru omugućuje dobijanje željenih performansi kao što su stabilnost, brzina

reagovanja, tačnost rada i vreme trajanja prelaznog procesa. Na slici 12 može se videti blok šema

PID regulatora dok je na slici 13 prikazano delovanje PID regulatora. Upravljanje PID regulatora

može se opisati narednom jednačinom:

0 0

( ) 1 ( )( ) ( ) ( ) ( )

t t

p i d p d

i

de t de tu t k k e t dt k k e t e t dt T

dt T dt


14


Slika 12 Blok dijagram realizacije PID regulatora

Slika 13 Primer dejstva PID regulatora na jedinični odskočni odziv


15


4. Upravljanje protokom tečnosti

G.U.N.T. Flow Control Trainer RT522 predstavlja samostalan sistem opremljen

savremenim komponentama (Slika 14). Projektovan je i opremljen tako da omogući

eksperimentalni rad s realnim problemima koji se javljaju u tehnološkim procesima. Promenljiva

koja se kontroliše jeste protok tečnosti kroz sistem.

Pratećim eksperimentima mogu se identifikovati:

- ponašanja sistema tokom različitih upravljanja

- realni odzivi sistema

- poremećaji

- metode za optimizaciju upravljanja

4.1 Elementi modela

1. Pisač

2. Elektromagnetni senzor protoka

3. Rotametar

4. Elektromagnetni ventil

5. Rezervoar vode s pumpom

6. Ručni, kuglični ventil sa skalom

7. Kontroler

8. Komandni ormar s glavnim

prekidačem.

Slika 14 Izgled sistema za upravljanje protokom


16


4.2 Dijagram procesa

1. Pokazni merač protoka

2. Rezervoar za vodu

3. Pumpa

4. Ručni ventil (HV2)

5. Elektromotorni ventil

5. Senzor (pretvarač) protoka

6. Kontroler

Slika 15 Blok šema procesa

4.3 Opis sistema

Ceo sistem je montiran na pokretnom postolju.

Promenljiva koja se kontroliše jeste brzina protoka u cevnom sistemu.

Stakleni merač protoka prikazuje vrednost procesne promenljive.

Ručni ventil sa skalom omogućava regulaciju protoka vode kroz cevni sistem, kao i

zadavanje sistemskog poremećaja.

Pumpa omogućava cirkulaciju vode kroz sistem.

Elektromotornim ventilom se automatski reguliše protok vode.

Protok u cevnom sistemu je određen elektromagnetnim meračem protoka, koji daje na

izlazu standardizovani signal (4-20 mA).

Upravljački sistem je smešten u komandnom ormaru.

4.4 Bezbednosne instrukcije

Pre puštanja u rad sistema, potrebno je upoznati se sa pravilnim rukovanjem opremom.

OPASNOST! Električni udar

Oprez prilikom rukovanja električnim komponentama sistema!

Postoji opasnost od strujnog udara. Isključite utikač pre nego što pristupite bilo kojoj

električnoj komponenti.


17


U slučaju očiglednih nedostataka (npr. loše izolacije na električnim provodnicima), rad

sistema je potencijalno opasan. U takvim situacijama, odmah isključiti sistem. Nikad ne treba

dozvoliti da električne komponente dođu u kontakt s vodom.

OPASNOST! Nikad ne koristiti uređaj bez ispravno povezanog uzemljenja!

Zanemarivanje ove instrukcije može ugroziti kako ljudske živote tako i opremu.

Opasnost za opremu:

Oprez! Ne punite rezervoar za vodu s više od 25 litara vode! Višak vode može ući u

uređaj i dovesti do njegovog oštećenja.

Oprez! Nikada ne uključujte pumpu bez vode u rezervoaru! Rad pumpe bez vode može

oštetiti pumpu.

Oprez! Ispraznite rezervoar ukoliko ne koristite sistem duže od 3 nedelje.

Oprez! Nikada ne dovodite spoljašnje napone na priključke interfejsa ili signalne

priključake! To bi moglo dovesti do uništenja mernih uređaja u sistemu.

Oprez! Čuvajte sistem od zamrzavanja. Mraz može oštetiti pojedine komponente.

Oprez! Sa sistemom raditi samo u suvoj, zatvorenoj prostoriji u kojoj ne postoje štetni ili

zapaljivi gasovi, isparenja ili prašina.

4.5 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada

1. Ostvariti PROFIBUS konekciju između modela i PCI kartice na računaru.

2. Provera da li je EMERGENY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, staviti ga u nulti

(neaktivan) položaj.

3. Glavni prekidač napajanja (MAIN SWITCH) postaviti u položaj ON (aktivan).

4. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server (Slika 16).

5. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni (Slika 17).

Slika 16 Izgled glavnog menija softverskog okruženja GUNT


18


6. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i

vrednosti W) kao što je prikazano na slici 17:

7. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti.

8. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti (pozicija na 0 stepeni).

9. Aktivirati pumpu preko tastera na komandnom ormaru.

10. Zatvoriti Charts podmeni i na glavnom meniju izabrati podmeni System Diagram.

Upoznati se sa okruženjem.

11. Zatvoriti podmeni i sa glavnog menija odabrati podmeni Monitored Information.

12. Nakon toga sa glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 18).

Slika 17 Izgled podmenija Charts

Slika 18 Izgled podmenija Programmer


19


13. Na komandnom ormaru izvršiti prelaz iz automatskog režima u ručni rad i obrnuto.

14. Kraj demonstracionog ciklusa.

4.6 Eksperimentalni rad

Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema

Za uspešan rad na vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:

1. Postaviti ventil HV1 u položaj potpuno otvoren.

2. Postaviti ventil HV2 u položaj otvoren 30 stepeni.

3. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.

4. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 sledeće parametre:

a. Pojačanje Kp=5

b. Reset time Tn=0.05

c. Rate time Tv=0

5. Postaviti željenu vrednost protoka na 600 l/h. Sačekati da sistem dostigne željeni

protok i snimiti odziv sistema. Utvrditi sa odziva intenzitet oscilacija u ustaljenom stanju, i u

izveštaju uz grafik napisati vrednost kojom sistem osciluje.

6. Željenu vrednost sa trenutnih 600 l/h promeniti na 1400 l/h. Sačekati da sistem

dostigne željeni protok i snimiti odziv sistema. Utvrditi sa odziva intenzitet oscilacija sistema i u

izveštaju uz grafik napisati vrednost kojom sistem osciluje.

7. Sa grafika očitati koliko je vremena bilo potrebno za dostizanje nivoa 1400 l/h u

odnosu na prethodni nivo 600 l/h.

8. Koeficijent Kp promeniti sa 5 na vrednost Kp=30. Šta se može zapaziti? Kako je

promena Kp uticala na stabilnost sistema u ustaljenom stanju?

9. Vrednost W=1400 l/h vratiti na W=600 l/h, sačekati da sistem dostigne željenu

vrednost, a potom ponovo vratiti W na 1400 l/h. Sa grafika očitati koliko je vremena bilo

potrebno za dostizanje nivoa 1400 l/h sa pozicije 600 l/h uz promenjeno pojačanje Kp=30 i

utvrditi kako je koeficijent uticao na brzinu odziva.

Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem

Smatrati da sistem radi stabilno bez poremećaja kada je protok 700 l/h. Efekat poremećaja

ostvariti promenama stepena otvorenosti ventila HV2. Zadatim promenama promeniće se protok

vode kroz sistem, regulator će težiti da sistem vrati u željeno ravnotežno stanje, pa će promenu

otvorenosti ventila pokušati da nadomesti promenom intenziteta rada pumpe. Zadatak izvršiti na

sledeći način:

1. Postaviti HV1 u položaj potpuno otvoren.

2. Postaviti HV2 u položaj otvorenosti od 30 stepeni.


20



4. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50:

a. Pojačanje Kp=5


c. Rate time Tv=0

5. Postaviti željenu vrednost protoka na 700 l/h. Menjajući otvorenost ventila HV2 na

vrednosti date u tabeli 1 snimiti odzive sistema za unete poremećaje. Obratiti pažnju na vremena

potrebna za ponovno uspostavljanje željenog rada, i na dinamiku prelaznih procesa.

Prokomentarisati rezultate.

Ugaoni pomeraj Da li je sistem dostigao

željenu vrednost?

Vreme za postizanje

ustaljenog stanja

30 stepeni → 10 stepeni





30 stepeni → 80 stepeni Tabela 1

6. Pronaći maksimalni stepen zatvorenosti ventila HV2 za koji je sistem u stanju da

dovede proces u željeno stanje. Utvrđeni maksimalni stepen predstavlja ujedno i maksimalni

poremećaj čije dejstvo upravljački sistem može da anulira.

Vežba 3: Optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju





d. Pojačanje Kp=5

e. Reset time Tn=0.05

f. Rate time Tv=0

5. Promenama parametara pojačanja Kp i parametra (reset time) Tn, optimizovati sistem

na taj način da u ustaljenom stanju oscilacije budu što manje, uz krajnji cilj da

oscilacija uopšte i ne bude. Snimiti odziv najboljeg rezultata i prokomentarisati

rezultate.

Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom

1. U glavnom meniju izabrati podmeni Programmer.

2. U tabeli sa desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 2. U

preostala polja Value koja nisu definisana tabelom upisati vrednost -9999 (vrednost koja

označava kraj unosa novih podataka i koja će zadržati protok na zadnju unetu vrednost iz

tabele 2).


21


3. Izabrati opciju Write Parameter.

4. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START.

5. Snimiti dobijeni odziv i prokomentarisati rezultate. Za koje vrednosti je sistem dobro

ispratio zadato upravljanje a gde nije? Obrazložiti odgovor.

Broj Vrednost Vreme

0 300 -

1 500 00:00:30

2 1400 00:01:00

3 600 00:00:20

4 800 00:00:40

5 1200 00:00:50

6 1400 00:00:10

7 1800 00:01:20

8 1000 00:00:25

9 600 00:00:20 Tabela 2

Vežba 5: Ručni rad sistema


2. Postaviti HV2 u položaj maksimalne otvorenosti - 0 stepeni.

3. Otvoriti podmeni Charts sa glavnog menija.

4. Na FICA kontroleru podesiti ručnii režim rada.

5. Realizovati ručno upravljanje sistemom prema vrednostima zadatim u tabeli 3.

Nakon dostizanja vrednosti

Broj Željena vrednost Vreme dostizanja vrednosti

0 200 STARTNA POZICIJA

1 500

2 900

3 600

4 800

5 1000 Tabela 3

6. Snimiti odziv sistema nakon ručnog upravljanja i prokomentarisati rezultate. Izvršiti

poređenje sa automatskim upravljanjem kontrolera.

Vežba 6: Identifikacija i modeliranje sistema

1. Sistem iz stanja mirovanja pobuditi postavljanjem željenog odziva sistema na jednu od

sledećih vrednosti:

a. 600 l/h

b. 900 l/h

c. 1200 l/h

d. 1400 l/h


22


e. 1700 l/h

2. Za promenljive Kp, Tn i Tv uzeti one vrednosti za koje se pokazalo tokom

eksperimentalnog rada da daju dobre rezultate pri radu sistema.

3. Uključiti pumpu i pratiti proces dostizanja željene vrednosti. Nakon dostizanja

postavljene vrednosti i ustaljenog stanja snimiti odziv sistema.

4. Na snimljeni odziv sistema primeniti neku od metoda za identifikaciju sistema opisanih u

ovom praktikumu.

5. Identifikovani sistem modelirati u simulinku i uporediti dobijeni simulirani odziv sa

realnim. Prokomentarisati rezultate.


23


5. Upravljanje nivoom tečnosti

5.1 Elementi modela

Slika 19. Izgled sistema za upravljanje protokom

5.2 Način rada

G.U.N.T. Level Control Trainer predstavlja samostalan sistem opremljen savremenim

komponentama (Slika 14). Projektovan je za eksperimentalni rad s realnim problemima koji se

javljaju u tehnološkim procesima. Promenljiva koja se reguliše je nivo tečnosti u rezervoaru.

Pratećim eksperimentima mogu se identifikovati:

- ponašanja sistema tokom različitih upravljanja


- poremećaji



DANGER - označava situaciju, koja ako se ne reši, rezultiraće totalnim ili ozbiljnim kvarom

mašine.

1 - Rezervoar sa kontrolom s

regulacijom nivoa

2 - Senzor pritiska

3 - Ventil sa skalom za unos poremećaja

4 - Pumpa

5 - Glavni rezervoar

6 - Pneumatski ventil

7 - Manometar

8 - Komandni ormar sa s glavnim

prekidačem.


24


WARNING - označava situaciju, koja ako se ne reši, može rezultirati totalnim ili ozbiljnim

kvarom mašine.

CAUTION - označava situaciju, koja ako se ne reši, može rezultirati manjim ili ozbiljnijim

kvarom mašine.

NOTICE - označava situaciju, koja može rezultirati oštećenjem opreme.

- znak koji označava opasnost od električne struje

- znak koji označava upozorenje WARNING instrukcije:

1. Otvaranje komandnog ormara u toku rada mašine može dovesti do strujnog udara

- Isključiti mašinu pre otvaranja

- Popravku mašine treba da vrši isključivo kvalifikovano lice

- U slučaju očiglednih grešaka (npr. oštećenje izolacije električnih kablova) odmah

isključiti sistem

- Zaštititi kućište glavnog prekidača od vlage.

2. Opasnost od strujnog udara zbog nedostatka uzemljenja

- uređaj mora biti propisno uzemljen.

Upozorenje:

1. Korišćenje sistema bez vode može dovesti do oštećenja pumpe.

2. Ispraznite rezervoar ako sistem nije u upotrebi duže od 3 nedelje.

3. Smrzavanje može oštetiti pojedinačne komponente.

4. Sistem koristiti samo u suvoj, zatvorenoj prostoriji u kojoj nema zapaljivih ili štetnih

gasova, isparenja ili prašine.

5. Postavite regulator pritiska na 2 bar. Redovno prazniti rezervoar nakon upotrebe

mašine.



25


1. Glavni rezervoar modela napuniti vodom (nivo se vidi na vodokaznom staklu).


3. Provera da li je EMERGENCY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, postaviti ga u nulti

(neaktivni) položaj.

4. Za potrebe rada elektromagnetnog ventila potrebno je dovesti komprimovani vazduh od 2

bar. Na indikatoru ventila podesiti željenu vrednost pritiska.


6. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server.

7. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni.


vrednosti W) u okviru nje kao što je prikazano na slici 20.

Slika 20 Izgled podmenija Charts

9. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (pozicija 0 stepeni).


11. Ventil HV3 zatvoriti u potpunosti.


13. Aktivirati pumpu preko tastera na komandnom ormaru.

14. Pogledati odziv upravljanog sistema u okviru podmenija Charts.

15. Zatvoriti otvoreni podmeni Charts i na glavnom meniju izabrati podmeni System

Diagram. Upoznati se sa okruženjem otvorenog podmenija.


17. Nakon toga iz glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 21).


26



18. Na komandnom ormaru izvršiti prelaz iz automatskog režima rada u ručni i obrnuto.




Za uspešnu realizaciju vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:

1. Postaviti ventil HV1 u položaj potpuno otvoren (0 stepeni).


3. Postaviti ventil HV3 u položaj zatvoren

4. Postaviti ventil HV4 u položaj potpuno otvoren


6. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 podesiti sledeće parametre:

a. Pojačanje Kp=2


c. Rate time Tv=0

7. Postaviti željenu vrednost nivoa vode na 200mm. Sačekati da sistem dostigne željeni

nivo i snimiti odziv sistema. Utvrditi sa odziva da li sistem u ustaljenom stanju pravi oscilacije i

ukoliko oscilira izračunati vrednost oscilacija.


27


8. Željenu vrednost sa trenutnih 200mm promeniti na 450mm. Sačekati da sistem

dostigne željeni protok i snimiti odziv sistema. Sa grafika očitati koliko je vremena bilo potrebno

za dostizanje nivoa 450mm u poređenju s prethodnim nivoom od 200mm.

9. Vrednost W=450mm vratiti na W=200mm i sačekati da sistem dostigne željenu

vrednost. Utvrditi sa odziva kolike oscilacije sistem pravi dok ne uđe u ustaljeno stanje i u

izveštaju uz grafik naznačiti vrednost oscilacija.

10. Koeficijent Kp povećati sa 2 na vrednost Kp=20. Šta se može zapaziti? Kako je

promena Kp uticala na stabilnost sistema?

11. Vrednost nivoa vode ponovo postaviti na W=450mm. Sa grafika očitati koliko je

vremena bilo potrebno za dostizanje nivoa 450mm sa pozicije 200mm, za vrednosti pojačanja:

Kp=20; Kp=10; Kp=5. Utvrditi kako je vrednost koeficijenta Kp uticala na brzine odziva i

stabilnosti sistema. Takođe, ispitati oscilatornost sistema pre i nakon uspostavljanja ustaljenog

stanja i uporediti dobijene rezultate s rezultatima pre promene koeficijenta Kp. Prokomentarisati

rezultate.


Smatrati da sistem radi stabilno bez poremećaja kada je nivo vode u rezervoaru 300mm.

Efekat poremećaja ostvariti promenama stepena otvorenosti ventila HV1. Zadatim promenama

poremetiće se željeni nivo vode upravljanog procesa, regulator će težiti da sistem vrati u željeno

ravnotežno stanje, pa će promenu otvorenosti ventila pokušati da nadomesti promenom brzine

rada pumpe. Postavljeni zadatak izvršiti na sledeći način:



3. Postaviti HV3 u položaj potpuno zatvoren.

4. Postaviti HV4 u položaj potpuno otvoren


6. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 parametre:

a. Pojačanje Kp=2


c. Rate time Tv=0

7. Postaviti željenu vrednost nivoa vode na 300mm. Menjajući otvorenost ventila HV1 na

vrednosti date u tabeli 4 snimiti odzive sistema za unete poremećaje. Obratiti pažnju na vremena

potrebna za ponovno uspostavljanje željenog rada i na dinamiku prelaznih procesa.



28


Tabela 4

Ugaoni pomeraj Da li je sistem dostigao

željenu vrednost?

Vreme za postizanje

ustaljenog stanja







8. Pronaći maksimalni stepen zatvorenosti ventila HV1 za koji je sistem u stanju da

dovede proces u željeno stanje. Utvrđeni maksimalni stepen predstavlja ujedno i maksimalni

poremećaj čije dejstvo upravljački sistem može da anulira.

9. Postaviti HV1 u položaj potpune otvorenosti.

10. Podesiti željenu vrednost nivoa vode na W=100mm

11. U zadnjem koraku treba biti oprezan. Biće simuliran poremećaj usled prestanka rada

elektromagnetnog ventila (prestanak rada izazvan problemom protoka vode kroz cevovod ili

otkazivanja funkcionalnosti ventila). Za potrebe simulacije aktiviraćemo dovodnu granu koja se

nalazi ispod elektromagnetnog ventila, što će omogućiti protok vode, ali će takođe prestati da

deluje i sam elektromagnetni ventil zbog prestanka toka vode kroz njegovu granu. U tu svrhu

treba postaviti HV3 u položaj potpuno otvoren, ali uz pažljivo praćenje nivoa vode u rezervoaru.

Nakon dolaska vode do zadnje četvrtine rezervoara odmah zatvoriti ventil HV3 da bi se sprečilo

izlivanje vode van makete. Obrazložiti eksperiment. Usled čega je pretila opasnost od izlivanja

vode iz rezervoara?

Vežba 3: Optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju







a. Pojačanje Kp=2


c. Rate time Tv=0

8. Promenama vrednosti parametara pojačanja Kp i parametra (reset time) Tn,

optimizovati sistem na taj način da se ustaljeno stanje dostigne uz što manje oscilacija i uz što

veću brzinu. Ispitati kako u ustaljenom stanju utiču promene parametara Kp i Tn. Navesti

najbolje vrednosti i obrazložiti rezultate.


29




2. U tabeli s desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 5. U



tabele 5).


4. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START.

5. Snimiti dobijeni odziv i prokomentarisati rezultate. Za koje vrednosti je sistem

korektno ispratio zadato upravljanje a za koje nije? Obrazložiti odgovor.

Tabela 5

Broj Vrednost Vreme

0 100 -

1 300 00:00:30

2 400 00:00:30

3 250 00:00:20

4 200 00:00:40

5 450 00:00:50

6 200 00:00:10

7 100 00:01:00

Vežba 5: Ručni rad sistema

1. Postaviti HV1 u položaj potpune otvorenosti.




5. Otvoriti podmeni Charts iz glavnog menija.

6. Na FICA kontroleru podesiti ručni režim rada.

7. Realizovati ručno upravljanje sistemom prema vrednostima zadatim u tabeli 6. Nakon

dostizanja zadatih vrednosti prokomentarisati rezultate i uporediti ručni i automatski

režim rada.

Tabela 6

Broj Željena vrednost Vreme dostizanja vrednosti

1 200 STARTNA POZICIJA

2 300

3 100

4 150


30


8. Snimiti odziv sistema nakon ručnog upravljanja i prokomentarisati rezultate. Izvršiti

poređenje sa rezultatima automatskog upravljanja.


1. Sistem pobuditi iz stanja mirovanja postavljanjem željenog odziva

na jednu od sledećih vrednosti:

a. 100mm

b. 150mm

c. 200mm

d. 250mm

e. 300mm

2. Za promenljive Kp, Tn i Tv uzeti one vrednosti za koje se pokazalo tokom

eksperimentalnog rada da daju dobre rezultate pri radu sistema.

3. Uključiti pumpu i pratiti proces dostizanja željene vrednosti. Nakon dostizanja te

vrednosti i ustaljenog stanja snimiti odziv sistema.

4. Na snimljeni odziv sistema primeniti neku od metoda za identifikaciju sistema opisanih u

ovom praktikuma.

5. Identifikovani sistem modelirati u simulinku i uporediti dobijeni simulirani odziv s



31


6. Regulacija pritiska

Sistem za regulaciju pritiska G.U.N.T. RT532 je maketa opremljena savremenim

komponentama (slika 14). Ova maketa omogućava eksperimentalni rad i uočavanje realnih

problema koji se javljaju u tehnološkim procesima. Promenljiva koja se kontroliše je pritisak

komprimovanog vazduha u rezervoaru.

Eksperimentima se mogu identifikovati:

- ponašanja sistema pri različitim načinima upravljanja


- poremećaji


6.1 Elementi modela

Slika 22 Izgled makete za regulaciju pritiska

1 - Rezervoari pod pritiskom

2 – Usmeravač vazduha

3 - Ventil HV2

4 – Dvopoložajni ventil HV3

5 - Manometri

6 – Tropoložajni ventil HV1

7 - Elektromotorni ventil

8 - Regulator pritiska

9 - Ispusni ventil

10 – Komandni ormar sa s glavnim

prekidačem.


32


6.2 Način rada

Promenljiva koja se kontroliše u ovom sistemu je komprimovani vazduh u dva rezervoara.

Svaki sud je opremljen ispusnim ventilom. Pomoću tropoložajnog ventila HV1 selektujemo

rezervoar koji će biti napunjen. Ventil HV2 nam omogućava podešavanje brzine punjenja i

brzine pražnjenja donjeg rezervoara. Korišćenjem ispusnog ventila na gornjem sudu unosimo

poremećaj u sistem. Pritisak u sistemu se meri pomoću pretvarača pritiska koji daje signal 4-

20mA. Pomoću dvopoložajnog ventila HV3, pretvarač pritiska se može postaviti u položaj koji

omogućava korišćenje jednog od dva rezervoara ili oba istovremeno. Dva manometra pokazuju

vrednost pritiska u jednom odnosno drugom sudu. Elektromagnetni ventil se koristi kao izvršni

organ u upravljačkom sistemu. Vazduh se dovodi pomoću regulatora pritiska.


Opasnost po čoveka

- OPASNOST! Strujni udar!

- Oprezno rukovati komponentama električnog sistema!

- Postoji opasnost od strujnog udara. Isključiti sistem prilikom bilo kakve

intervencije. Isključiti dovod napajanja pre otvaranja mašine.

- Popravku mašine treba da vrši isključivo kvalifikovano lice.

- U slučaju očiglednih grešaka (npr. oštećenje izolacije električnih kablova

provodnika), rad sistema je potencijalno opasan. U takvim slučajevima odmah

isključiti sistem.

- Ne sme se dozvoliti da električne komponente dođu u kontakt s vodom.

- OPASNOST! Nikada ne koristiti uređaj bez ispravno instaliranog

uzemljenja. Ne pridržavanje ove instrukcije može dovesti do štete po čoveka i

mašinu.

Opasnost po opremu:

- Sistem koristiti samo u suvoj, zatvorenoj prostoriji u kojoj nema zapaljivih ili

štetnih gasova, isparenja ili prašine.

- Čuvati model od zamrzavanja. Zamrzavanje može oštetiti pojedine komponente.

- Nikada ne povezivati dodatno napajanje preko interfejsa na komandnoj tabli. To

bi moglo dovesti do uništenja mernih uređaja.


33




2. Provera da li je EMERGENY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, postaviti ga u nulti

(neaktivni) položaj.

3. Ventilom HV1 podesiti protok vazduha ka donjem rezervoaru-

4. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti (ovim postupkom se omogućava redna veza dva

rezervoara)

Slika 23 Redna veza protoka komprimovanog vazduha kroz dva rezervoara

5. Ventilom HV3 podesiti protok vazduha kroz gornji rezervoar (ventilom HV3 vrši se

odabir rezervoara čiji će se pritisak regulisati)

6. Izduvni ventil otvoriti ½ kruga

7. Za potrebe rada modela potrebno je dovesti komprimovani vazduh. Pritisak u cevnom

sistemu podesiti pomoću kompresora na 6 bar. Pritisak pneumatskog ventila podesiti na 2

bar.





vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:

a. Pojačanje Kp=1


c. Rate time Tv=0.00

d. W=3 bar

12. Posmatrati odziv upravljanog sistema u okviru podmenijaCharts.


34



Diagram. Upoznati se sa okruženjem otvorenog podmenija.

14. Zatvoriti podmeni i iz glavnog menija odabrati podmeniMonitored Information.

15. Nakon toga iz glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 24).


16. Na komandnom ormaru izvršiti prelaz iz automatskog režima u ručni rad i obrnuto.





1. Postaviti ventil HV1 u položaj koji omogućava protok vazduha kroz donji rezervoar


3. Postaviti ventil HV3 u položaj koji omogućava detekciju pritiska donjeg rezervoara.

Postavljena kombinacija ventila omogućiće serijsku vezu dva rezervoara (slika 25).


35


Slika 25 Serijska-redna veza protoka vazduha

4. Ventil HV4 u potpunosti zatvoriti.

5. Dovesti komprimovani vazduh. Pritisak u cevnom sistemu pomoću kompresora

podesiti na 6 bar, a pritisak pneumatskog ventila podesiti na 2 bar.

6. Na PICA kontroleru izabrati automatski režim rada.

7. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 sledeće parametre:

a. Pojačanje Kp=1


c. Rate time Tv=0

8. Postaviti željenu vrednost pritiska u donjem rezervoaru na 3 bar. Da li je sistem

dostigao željenu vrednost? Ukoliko nije obrazložiti zbog čega nije.

9. Ventil HV4 otvoriti za jednu četvrtinu punog kruga

10. Snimiti odziv posle otvaranja ventila HV4 i za vreme uspostavljanja željenog

ustaljenog stanja. Posle koliko vremena je sistem postigao stabilan rad uz

zanemarljive oscilacije na predviđenom pritisku?

11. Sa dostignutih 3 bar promeniti željeni pritisak na 4 bar. Snimiti odziv i

prokomentarisati rezultate kao u tački 10.

12. Zatvoriti u potpunosti ventil HV4. Snimiti odziv sistema u narednih 120 sekundi

nakon zatvaranja ventila 4. Zbog čega odziv koji definiše angažovanje sistema padne

posle tog perioda na 0%?

13. Pomoću ventila HV1 podesiti da sistem radi u paralelnoj sprezi dva rezervoara (slika

26)

14. Postaviti ventil HV3 u položaj koji omogućava detekciju pritiska gornjeg rezervoara

15. Ventil HV4 otvoriti za jednu četvrtinu punog kruga

16. Postaviti željenu vrednost pritiska u donjem rezervoaru na 2,5 bar. Snimiti odziv i

prokomentarisati rezultate. Uporediti trenutne vrednosti pritiska na manometrima oba

rezervoara. Prokomentarisati te vrednosti.


36


Slika 26 Paralelna veza protoka komprimovanog vazduha dva rezervoara

17. Ventil HV4 otvoriti u potpunosti i omogućiti da pritisci u oba rezervoara budu na

nuli. Snimiti odziv sistema od trenutka otvaranja ventila HV4 do pada pritiska u

rezervoarima na nulu. Prokomentarisati grafik.

18. Ventil HV4 zatvoriti u potpunosti.

19. Omogućiti rad sistema samo s jednim rezervoarom: zatvoriti u potpunosti ventil

HV2. Ventil HV1 prilagoditi korišćenju gornjeg rezervoara.

20. Podesiti željeni pritisak na 2 bara. Snimiti odziv sistema.


Nastaviti s podešavanjima koja su ostala završetkom Vežbe 1. Smatrati da sistem radi

stabilno bez poremećaja kada je pritisak 2 bar. Datim promenama poremetiće se željeni nivo

pritiska upravljanog procesa i regulator će težiti da sistem vrati u željeno ravnotežno stanje.

Zadatak koji je potrebno izvršiti predstavljen je kroz korake:

1. Menjajući otvorenost ventila HV4 na vrednosti date u tabeli 7 snimiti odzive sistema

za unete poremećaje. Obratiti pažnju na vremena potrebna za ponovno uspostavljanje

željenog rada, i na dinamiku prelaznih procesa. Prokomentarisati rezultate.

2. Zatvoriti ventil HV4 u potpunosti.

Tabela 7

HV4 Da li je sistem dostigao

željenu vrednost?

Vreme za postizanje

ustaljenog stanja

zatvoren → ¼ kruga

zatvoren → ½ kruga

zatvoren → ¾ kruga




37


2. U tabeli s desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 8. U



tabele 8).

Tabela 8

Broj Vrednost Vreme

0 1.5 -

1 3.0 00:00:30

2 2.0 00:01:00

3 4.0 00:00:20

4 2.0 00:00:10

5 1.0 00:00:20

3. Obezbediti potreban pritisak na ulazima sistema.

4. Otvoriti ventil HV4 za ¼ kruga.


6. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START .


ispratio zadato upravljanje, a gde nije? Obrazložiti odgovor.


1. Sistem iz stanja mirovanja (željeni pritisak W=0 bar) pobuditi postavljanjem željenog

odziva sistema na jednu od sledećih vrednosti:

a. 1.5 bara

b. 2.0 bara

c. 2.5 bara

d. 3 bara

e. 4 bara

2. Nakon dostizanja postavljene vrednosti i ustaljenog stanja snimiti odziv sistema.

3. Na snimljeni odziv sistema primeniti neku od opisanih metoda u praktikumu za

identifikaciju.




38


7. Regulacija temperature

7.1 Elementi sistema

Slika 27 Izgled sistema za regulaciju temperature

7.2 Model i funkcija sistema

Ceo sistem je montiran na pokretnom postolju.

Promenljiva koja se kontroliše je temperatura vode u zatvorenom sistemu.

Voda se greje pomoću električnog grejača. Toplotni razmenjivač u kombinaciji s ventilatorom

omogućava hlađenje vode koja cirkuliše. Alternativno grejanje ili ventilator imaju ulogu

aktuatora u datom sistemu.

Pumpa obezbeđuje cirkulaciju vode u sistemu.

Dve cevi, različitih dužina, omogućavaju različita vremenska kašnjenja.

Temperatura vode meri se termoparovima koji se nalaze u sistemu na tri različite pozicije.

Trenutni termopar se bira putem prekidača. Signal iz termopara se pretvara u standarizovani

signal (4-20mA).

Upravljački sistem je smešten na komandnom ormaru.

Ekspanziona posuda i dodatni sigurnosni ventili štite sistem od prekoračenja pritiska.

1. Ventilator

2. Toplotni razmenjivač

3. Ručni ventil (HV1) sa skalom (za

podešavanje protoka i

poremećaja)

4. Pumpa

5. Termoparovi

6. Ekspanziona posuda

7. Grejač

8. Komandni ormar s glavnim

prekidačem.

9. Spiralna cev dužine 16.5m

10. Prava cev dužine 0.7m


39



Slika 28 Blok dijagram sistema za regulaciju temperature

7.4 Komandni ormar uređaja

Slika 29 Izgled komandnog ormara

1. Električni grejač

2. Toplotni razmenjivač

3. Ventilator

4. Pumpa

5. Kontroler

6. Ručni ventil HV1

7. Cev 1 dužine 16,5m s ventilom HV3

8. Cev 2 dužine 0,7m s ventilom HV2

- SW1 prekidač termopara

- TT1 temperatura na izlazu termopara

- TT2 promena temperature termopara

- TT3 toplota na ulazu termopara

Na komandnom ormaru su ugrađeni sledeći

elementi:

1. Kontinualno-linearni rekorder

2. START taster

3. Industrijski TICA kontroler

4. Prekidač ventilatora

5. Prekidač pumpe

6. Taster za nužno zaustavljanje sistema

7. Priključnice za signal iz termoparova (x)

8. Priključnice za upravljački signal iz

kontrolera (y)

9. PROFIBUS konektori

10. Kontrola prekidača

11. Prekidač termopara

12. Glavni prekidač


40



Signal iz pretvarača pritiska (x) i signal kontrolera (y) su međusobno povezani. Signali su

dostupni na priključcima 7 i 8, a mogu se prikazivati i na nekom spoljašnjem voltmetru ili

ampermetru. Biranje željenog mernog opsega vrši se odgovarajućim naizmeničnim prekidačem:

naizmenični prekidač propušta:

signal čija je vrednost napona od 0 do 100% što je jednako od 0,2 do 1,0V

naizmenični prekidač propušta:

signal čija je vrednost električne struje od 0 do 100% što je jednako od 4 do 20mA

NAPOMENA! Za redovnu upotrebu naizmenični prekidač mora biti uvek

otvoren!

Pre puštanja sistema, učesnici u eksperimentu treba da dobiju uputstva o

pravilnom rukovanju opremom.

OPASNOST! Električni udar

Oprez prilokom rukovanja električnim komponentama sistema!

Postoji opasnost od strujnog udara. Isključite utikač pre nego što pristupite bilo kojoj

električnoj komponenti.

U slučaju očiglednih nedostataka (npr. loše izolacije na električnim žicama), rad sistema

je potencijalno fatalan. U takvim slučajevima, isključiti sistem odmah.

Nikad ne treba dozvoliti da električne komponente dođu u kontakt sa vodom.

OPASNOST! Nikad ne koristiti uređaj bez ispravno instaliranog uzemljenja!

Zanemarivanje ove instrukcije može ugroziti kako ljudske živote tako i opremu.

OPASNOST! Zagrejane površine!

Nakon dugog rada grejalice, rezervoar i cevi mogu postati veoma vruće. Ukoliko

se dotaknu zagrejane površine postoji rizik od opekotina.


41


Opasnost za opremu i njeno funkcionisanje

OPREZ! Nikad ne koristite pumpu ili grejač bez vode! To može oštetiti

navedene komponente.

OPREZ! Nikad ne dovodite spoljašnji napon na interfejs utičnice! To bi

moglo da dovede do uništavanja mernih uređaja u datom sistemu.

OPREZ! Sistemom treba upravljati u suvoj i zatvorenoj prostoriji, u kojoj nema

zapaljivih gasova, isparenja ili prašine.

OPREZ! Čuvati sistem zaštićen od mraza! Mraz može da ošteti pojedine komponente

sistema.

7.6 Puštanje u rad sistema

Pozicioniranje

Učvrstiti sisem tako da ne dođe do pomeranja u toku rada

Uključiti napajanje

Otpustiti STOP dugme

Punjenje cevovoda

Pre pokretanje mašine i eksperimentalnog rada, sistem se mora ispuniti vodom. To se radi po

sledećim koracima:

Povežite crevo iz vodovoda sa ventilom koji služi za punjenje i pražnjenje sistema.

Otvorite sve slavine u sistemu.

Punite cevovod sve dok vrednost na barometru ne bude 2 bar.

Zatvorite slavinu za punjenje i uklonite crevo.

Uključite prekidač.

Uključite pumpu.



2. Provera da li je EMERGENY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, postaviti ga u nulti


3. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (ventil protoka i poremećaja).

4. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti (ovim postupkom ćemo omogućiti protok vode kroz

kraću cev od 0.7m)

5. Ventili HV3 zatvoriti u potpunosti (onemogućen protok vode kroz dužu cev 16.7m)


42


6. Dovodni ventil otvoriti u potpunosti. Cevni sistem puniti vodom sve dok se na

manometru ne dostigne pritisak cevnog sistema od 2 bar. Tada prekinuti dotok vode i

zatvoriti dovodni ventil.






a. Pojačanje Kp=5



11. Podesiti željenu temperature na 40 stepeni.

12. Izabrati na kontrolnoj table praćenje temperature na poziciji termopar 2

13. Uključiti pumpu

14. Uključiti ventilator i podesiti na ugao od 60 stepeni

15. Uključiti grejač

16. Pogledati odziv upravljanog sistema u okviru podmenija Charts.


Diagram. Upoznati se sa okruženjem.


19. Nakon toga sa glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 34).


20. Na kontrolnoj tabli izvršiti prelaz iz režima automatskog u ručni rad i obrnuto.



43







kraću cev od 0.7m)


4. Izabrati na kontrolnoj table praćenje temperature na poziciji termopara 2

5. Proveriti da li je pritisak na manometru potrebnih 2 bara.



a. Pojačanje Kp=5




8. Na TICA kontroleru podesiti automatski režim rada.

9. Uključiti pumpu

10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu na ugao 45 stepeni


12. Snimiti odziv do uspostavljanja željenog ustaljenog stanja. Posle koliko vremena je

sistem postigao ustaljeno stanje?

13. Podesiti nakon toga željenu temperaturu na 35 ºC. Menjati položaj klapne u cilju bržeg

dostizanja željene temperature. Snimiti odziv i prokomentarisati ga.

14. Ponovo podesiti željenu temperaturu na 40ºC, ali sada uz položaj klapne na 90 stepeni.

Snimiti odziv i uporediti brzinu dostizanja ustaljenog stanja sa odzivom pod tačkom 13.





2. Ventil HV2 zatvoriti u potpunosti (ovim postupkom ćemo onemogućiti protok vode kroz

kraću cev od 0.7m)

3. Ventili HV3 otvoriti u potpunosti (omogućen protok vode kroz dužu cev 16.7m)

4. Izabrati na komandnom ormaru praćenje temperature pomoću tastera (termocouple 2)



44




a. Pojačanje Kp=5





9. Uključiti pumpu

10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu pod ugao 45 stepeni


12. Snimiti odziv do uspostavljanja željenog ustaljenog stanja. Posle koliko vremena je

sistem postigao ustaljeno stanje?

13. Podesiti nakon toga željenu temperaturu na 35ºC. Upotrebiti mogućnosti ventilator za što

brže dostizanje željene temperature. Snimiti odziv i prokomentarisati.

14. Uporediti rezultate iz tačke 13 i 14 sa rezultatima iz vežbe 1 takođe pod tačkama 13 i 14.

Kako se vremensko kašnjenje dobijeno uvođenjem u sistem duže cevi odrazilo na

karakteristike sistema?



1. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (0 stepeni).


kraću cev od 0.7m)


4. Izabrati na kontrolnoj tabli praćenje temperature na poziciji termopara 2




a. Pojačanje Kp=5



7. Podesiti željenu temperature na 50ºC.


9. Uključiti pumpu

10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu na ugao 45 stepeni

11. Uključiti grejač.


45


Nakon uspostavljanja ustaljenog stanja ventil HV1 podesiti prema tabeli 9 i snimiti odziv

za sve tri promene otvorenosti ventila HV1 i prokomentarisati u kojoj meri su poremećaji uticali

na stabilnost sistema.

HV1

otvoren → 20 stepeni



Tabela 9



2. U tabeli sa desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 10. U preostala

polja Value koja nisu definisana tabelom upisati vrednost -9999 (vrednost koja označava

kraj unosa novih podataka i koja će zadržati protok na zadnju unetu vrednost iz tabele 2).

3. Obezbediti potreban pritisak od 2 bar.

4. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (0 stepeni).

5. Ventil HV2 zatvoriti u potpunosti (ovim postupkom ćemo onemogućiti protok vode kroz

kraću cev od 0.7m)

6. Ventili HV3 otvoriti u potpunosti (omogućen protok vode kroz dužu cev 16.7m)

7. Izabrati na kontrolnoj table praćenje temperature na poziciji termopar 3


9. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START .


ispratio zadato upravljanje a za koje nije? Obrazložiti odgovor.

Broj Vrednost (stepeni) Vreme

0 30 -

1 35 00:00:30

2 40 00:01:00

3 50 00:00:50

4 60 00:00:40

5 40 00:01:30 Tabela 10


1. Sistem iz stanja mirovanja (početnih 25 stepeni) pobuditi postavljanjem željenog odziva

na jednu od sledećih vrednosti:

a. 35 stepeni

b. 40 stepeni

c. 45 stepeni

d. 50 stepeni


46


e. 55 stepeni

2. Nakon dostizanja postavljene vrednosti i ustaljenog stanja snimiti odziv sistema.

3. Na snimljeni odziv primeniti neku od metoda za identifikaciju sistema opisanih u

praktikumu.




47


8. Regulacija PH vrednosti hemijskih jedinjenja

8.1 Izgled uređaja

Slika 31 Izgled sistema za regulaciju pH vrednosti supstancije

Funkcionalnosti uređaja

Meri se pH vrednost vodenog rastvora u rezervoaru V2 za neutralizaciju

Rezervoar za mešanje V1 se puni svežom vodom, nakon čega se dodaje natrijum – hidroksid

preko pumpe za doziranje. pH vrednost ovog rastvora se očitava na digitalnom meraču.

Vodeni rastvor iz rezervoara V1 dalje ide ka rezervoaru za neutralizaciju V2 u kome se

pomoću druge pumpe dodaje hlorovodonična kiselina kako bi se rastvor neutralizovao. U

ovom rezervoaru se takođe pomoću sonde meri pH vrednost i prikazuje na meraču.

Na proces se može uticati promenom protoka sveže vode preko ručnog ventila ili promenom

odnosa baza/kiselina dodavanjem određenih količina.

Neutralizovani vodeni rastvor se skladišti u posebnom rezervoaru.

1. Merač protoka vode

2. Pumpa za doziranje bazne supstance

3. Rezervoar s bazom

4. Rezervoar s kiselinom

5. Pumpa za doziranje kiseline

6. Rezervoar mešavine baze i kiseline

7. Rezervoar za mešanje V1, sa sondom za

merenje pH vrednosti

8. Rezervoar za neutralizaciju V2, sa

sondom za merenje pH vrednosti

9. Komandni ormar s glavnim prekidačem.


48



Slika 32 Blok dijagram uređaja

Ovim uređajem se upravlja preko komponenata koje se nalaze na zasebnom delu sistema:

Slika 33 Komandni ormar

Izmereni signal (x) sa sonde za merenje pH vrednosti i izračunati signal (y) sa

industrijskog kontrolera se usmeravaju do linijskog pisača. Dodatno se ovi signali usmeravaju i

do priključnica (8) i (10), gde se mogu očitati i na voltmetru ili ampermetru.

1. Rezervoar s bazom

2. Rezervoar s kiselinom

3. Pumpa za doziranje kiseline

4. Rezervoar za mešanje (V1)

5. Rezervoar za neutralizaciju

(V)2

6. Konvertor pH vrednosti

7. Kontroler

1. Industrijski kontroler

2. Jedinica za merenje i prikazivanje pH vrednosti za

rezervoar V1

3. Jedinica za merenje i prikazivanje pH vrednosti za

rezervoar V2

4. Prekidač za uključivanje pumpe za doziranje baze

5. Prekidač za uključivanje pumpe za doziranje

kiseline

6. Glavni prekidač

7. Prekidač za zaustavljanje procesa u slučaju

opasnosti

8. Priključnice (buksne x) za signal pH vrednosti iz

rezervoara za neutralizaciju V2

9. Priključci za računar

10. Priključnice za izračunati signal (buksne y)

11. Linijski očitavač

12. Prekidač za linijski rekorder (očitavač)


49


8.3 Bezbednosna uputstva

Pre nego što se uređaj pusti u rad, sve osobe koje učestvuju u eksperimentu moraju biti

upoznate o pravilnom i bezbednom načinu rukovanja ovim uređajem i da prate sledeća

bezbednosna uputstva.

Opasnost po osobe

Opasnost: Električni udar.

Pre otvaranja kućišta ormara za smeštanje opreme, glavni prekidač se

mora isključiti a uređaj se mora odvojiti od glavne mreže. Samo osoblje

koje je za to obučeno može upravljati električnom opremom. Ne sme se

dozvoliti kontakt bilo koje električne komponente sa vodom.

Opasnost: Ne dozvoliti rad uređaja ukoliko zaštitni provodnik nije

pravilno povezan. Ovo može dovesti do kvara opreme ili povrede osoba.

Opasnost: Korozivna jedinjenja. Opasnost od opekotina. Uvek nositi

zaštitne rukavice i naočare kada se pune ili prazne rezervoari ili kada se

rukuje ovim hemikalijama. Prosipanje ovih sredstava može dovesti do

oštećenja opreme. Rezervoari se ne smeju prepuniti. Ukoliko dođe do

prosipanja, ukloniti ih u što kraćem roku.

Oprez: Nikada ne priključivati bilo koji spoljašnji izvor napona na

priključnice za signal pH vrednosti ili priključnice za računar. Ovo može

oštetiti merne komponente uređaja.

Oprez: Posle završetka svakog ekperimenta, svi rezervoari se moraju

isprazniti i oprati vodom ukoliko se uređaj ne koristi svakodnevno.

Oprez: Uređaj se može koristiti jedino u suvim, zatvorenim prostorijama u

kojima ne postoji pristustvo zapaljivih ili korozivnih gasova, para i prašina.

Oprez: Uređaj se mora čuvati u suvom okruženju koje je otporno na mraz.

Mraz može oštetiti uređaj.


50


8.4 Pripremanje uređaja za rad

Napunuti rezervoar (L) s natrijum – hidroksidom

(pH = 10; ~5 litara).

Napunuti rezervoar (A) s hlorovodoničnom

kiselinom (pH = 4; ~5 litara).

Potrebno je da rezervoar za neutralizaciju bude

potpuno čist. Otkloniti bilo kakve ostatake od

prethodnih eksperimenata.

U potpunosti isprazniti rezervoare V1 i V2

koristeći slavine za drenažu (C) i zatvoriti ih opet

nakon toga.

Postaviti veoma pažljivo sonde za merenje pH

vrednosti.

Slika 34 Priprema uređaja za korišćenje

Lagano otvoriti slavinu za dotok vode (H)

kako bi se napunili rezervoari V1 i V2.

Obe sonde za merenje pH treba uroniti u

vodu na dubini od najmanje 30mm.

Osloboditi prekidač za nužno isključenje.

Uključiti prekidač za pokretanje uređaja.

Pokrenuti uređaj.

Uključiti obe pumpe da bi se eliminisao

vazduh iz sistema i nakon toga isključiti

ih.

Slika 35 Priprema rezervoara V1 i V2

8.5 Eksperiment neutralizacije

Neutralna voda se prvo meša s natrijum – hidroksidom kako bi se napravio rastvor sa

baznom pH vrednošću. Nakon toga, pumpa za doziranje usmerava ovaj rastvor u drugi rezervoar

koji sadrži hlorovodoničnu kiselinu da bi se izvršila reakcija neutralizacije.


51


8.6 Preliminarna razmatranja

Višak baze i kiseline koja ostane nakon procesa mora se neutralizovati pre otklanjanja.

Ove dve supstance će neutralizovati jedna drugu ukoliko se pomešaju. Ovo se vidi po reakciji

između natrijum – hidroksida i hlorovodonične kiseline. Hidroksilni joni iz baze reaguju s

protonima iz kiseline i formiraju molekul vode. Ova reakcija predstavlja neutralizaciju. Kao

finalni produkt u ovom slučaju nastaje rastvor natrijum – hlorida.

H3O+ + Cl- + OH- + Na+ ↔ 2H2O + Cl- + Na+

Stvaran hemijski proces obuhvata reakciju neutralizacije:

H3O+ + OH- ↔ 2H2O

Ova reakcija je egzotermna (oslobađa se toplota). Rastvor je neutralan kada je pH = 7. Na

ovoj tački H3O+ i OH- joni poništavaju jedni druge i stvaraju neutralan rastvor. Neutralizaciju je

teško kontrolisati. Uopšteno govoreći, funkcija pH vrednosti je eksponencijalna, ali ona postaje

linearna i ekstremno ravna kod tačke neutralizacije.

Slika 36 Zavisnost pH vrednosti od koncentracije kiseline/baze u rastvoru

Zbog veoma malog zakrivljenja kod tačke neutralizacije, ukoliko dođe do dodavanja malih

količina kiseline ili baze, može se drastično uticati na pH vrednost rastvora. Drugim rečima,

upravljanje ima veliki uticaj na proces. Ovaj način upravljanja zahteva veliki opseg i precizno

definisanu P – komponentu proporcionalnog regulatora. Štaviše, karakteristike sistema već

ukazuju na neophodnost kompenzacije male i stalne kontrole odstupanja. Zbog toga, kontroler

mora imati i integralnu (I) komponentu.


52



1. Proveriti da li je kolekcioni rezervoar prazan. Ukolioko nije isprazniti ga i isprati vodom.

2. Proveriti da li se u 2 rezervoara za kiselinu i baznu supstancu nalaze odgovarajuće

hemikalije.

3. U potpunosti isprazniti rezervoare za mešanje supstanci V1 i V2 pomoću ventila C.

4. Pažljivo postaviti sonde za merenje PH vrednosti u rezervoare V1 i V2.

5. Cevnim sistemom dovesti vodu do definisanog ulaza u mašinu - W. Pomoću ventila H

omogućiti mali tok vode u mašinu. Na taj način će otpočeti punjenje rezervoara V1 i V2.

Potrebno je da sonde budu potopljene u vodi minimum 30mm.


7. Proveriti da li je EMERGENY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, staviti ga u nulti


8. Glavni prekidač napajanja (MAIN SWITCH) postaviti u položaj ON (uključen).

9. Uključiti obe dozirne pumpe pomoću prekidača na kontrolnom ormaru. Nakon što pumpe

iz sistema izbace vazduh isključiti ih.



12. Posle odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i vrednosti

W) u okviru nje na sledeći način:

a. Pojačanje Kp=10

b. Reset time Tn=1 min


d. W=7,2

13. Isprazniti rezervoar V1 pomoću predviđenog ispusnog ventila na samom rezervoaru.

14. Uključiti obe dozirne pumpe. Promenom učestanosti rada pumpi, upoznati se s njihovim

funkcionalnostima i radnim karakteristikama.

15. Rezervoar V1 napuniti hemijskom supstancom 60% od ukupne zapremine (čime će se

ostvariti uslov da sonde budu potopljene u vodi od 20-30mm).

16. Otvoriti ventil za dovod vode (H) i podesiti željeni protok na 12l/h. Ovim podešavanjem

voda se dodaje u baznu sredinu rezervoara V1 s ciljem dostizanja pH vrednosti 8,5

17. Smeša nakon toga prelazi u neutralizacioni rezervoar V2 gde će biti zapažena značajna

promena pH vrednosti usled dejstva kontrolera.

18. Snimiti odziv sistema.

NAPOMENA: Radna tačka sistema je neutralnih pH=7. Brzina promene pH vrednosti je ±1pH.

Veće vrednosti pH vrednosti dovode sistem do upravljačkog limita, tako da se to može odraziti

velikim vremenom za uspostavljanjem željene vrednosti ili nemogućnosti za dostizanjem iste.

Moguće su i brže promene vrednosti i pomeranja operativne tačke sistema ručnim unosom

kiseline i baze u sistem mimo dozirnih pumpi. Ipak, zbog bezbednosti korisnika to nikako nije

preporučljivo.

Documents

UNIVERZITET U NIŠUautomatika.elfak.ni.ac.rs/files/Obavestenja/Praktikum_za_laboratorijske_vebe_iz... · diferencijalnim (D) dejstvima, i razlozi za njihovu upotrebu u okviru upravljaþke