Dziś jest piątek, 18 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8638 -0.76% 1EUR 4.2849 -0.28% 1GBP 4.9456 -0.31%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
28 styczeń 2013.

Hierarchiczny system sterowania procesem mieszania

Hierarchiczny system sterowania procesem mieszania

1. Wprowadzenie

Proces mieszania ma szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, np. w chemicznym, spożywczym, farmaceu-tycznym. Substancje mogą być mieszane w składzie: ciecz-ciecz, ciecz - ciało stałe, ciało stałe - ciało stałe. Pod pojęciem ciało stałe najczęściej rozumie się materiał sypki, np. granu-laty, proszki itp. Efektem procesu mieszania powinno być uzyskanie produktu o odpowiednim składzie, konsystencji i jednorodności. Modelowanie takiego procesu i sterowanie nim jest skomplikowane ze względu na charakter zachodzą-cych zjawisk oraz konieczność uwzględnienia cech elementów układu sterowania (urządzenia pomiarowe, wykonawcze i sterujące).
Obecnie obserwuje się duże zainteresowanie zagadnieniami modelowania i sterowania procesem mieszania. W pracy [1] opracowano model zjawiska mieszania na poziomie molekularnym. Pozycja [2] jest zestawieniem wyników doświadczeń wielu badaczy. Pozycje [3 - 5] przedstawiają różne metody regulacji tym procesem, np. krzepkie sterowanie z wykorzystaniem regulatora PI, sterowanie rozmyte, sterowanie predyk-cyjne z modelem opartym na sztucznych sieciach neuronowych.

W artykule opracowano model matematyczny przykładowego procesu mieszania typu ciecz - ciecz. Następnie zaimplementowano go w środowisku MATLAB i zaprojektowano hierarchiczny system sterowania. Wyodrębniono w nim dwie warstwy: nadrzędną i bezpośrednią. Po określeniu struk-tury sterowania, wyznaczeniu nastaw regulatorów i przete-stowaniu działania układu regulacji zaimplementowano go w pętli sprzętowej HIL (ang. Hardware In the Loop) [14]. W tym celu dokonano podziału poszczególnych warstw sterowania oraz wykorzystano dedykowane oprogramowanie i urządzenia. Wykorzystano sterownik programowalny PLC (ang. Programmable Logic Controller) firmy GE Fanuc serii RX3i [15, 16] oraz komputer PC. System sterowania podłą-czono do modelu komputerowego i uruchomiono na innym komputerze PC w środowisku MATLAB. Ostatnim etapem badań było przeprowadzenie testów symulacyjnych całego układu i analiza wyników.

2. Charakterystyka obiektu i jego model matematyczny

Opis ogólny

Procesem sterowanym jest wieloetapowy proces mieszania dwóch cieczy: acetonu i octanu etylu. Mieszanina ta jest stosowana między innymi w przemyśle obuwniczym w postaci rozpuszczalników, jako składowa czyścików do pian poliuretanowych czy w produkcji zmywaczy do paznokci. Elementami procesu są: zbiornik mieszania, mieszadło z napędem, zawór spustowy i dwie pompy (rys. 1).


Rys. 1. Schemat procesu sterowania

W dalszej części założono idealny proces mieszania. Jako wartości zadane przyjęto gęstość ρzad[kg/m3] i objętość Vzad[m 3] mieszaniny. Pompy odpowiadają za napełnianie zbiornika substratami o różnych gęstościach. Mieszadło, napędzane silnikiem prądu stałego, realizuje etap mieszania mechanicznego przez ściśle określony czas tm [6]. Po upływie tego czasu tm jest pewne, że mieszanina ma strukturę jedno-rodną. Opróżnienie zbiornika odbywa się przez otwarcie zaworu spustowego.
Sygnałami sterującymi są napięcia silników obu pomp, napięcie napędu elektrycznego mieszadła oraz sygnał okre-ślający stan zaworu. Objętość i gęstość roztworu są wielkościami sterowanymi. Zakłóceniami są wahania gęstości obu składników.

Mieszanie

Model matematyczny mieszania zbudowano wykorzystując zasadę zachowania masy oraz zależność na zmianę objętości cieczy w mieszalniku:

gdzie: V- objętość mieszaniny [m3], Q1 - przepływ pierwszej pompy [m3/s], Q2- przepływ drugiej pompy [m3/s], Qwy - natężenie wypływu [m3/s], ρ - gęstość mieszaniny [kg/m3],ρ1= 900 kg/m3- gęstość pierwszego składnika, ρ 2 = 792 kg/m3 - gęstość drugiego składnika.

Zbiornik mieszania

Budowa zbiornika mieszania jest istotna, ponieważ wymusza wymiary geometryczne mieszadła oraz wpływa na szczegóły dotyczące procesu mieszania. Założono, że zbiornik ma kształt cylindryczny o następujących wymiarach (rys. 2):


Rys. 2.Przekrój poprzeczny zbiornika oraz widok z góry

średnica podstawy D = 1  m, wysokość H = 1,2 m, wyso-kość minimalna cieczy Hmin = 0,4 m, wysokość maksymalna cieczy Hmax = 1 m. Dodatkowo uwzględniono cztery przegrody wewnątrz zbiornika, które zapobiegają zawirowaniu cieczy wokół osi pionowej (charakterystyczny lej) oraz uprasz-czają obliczenia [6]. Umieszczone są one co 90° na obwodzie podstawy, wzdłuż całej wysokości D/10 zbiornika. Szerokość przegrody wynosi B = D/10= 0,1 m.

Mieszadło

Zastosowane mieszadło jest mieszadłem turbinowym dyskowym z sześcioma łopatkami prostymi, umieszczonymi na obwodzie mieszadła co 60° [6]. Na rys. 3 przedstawiono jego geometrię.

Korzystając z zależności matematycznych, przedsta-wionych w [6], określono wymiary mieszadła: a= 6,25 cm, b= 5 cm, c= 1 cm, d= 25 cm, d 0 = 18,75 cm, h= 3,13 cm. Założono, że f= 1 cm. Moment bezwładności Jm obliczono sumując momenty bezwładności wszystkich części składowych i uzyskano J m = 0,0169 kg m2.


Rys. 3. Przekrój poprzeczny mieszadła oraz widok z góry

Napęd mieszadła

Urządzeniem napędzającym mieszadło jest silnik prądu stałego. Rozważając elektryczne i mechaniczne parametry obwodu wirnika można go zamodelować w następującej postaci [7]:

gdzie: Udc- napięcie twornika [V], i- prąd twornika [A], R- rezystancja twornika [Ω], L- indukcyjność twornika [H], e- siła elektromotoryczna [V], ωm - prędkość obrotowa mieszadła [rad/s], M- moment elektryczny [Nm], Mop - moment oporowy [Nm], Jdc - moment bezwładności sprowadzony do wału silnika [kg m2 ].

Jdc jest sumą momentu bezwładności wirnika Jw oraz mieszadła Jm. Pomija się moment oporowy Mop. Moment elektryczny M jest proporcjonalny do prądu twornika i, a siła elektromotoryczna edo prędkości obrotowej ωm. Wzmocnienia prądowe i prędkościowe opisane są zależnościami (5)- (6). Wykorzystując reduktor prędkości należy uwzględnić wyrażenie (7)

gdzie: Ki- wzmocnienie prądowe [W*s/rad*A], Kω- wzmocnienie prędkościowe [V *s/rad], Pznam moc znamionowa [W], ωwyj - żądana prędkość obrotowa za przekładnią [rad/s], m- przełożenie reduktora [?].

Jako maksymalną prędkość silnika nmax przyjęto 300 obr/min. Zgodnie z [6, 8, 9] wyznaczono dostateczną moc napędu potrzebną do wymieszania cieczy (maksimum funkcji mocy silnika dla dowolnego stosunku objętości obu mieszanych składników, przy spełnieniu ograniczeń na Vmax i Vmin ) uzyskując Pznam = 800 W. Parametry odczytane z karty katalogowej [13] są równe: R = 34 Ω, L=0,214 H, iznam= 2,6 A, Uznam= 440 V, J w= 0,0029 kg m2. Obliczone przełożenie reduktora wynosi m = 0,24.

Pompa

Obie pompy są identyczne. Do opisu napędu wykorzy-stano równania (3 - 7). Przyjęto, że m = 1. Zależność pręd-kości obrotowej od natężenia przepływu opisano równaniem różniczkowym pierwszego rzędu ze wzmocnieniem Kkp i stałą czasową T. Uzyskano:

gdzie: Q - przepływ pompy [m 3 /s], ωpomp - prędkość obrotowa pompy [rad/s].

Wielkości M i e zostały określone analogicznie jak dla napędu mieszadła. Współczynniki proporcjonalności zdefiniowane są wzorami (5) i (6). Pomija się Mop. Przyjęto, że maksymalny przepływ wynosi 5 m3/godz = 1,4*10-3 m3 /s oraz że wartość stałej czasowej T = 0,1 s. Parametry silnika odczytano z karty katalogowej [13]: R = 12 ?, L = 0,072 H, J dc= 0,0029 kg *m2 , ωznam= 94 rad/s, iznam= 2,7 A, Uznam= 180 V, Pznam= 350 W. Kkp określono, znając maksymalne wartości przepływu i prędkości wirnika: Kkp= 1,5 10 -5 .

Zawór

Założono, że zależność natężenia przepływu cieczy przez zawór w funkcji poziomu mieszaniny w zbiorniku przyjmuje postać:

gdzie: Kv- współczynnik normalny przepływu [m 3/s], ?p- spadek ciśnienia [Pa], g = 9,81 m/s2- przyspieszenie ziemskie, h- wysokość mieszaniny w zbiorniku [m].

Wartość współczynnika Kv odczytano z danych katalogowych [14]. Założono średnicę równą 64 mm i uzyskano Kv= 51 m3 /godz.
Analizując wszystkie równania, można zauważyć, że zbudowany model jest nieliniowy i wielowymiarowy.

3. System sterowania

Dekompozycja sterowania jest często stosowana dla nielinio-wych obiektów wielowymiarowych. Pozwala ona na rozdział jednostki nadrzędnej, odpowiadającej za jakość regulacji, od urządzeń mających bezpośredni kontakt z obiektem (urządzenia pomiarowe, wykonawcze i sterujące). Zaprojektowano hierarchiczny system sterowania, w którym wyróżnić można warstwę nadrzędną oraz warstwę bezpośrednią [11]. Pierwszą z nich zrealizowano w oparciu o regulator rozmyty, doce-lowo uruchomiony na komputerze klasy PC w środowisku MATLAB [12]. Warstwę bezpośrednią tworzą trzy regula-tory PI oraz program realizujący załączanie i wyłączanie zaworu, wprowadzone do sterownika programowalnego firmy GE Fanuc serii RX3i. Model procesu technologicznego urucho-miono na drugim komputerze klasy PC. Dodatkowo, w celu wprowadzania wartości zadanych oraz do obserwacji zmian zachodzących podczas procesu mieszania, zbudowano interfejs operatora w środowisku InTouch [17]. Ogólny schemat układu sterowania przedstawiono na rys. 4.


Rys. 4. Schemat struktury sterowania w HIL

Sterowniki programowalne, dzięki swojej uniwersalności, doskonale sprawdzają się w przemyśle. Dlatego też sterownik PLC został zastosowany do implementacji sterowania warstwy bezpośredniej. Dodatkową zaletą tych urządzeń jest duża uniwersalność środowiska programistycznego. W tym przy-padku zastosowano język drabinkowy LD (ang. Ladder Diagram). Wykorzystanie sterownika PLC wiąże się z użyciem odpowiednich kart akwizycji danych, umożliwiających komu-nikację między komputerem a sterownikiem (zamiana sygnału cyfrowego na sygnał analogowy i odwrotnie).

Warstwa sterowania nadrzędnego została zaimplemento-wana na komputerze PC w środowisku MATLAB w czasie rzeczywistym. W tym celu zastosowano bibliotekę RTWT (ang. Real Time Windows Target) [18]. Dużą zaletą takiego rozwiązania była łatwa implementacja powyższego rozwią-zania w rzeczywistych warunkach laboratoryjnych.

Interfejs operatora wykonano w programie InTouch i uruchomiono na komputerze PC. Komunikacja między interfejsem a sterownikiem PLC odbywa się przez serwer GEHCS [19]. Do komunikacji wykorzystano sieć Ethernet. Głównym zadaniem interfejsu jest zadawanie przez operatora wartości zadanych oraz obsługa i obserwacja procesu mieszania

Ponadto model procesu mieszania zaimplementowano na komputerze PC w środowisku MATLAB. Wykorzystano również bibliotekę RTWT.

Sterowanie procesem mieszania podzielono na trzy etapy realizowane sekwencyjnie:

1. Napełnianie zbiornika mieszania. W warstwie nadrzędnej zaprojektowano regulator rozmyty [11], który na podstawie wartości błędów objętości i gęstości oraz bazy reguł wyznacza wartości zadane natężeń pomp Q1 zad i Q2 zad . Wartości błędów są liczone jako stosunek wartości chwilowej i zadanej. Pozwala to na zastosowanie jednego zbioru rozmytego dla poszczególnych wejść. Zdefiniowano po cztery zbiory rozmyte dla każdej wielkości sterowanej i dla każdego wyjścia. Wykorzystano głównie sigmoidalne i trapezoidalne funkcje przynależności. Następnie zbudo-wano bazę reguł (tab. 1).

Tab. 1.Baza reguł regulatora rozmytego

gdzie: M - Mało, TM - Trochę Mało, D - Dużo, ND - Nie Dużo, S - Stop, BD - Bardzo Dużo.

Jako metodę wnioskowania wybrano wniosko-wanie Mamdaniego.
Wyjścia z warstwy nadrzędnej stanowią trajektorie zadane, realizowane z wykorzystaniem regulatorów PID w bezpośredniej warstwie sterowania. Nastawy dobrano wykorzystując kryterium jak najszybszego osiągnięcia stanu ustalonego, bez przeregulowania, z uwzględnie-niem ograniczeń na sygnał sterujący. Ostatecznie zadanie to realizują zaimplementowane w sterowniku dwa regu-latory PI o wzmocnieniach identycznych dla obu pomp: Kp= 0,01 [%/%], Ki= 2,2 [rep/s].

2. Mieszanie mechaniczne. Po etapie 1 mieszadło jest rozpę-dzane do maksymalnej prędkości na wcześniej wyzna-czony czas mieszania tm. Po jego upływie pewne jest, że mieszanina ma strukturę jednorodną i mieszadło jest wyłączane. Sterowanie prędkością obrotową mieszadła zrealizowano w oparciu o regulator PID. Jego nastawy dobrano eksperymentalnie, zakładając łagodny rozruch mieszadła ? założono czas ustalania Tsna poziomie 5 s, bez przeregulowania. Podobnie jak w etapie pierwszym, do speł-nienia wymagań wykorzystano zapisany w programie sterownika regulator PI o wzmocnieniach Kp= 0,01 [%/%], Ki= 1,2 [rep/s]. Sterowanie mieszadłem umożliwia też skrócenie czasu mieszania uwzględniając fakt, że już podczas rozruchu następuje częściowe wymieszanie składników. Minimalizację czasu mieszania przeprowa-dzono następująco: znale-ziono czas t', podczas którego mieszadło pracu-jące na maksymalnych obrotach daje ten sam efekt co podczas rozruchu. Matematycznie operacja ta jest opisana zależnością:

gdzie: n(t) - prędkość obrotowa mieszadła [obr/min], n max= 300 obr/min - maksymalna prędkość silnika, Ts= 5 s - czas ustalania.

Wartość t' jest odejmowana od teoretycznego czasu mieszania. Wynikiem jest czas t m (mierzony od momentu uruchomienia), przez który mieszadło musi być włączone, aby mieszanina osiągnęła strukturę jednorodną. 3. Opróżnianie mieszalnika. Po zakończeniu etapu drugiego zostaje otwarty zawór spustowy. Po opróżnieniu zbiornika jest on zamykany. Mamy tu do czynienia ze sterowaniem binarnym typu otwórz/zamknij.

4. Implementacja sprzętowa

Ogólnie proces przenoszenia systemu sterowania do HIL można podzielić na następujące etapy:
1. Przystosowanie modeli do pracy w HIL.
2. Przystosowanie regulatora rozmytego do pracy w HIL.
3. Implementacja regulatorów warstwy bezpośredniej do sterownika PLC, organizacja przesyłu danych, opraco-wanie programu sterującego.
4. Budowa interfejsu operatora.

4.1. Przystosowanie modeli do pracy w HIL

Aby model komputerowy zbudowany w środowisku MATLAB mógł pracować w pętli sprzętowej, konieczna jest budowa modelu z wykorzystaniem biblioteki RTWT oraz zastosowanie odpowiednich bloków wejść/wyjść analogowych. Dodatkowo, aby dane przesyłane były prawidłowo, należy je przeskalować tak, aby zakres wartości sygnałów wystawianych z modelu na wyjścia równy był zakresowi napięcia wystawianego przez kartę akwizycji. W ten sam sposób należy przeskalować wejścia do modelu, gdyż blok wejść analogowych podaje bezpośrednio wartość napięcia na zaciskach karty. Komunikacja między modelami a sterownikiem PLC odbywa się za pomocą dwóch kart akwizycji danych PCI?1720 oraz PCI?1711. Sygnały analogowe wystawiane przez kartę akwizycji przetwarzane są do postaci bitowej przez moduł wejść analogowych sterownika. Zakres sygnałów napięciowych wejściowych oraz wyjściowych skonfigurować można indywidualnie dla każdego bloku wejść/wyjść analogowych w środowisku MATLAB. Dla uzyskania jak najlepszej rozdzielczości wybrano następujące zakresy:


Rys. 5. Schemat połączeń pomiędzy sterownikiem PLC a modelem obiektu

- wejścia do sterownika od 0 V do 10 V,
- wyjścia ze sterownika od -10 V do 10 V.
Należy ponadto pamiętać o konfiguracji modułów sterow-nika PLC zapewniającej zgodność zakresów sygnałów analogowych. Na rys. 5 przedstawiono schemat połączeń pomiędzy modelem procesu a sterownikiem PLC.

4.2. Przystosowanie regulatora rozmytego do pracy w HIL

Proces ten przebiega identycznie jak przystosowanie modelu obiektu do pracy w środowisku RTWT (pkt 4.1). Należy zatem wstawić odpowiednie bloki wejść/wyjść analogo-wych i odpowiednio je skonfigurować, a następnie zbudować model stosując bibliotekę RTWT. Do realizacji połączenia między komputerem a sterownikiem wykorzystano kartę akwizycji PCI?1711. Na rys. 6 przedstawiono strukturę połączeń między sterownikiem PLC a warstwą nadrzędną systemu sterowania.


Rys. 6. Schemat połączeń pomiędzy sterownikiem PLC a warstwą nadrzędną sterowania

4.3. Implementacja regulatorów warstwy bezpośredniej w sterowniku PLC, orga-nizacja przesyłu danych, opracowanie programu sterującego

Jak wspomniano w pkt. 3, w sterowniku PLC zaimplemen-towano regulatory PID warstwy bezpośredniej oraz inne elementy wymiany danych. Po prawidłowym skonfiguro-waniu modułów sterownika należy przystąpić do odpowied-niego przepisywania danych procesowych na dane rejestry w pamięci sterownika. Następnie można zaimplementować regulatory warstwy bezpośredniej, np. w języku LD.

Kolejnym bardzo istotnym krokiem okazało się spisanie wszystkich danych procesowych, które będą zapisane w pamięci sterownika i przypisanie ich do odpowiednich reje-strów w pamięci. Jest to niezwykle ważne ze względu na uporządkowanie pamięci, co minimalizuje szanse na nadpi-sanie danego rejestru. Sytuacja ta jest przyczyną wielu błędów. Pamiętać należy, że dane przesyłane są w dwojaki sposób: przez użycie modułu wejść/wyjść analogowych oraz przy pomocy serwera komunikacyjnego GEHSC. W pierw-szym przypadku dane przesyłane są w postaci bitowej, w drugim zaś w przyjętych jednostkach. Należy zatem zadbać o ich właściwą postać.

Po wykonaniu powyższych czynności można przygotować docelowy kod programu sterują-cego. W pierwszej kolejności obli-czany jest uchyb względny objętości oraz gęstości, potrzebny do działania regulatora rozmytego, oraz wystawienie tych informacji na wyjścia analogowe sterownika. Następnie realizowany jest program załączający oraz definiujący wartości zadane dla regulatora prędkości obrotowej mieszadła. Kolejnym krokiem jest tworzenie kodu sterującego regulatorami pomp. Aby regulatory zostały uruchomione, ustawione muszą być odpowiednie flagi, określane w panelu operatorskim. Po wyłączeniu regulatora, na jego wyjściu podtrzymana zostaje ostatnia wystawiona wartość. Jest to dość kłopotliwe, gdyż w tym przypadku wyłączenie regulatora powinno oznaczać wystawianie zerowego sygnału sterującego. Problem ten rozwiązano przez odpowiednie bloki funkcyjne, które w okresie wyłączenia regulatora przypisują zero w rejestr, na który wystawiany jest sygnał sterujący. Przedostatnią operacją jest stworzenie programu odpowiadającego za otwieranie oraz zamykanie zaworu. Na końcu następuje wystawienie odpowiednich danych na wyjścia analogowe sterownika.

4.4. Budowa interfejsu operatora

Elementem, który ma znaczny wpływ na pracę z obiektem jest interfejs operatora. Panel operatorski może spełniać także rolę terminalu, na którym możliwa jest obserwacja przebiegów zmiennych procesowych i ingerencja w proces sterowania. Środowisko InTouch umożliwia prezentację cyfrowych i analo-gowych urządzeń pomiarowych, wykresów, historii alarmów itp. Główne okno panelu operatorskiego pokazano na rys. 7.


Rys. 7.Główne okno interfejsu operatora

Przyciski w górnej części okna pozwalają na wprowadzenie wartości zadanych oraz służą do przedstawienia wykresów zmiennych procesowych. Do zadań operatora należy nie tylko wprowadzanie wartości zadanych, ale także włączanie kolejnych etapów procesu (przyciski w lewej części okna). Aktualny stan pracy sygnalizowany jest przez animację grafiki przedstawiającej uproszczony model obiektu sterowania, oraz podświetlenie diod znajdujących się przy przyciskach uruchamiających dany etap sterowania. Daje to ogólne pojęcie o stanie procesu. Szczegółowe informacje dostępne są po kliknięciu odpowiedniego przycisku. Dla operatorów procesu, przyzwyczajonych do tradycyjnych wskaźników analogowych, przygotowano okno pomiarów z analogowymi urządzeniami pomiarowymi.

Komunikacja między interfejsem a sterownikiem PLC jest realizowana za pomocą serwera GEHCS, który łączy się ze sterownikiem przez sieć Ethernet (rys. 6). Jest to bardzo wygodne rozwiązanie, gdyż obecnie wiele zakładów przemysłowych ma własną, wewnętrzną sieć Ethernet. Dodatkowo, jeżeli sterownik podłączony jest do sieci Internet, możliwe jest sterowanie procesem z dowolnego miejsca.

5. Badania testowe

Warstwowy system sterowania przetestowano symulacyjnie w strukturze HIL. Po uruchomieniu modelu procesu w środo-wisku MATLAB, sterownika PLC, pliku zawierającego regu-lator rozmyty oraz interfejsu operatora cały system jest gotowy do pracy. Przedstawione wykresy pochodzą z interfejsu operatora. Niestety, horyzont czasowy wykresów nie pozwalał na prezentację na jednym wykresie przebiegu całego procesu napełniania. Zwiększenie horyzontu wiąże się ze zmniejszeniem częstotliwości odświeżania wykreślanych danych

Na rys. 8?13 przedstawiono wyniki symulacji dla wartości zadanych Vzad= Vmin= 0,32 m 3 oraz &rhozad= 800 kg/m3 , przy zakłóceniach prostokątnych o okresie 10 s i amplitudzie ±5 % wartości gęstości danego substratu.


Rys. 8.Objętość mieszaniny w zbiorniku - start napełniania


Rys. 9.Objętość mieszaniny w zbiorniku - koniec napełniania


Rys. 10. Gęstość mieszaniny w zbiorniku - początek napełniania


Rys. 11.Gęstość mieszaniny w zbiorniku - koniec napełniania


Rys. 12.Praca pompy 1


Rys. 13.Praca pompy 2


Rys. 14. Prędkość obrotowa mieszadła


Rys. 15. Objętość mieszaniny podczas opróżniania zbiornika

Jak widać, układy regulacji spełniają swoje zadania. Uchyb regulacji gęstości jest bardzo mały ? w okolicach 2 %, natomiast przy regulacji objętości uchyb jest bliski zeru, gdyż po osiągnięciu wartości zadanej pompy zostają wyłączone.

Na rys. 14 przedstawiono pracę mieszadła. Na rys. 15 widoczny jest przebieg opróżniania zbiornika, czyli efekt otwarcia zaworu.

Układ sterowania rozpędza mieszadło w ściśle określonym czasie, następnie kontynuuje mieszanie przez obliczony czas (rys. 14). Po jego upływie stan mieszadła zmienia się na 0 i mieszadło zostaje wyhamowane w kontrolowany sposób. Otwarcie zaworu powoduje całkowite opróżnienie zbiornika, po czym następuje zamknięcie zaworu (rys. 15).

6. Zakończenie

W artykule przedstawiono szeroko stosowany w przemyśle proces mieszania acetonu i octanu etylu. W oparciu o katalogowe dane zbudowano jego model matematyczny i zaimplementowano go w środowisku MATLAB. Następnie zaprojektowano warstwowy układ sterowania złożony z nadrzędnego regulatora rozmytego oraz bezpośrednich układów sterowania typu PID i binarnego. Wykonano implementację sprzętową tego systemu. Opisano strukturę komunikacji między modelem procesu a sterownikiem PLC oraz między interfejsem operatora zbudowanym w środowisku InTouch. Zaproponowany układ przetestowano symulacyjnie, przedstawiono i omówiono uzyskane wyniki.

Bibliografia

1. Rożeń A.: Mikromieszanie się płynów różniących się lepkością w układach z przepływem laminarnym, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2008.
2. Mezaki R., Mochizuki M., Ogawa K.: Engineering data on mixing, Elsevier Science B.V, Amsterdam 2000.
3. Suet Yan Deng.: Nonlinear and linear control of an industrial mixing process, McGill University, Montreal 2002.
4. Zavacka J., Blahova L., Bakasova M., Dvoran J.: Advanced control of a mixing process, Acta Chimica Slovaca, Vol. 4 (2011), No. 2, 1-?32.
5. Osofisan P.B.: Fuzzy logic control of the syrup mixing process in beverage production, Leonardo Journal of Sciences, Issue 11 (2007), 93?108.
6. Stręk F.: Mieszanie i mieszalniki, WNT, Warszawa 1971.
7. Plamitzer A.M.: Maszyny elektryczne, WNT, Warszawa 1982.
8. Serwiński M.: Zasady inżynierii chemicznej, WNT, Warszawa 1976.
9. Praca zbiorowa (red. Zarzycki R.): Zadania rachunkowe z inżynierii chemicznej, PWN, Warszawa 1980.
10. Tatjewski P.: Sterowanie zaawansowane obiektów prze-mysłowych: struktury i algorytmy, Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2002.
11. Jantzen J.: Foundations of Fuzzy Control, John Wiley Sons, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex 2007.
12. [www.thrige-electric.com/english/motorslak2000.htm]. T-T Electric, dostęp:14. 01. 2012.
13. [www.asconumatics.pl/images/site/upload/_pl/pdf1/ v1215pl.pdf]. dostęp: 14.01.2012.
14. [www.idsc.ethz.ch/Courses/embedded_control_ systems/Exercises/Hardware-in-the-Loop.pdf], dostęp: 02.02.2012
15. [http://ep.com.pl/files/3154.pdf], dostęp: 02.02.2012
16. [www.pdfsupply.com/pdfs/gfk2409a.pdf], dostęp: 02.02.2012
17. [http://platforma.astor.com.pl/files/getfile/id/5492], dostęp: 02.02.2012
18. [www.mathworks.com/products/datasheets/pdf/real-ti-me-windows-target.pdf], dostęp: 02.02.2012
19. [http://support.russelectric.com/scadaworld/PDF?s/ Wonderware/Ver10%20Books/IOSrv_GEHCS.PDF], dostęp: 02.02.2012.



inż. Karol Błaszkiewicz
inż. Patryk Biniecki
dr inż. Robert Piotrowsk
Źródło: PAR
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl