Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας

Transcript

1 1 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 1.1 Εισαγωγή Ο έλεγχος θερμοκρασίας αποτελεί μια από τις πλέον διαδεδομένες εφαρμογές του Αυτομάτου Ελέγχου. Τα παραδείγματα συστημάτων αυτού του τύπου είναι αναρίθμητα τόσο σε οικιακό όσο και βιομηχανικό περιβάλλον και εκτείνονται από τη θέρμανση χώρων μέχρι τη θερμική επεξεργασία προϊόντων. Το εκπαιδευτικό σύστημα PT 326 της εταιρείας Feedback είναι ένα σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας. Περιέχει όλα τα βασικά χαρακτηριστικά που συγκροτούν μια πραγματική πλήρη εγκατάσταση αυτού του τύπου, παρέχοντας τη δυνατότητα στο χρήστη να μελετήσει διεξοδικά βασικά χαρακτηριστικά όπως η μεταβατική και η μόνιμη απόκριση του συστήματος, η καθυστέρηση απόστασης/ταχύτητας, η καθυστέρηση μεταφοράς, ο αναλογικός έλεγχος, ο έλεγχος On/Off. Οι οποιεσδήποτε μεταβολές στην επιθυμητή τιμή και τη μετρούμενη τιμή είναι δυνατόν να απεικονισθούν στην οθόνη του παλμογράφου, εξαιτίας της σχετικά γρήγορης απόκρισης του συστήματος. Στο υπό μελέτη σύστημα, ο αέρας που απορροφάται από την α- τμόσφαιρα, με τη βοήθεια ενός φυγοκεντρικού στροβιλοσυμπιεστή

2 2 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού (ανεμιστήρα), οδηγείται μπροστά από ένα πλέγμα θέρμανσης και στη συνέχεια, μέσω ενός κυλινδρικού σωλήνα, αποβάλλεται πάλι προς την ατμόσφαιρα. Το τμήμα επεξεργασίας του συστήματος έχει ως αποκλειστικό ρόλο τη θέρμανση του αέρα, που διέρχεται μέσα από το σωλήνα, στην επιθυμητή τιμή θερμοκρασίας, ενώ ο σκοπός ύπαρξης της διάταξης ελέγχου είναι να μετρήσει τη θερμοκρασία, να τη συγκρίνει με την τιμή που επιθυμεί ο χειριστής του συστήματος και να παράγει ένα σήμα ελέγχου το οποίο προσδιορίζει το μέγεθος της ηλεκτρικής ισχύος που τροφοδοτεί το στοιχείο διόρθωσης, το οποίο, σε αυτή την περίπτωση, είναι το θερμαντικό στοιχείο που έχει τοποθετηθεί δίπλα στο φυγοκεντρικό στροβιλοσυμπιεστή. Στο Σχήμα 1.1 απεικονίζονται όλα τα στοιχεία που αποτελούν το σύστημα. Το σύστημα περιλαμβάνει ολοκληρωμένα κυκλώματα, τελεστικούς ενισχυτές και αυτόνομες τροφοδοτικές διατάξεις. Διορθωτικό Στοιχείο Διεργασία Κινητήρας Ανιχνευτικό Στοιχείο Ελεγκτής Συγκριτής Στοιχείο Μέτρησης Τιμή Αναφοράς Σχήμα 1.1 Δομικά στοιχεία συστήματος PT326

3 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 3 Έννοια των Ενδείξεων του Συστήματος Επάνω στην εξωτερική επιφάνεια του συστήματος PT 326 εμφανίζεται ένα σύνολο ενδείξεων, οι οποίες παραθέτονται ακολούθως: Set Value Disturbance Comparing Element Controlling Element Continuous Control - Internal Διαταραχή Σημείου Λειτουργίας. Με το χειρισμό του διακόπτη, με την ένδειξη set value disturbance, και ανάλογα με την επιλογή internal ή external επιτυγχάνεται μια εσωτερική ή εξωτερική διαταραχή της προκαθορισμένης τιμής ρύθμισης. Στοιχείο Σύγκρισης. Πρόκειται για έναν αθροιστή που συγκρίνει τη μετρούμενη τιμή (που προέρχεται από την έξοδο του ενισχυτή γέφυρας) με την προκαθορισμένη τιμή ρύθμισης. Σε αυτήν τη βαθμίδα, τα σήματα έχουν επιλεγεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε να έχουν αντίθετο πρόσημο, με αποτέλεσμα η έξοδος από τον αθροιστή να αντιπροσωπεύει την α- πόκλιση (ή σφάλμα). Το αποτέλεσμα της σύγκρισης μπορεί να μετρηθεί στον ακροδέκτη Β. Στοιχείο Ελέγχου. Ένα σήμα ανάλογο της απόκλισης (του σφάλματος) εφαρμόζεται στο στοιχείο ελέγχου, το οποίο στη συνέχεια παράγει ένα σήμα ελέγχου που θα οδηγηθεί στη μονάδα διόρθωσης. Σε αυτό το σύστημα, το στοιχείο ελέγχου μπορεί, με τη βοήθεια ενός διακόπτη, να δώσει, είτε συνεχή έλεγχο, είτε έλεγχο ON/OFF. To σήμα ελέγχου ε- ξόδου μπορεί να μετρηθεί στον ακροδέκτη C. Συνεχής Έλεγχος ή Έλεγχος Συνεχούς Χρόνου. - Εσωτερικός. Παρέχει αναλογική δράση (έλεγχο Ρ), με τη βοήθεια της ρύθμισης της αναλογικής ζώνης (% proportional band) π.χ. το εύρος των τιμών απόκλισης που θα έχουν άμεση επίδραση στην έξοδο του ελεγκτή, ώστε αυτή να μεταβάλλεται σε

4 4 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού - External Two-Step Control Maximum Heat Power Overlap Motor Element Correcting όλη την περιοχή των τιμών. Αυτές οι τιμές εκφράζονται επί τοις εκατό (%). - Εξωτερικός. Η ρύθμιση της αναλογικής ζώνης μπορεί να τεθεί εκτός κυκλώματος, με τη βοήθεια ενός διακόπτη, και να αντικατασταθεί από έναν ε- ξομοιωτή ελέγχου της διαδικασίας. Έλεγχος Δύο Βημάτων. Όταν ο διακόπτης του στοιχείου ελέγχου μεταφερθεί στη θέση two-step control παρέχεται η δυνατότητα ρύθμισης της μέγιστης ισχύος θέρμανσης και της νεκρής ζώνης. Μέγιστη Θερμαντική Ισχύς. Αυτή η ρύθμιση παρέχει τη δυνατότητα ελέγχου της ισχύος που εφαρμόζεται στο θερμαντήρα και η οποία κυμαίνεται μεταξύ 15 και 80 Watts. Με μηδενική Υπέρθεση, το σήμα από την έξοδο του ελεγκτή εξαναγκάζει την ισχύ, που εφαρμόζεται στο θερμαντήρα, να μεταβάλλεται ανάμεσα στις μέγιστες και τις ελάχιστες τιμές του, καθώς αντίστοιχα η ελεγχόμενη συνθήκη πέφτει κάτω από την επιθυμητή τιμή ή την υπερβαίνει. Με οποιαδήποτε μη μηδενική ρύθμιση υπέρθεσης, το σήμα από την έξοδο του ελεγκτή εξαναγκάζει την ισχύ, που ε- φαρμόζεται στο θερμαντήρα, να μεταβάλλεται ανάμεσα στις μέγιστες και τις ελάχιστες τιμές του, καθώς αντίστοιχα η ελεγχόμενη συνθήκη πέφτει κάτω από ένα κατώτερο όριο ή υπερβαίνει ένα ανώτερο όριο. Το Στοιχείο Κινητήρα, σε αυτό το σύστημα, είναι ένα τροφοδοτικό μεταβλητής τάσης το οποίο παρέχει στην έξοδό του μια ηλεκτρική ισχύ η οποία κυμαίνεται μεταξύ 15 και 80 Watts. Στοιχείο Διόρθωσης. Το στοιχείο αυτό επηρεάζει

5 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 5 Element Automatic Controller Correcting Unit Detecting Element άμεσα την ελεγχόμενη συνθήκη. Σε αυτό το σύστημα, το στοιχείο διόρθωσης είναι ένα ηλεκτρικά θερμαινόμενο πλέγμα, στο οποίο εφαρμόζεται η έξοδος από το στοιχείο κινητήρα. Η θερμότητα μεταφέρεται από το πλέγμα προς τον κινούμενο αέρα. Η ταχύτητα μεταφοράς της θερμότητας εξαρτάται από τη θερμοκρασία του θερμαντήρα και από την ταχύτητα της ροής του αέρα. Ο Αυτόματος Ελεγκτής περιλαμβάνει τα στοιχεία μέτρησης, σύγκρισης και ελέγχου. Η Μονάδα Διόρθωσης περιλαμβάνει τα στοιχεία κινητήρα και διόρθωσης. Ανιχνευτικό Στοιχείο. Πρόκειται για ένα θερμίστορ το οποίο συνδέεται με μια γέφυρα αντιστάσεων ώστε να μετρήσει τη θερμοκρασία του αέρα στο σωλήνα. Πίνακας 1.1 Επεξήγηση ενδείξεων συστήματος ΡΤ 326 Λειτουργία Ανοιχτού Βρόχου Με τη συνδεσμολογία που φαίνεται στο Σχήμα 1.2 παρέχεται η δυνατότητα να ελέγχεται χειροκίνητα η θερμοκρασία με την κατάλληλη ρύθμιση της set value. Με αυτήν τη συνδεσμολογία παρακάμπτεται η ρύθμιση της % proportional band, και ο ελεγκτής έχει ενίσχυση που ισούται με τη μονάδα (100% αναλογική ζώνη). Η απόκριση σε βηματική είσοδο ή είσοδο ράμπας επιτρέπει τη μέτρηση της καθυστέρησης απόστασης/ταχύτητας και της καθυστέρηση μεταφοράς καθώς και την παρατήρηση της επίδρασης της μεταβολής του ρυθμού της ροής του αέρα. Με τη βοήθεια μιας ημιτονοειδούς εισόδου καθίσταται δυνατός ο προσδιορισμός των χαρακτηριστικών της απόκρισης συχνότητας.

6 6 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Σχήμα 1.2 Συνδεσμολογία προρύθμισης του συστήματος PT326 Λειτουργία Κλειστού Βρόχου Γεφυρώνοντας τις υποδοχές Χ και Υ κλείνει ο βρόχος ανάδρασης οπότε η όλη διαδικασία είναι κάτω από συνεχή έλεγχο με μεταβλητή ρύθμιση της αναλογικής ζώνης (proportional band), ή κάτω από έ- λεγχο ON/OFF με μεταβλητή ρύθμιση της ισχύος θέρμανσης.

7 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Πειραματικό Μέρος Η πειραματική εργασία, που σχετίζεται με το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας ΡΤ 326 της εταιρίας Feedback και αναπτύσσεται στο κεφάλαιο 1, αποσκοπεί στο να εξετάσει τις εξής θεματικές ενότητες: Μέτρηση της καθυστέρησης απόστασης/ταχύτητας και καθυστέρησης μεταφοράς. Διακρίβωση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας σε ανοικτό βρόχο. Έλεγχος δύο βημάτων. Αναλογικός έλεγχος. Διαταραχή και απόκριση συστήματος. Απόκριση συχνότητας. Σύνθετη δράση ελεγκτή. Πριν από την πρώτη χρήση του συστήματος πρέπει να εφαρμοστούν οι ακόλουθες ενέργειες που συνιστούν τη διαδικασία ελέγχου της εγκατάστασης: Οι ασφάλειες να έχουν τοποθετηθεί στις σωστές θέσεις. Το σύστημα να τροφοδοτηθεί με τάση και ο διακόπτης heater/wattmeter/heater να τοποθετηθεί στην ένδειξη heater. Να ελεγχθεί ότι η λυχνία με την ένδειξη On είναι αναμμένη και ότι ο φυσητήρας (στροβιλοσυμπιεστής αέρος) λειτουργεί. Να συνδεσμολογηθεί το σύστημα σύμφωνα με τις υποδείξεις που απεικονίζονται στο Σχήμα 1.2 και να αφεθούν τα όργανα να ζεσταθούν για περίπου 20. Να διαπιστωθεί ότι βαθμιαία αύξηση της τιμής της set value συνεπάγεται αντίστοιχη αύξηση των ενδείξεων στα όργανα μέτρησης set value και measured value. Να ενεργοποιηθεί ο διακόπτης με την ένδειξη internal της βαθμίδας set value disturbance και να διαπιστωθεί ότι είναι αναμμένη η παρακείμενη ενδεικτική λυχνία.

8 8 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Όσον αφορά τη συνθήκη εξισορρόπησης, αυτή έχει γίνει από τον κατασκευαστή και δεν απαιτείται συχνή επέμβαση από το χρήστη. Όμως πρέπει να λαμβάνεται πάντα υπόψη, πως η ισορροπία του συστήματος μπορεί να επηρεαστεί από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

9 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Καθυστέρηση Απόστασης/Ταχύτητας και Καθυστέρηση Μεταφοράς Εισαγωγή Η απόκριση του ανιχνευτικού στοιχείου, σε μια βηματική μεταβολή της ισχύος θέρμανσης (του θερμίστορ), επηρεάζεται από δύο χρονικές καθυστερήσεις: τη χρονική καθυστέρηση απόστασης/ταχύτητας, η οποία δεν ε- πηρεάζει τη μορφή του σήματος εισόδου, και τη χρονική καθυστέρηση μεταφοράς η οποία επηρεάζει τη μορφή του σήματος Πιο συγκεκριμένα, οποιαδήποτε μεταβολή στην κατάσταση μιας διεργασίας επηρεάζει το ανιχνευτικό στοιχείο, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα το οποίο εξαρτάται από την ταχύτητα του αέρα μέσα στο σωλήνα και από την απόσταση του ανιχνευτικού στοιχείου (στοιχείου μέτρησης) από το σημείο όπου γίνεται η μεταβολή. Αυτό το χρονικό διάστημα L, ονομάζεται καθυστέρηση απόστασης/ταχύτητας και αντιπροσωπεύει μια καθαρή καθυστέρηση καθώς δεν υπάρχει καμία αλλοίωση στο πλάτος ή τη μορφή του σήματος, δίνεται δε από την ακόλουθη σχέση: αποσταση L = ταχυτητα (1.1) Στο Σχήμα 1.3 φαίνεται η επίδραση της καθυστέρησης μεταφοράς L σε διαφορετικές μορφές σημάτων εισόδου. Σε οποιαδήποτε βαθμίδα της θερμικής διεργασίας, όπου η θερμότητα μεταφέρεται μέσα από θερμικές αντιστάσεις προς μια θερμική χωρητικότητα, ή μακριά από αυτήν, η άνοδος της θερμοκρασίας, που είναι επακόλουθο μιας βηματικής αλλαγής στην είσοδο του συστήματος, είναι εκθετική, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.4α. Αυτή η εκθετική μορφή απόκρισης φθάνει στο 63,2% της τελικής της τιμής

10 10 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού V f μετά από χρόνο Τ, και αποτελεί την εκθετική καθυστέρηση αυτής της βαθμίδας. Σχήμα 1.3 Επίδραση της καθυστέρησης μεταφοράς σε τρεις διαφορετικές μορφές του σήματος εισόδου Σε μια πλήρη διεργασία, σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, έχουμε πολλές εκθετικές καθυστερήσεις οι οποίες οδηγούν σε μια καμπύλη απόκρισης η οποία έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχήμα 1.4β, και παράγει μια χρονική καθυστέρηση η οποία αναφέρεται ως καθυστέρηση μεταφοράς της διεργασίας. Η καθυστέρηση μεταφοράς ε- πιρρεάζει τη μορφή της απόκρισης και συσχετίζεται με το χρόνο αποκατάστασης ισορροπίας t s, δηλαδή το χρόνο που μεσολαβεί μέχρι το σήμα να λάβει το τελικό του πλάτος V f. L α. Με απλή εκθετική β. Με περισσότερες από μία καθυστέρηση εκθετικές καθυστερήσεις Σχήμα 1.4 Επίδραση της καθυστέρησης μεταφοράς στην απόκριση του συστήματος t s

11 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 11 Όσον αφορά την εκτέλεση της άσκησης, αυτή εκτελείται σε συνδεσμολογία ανοιχτού βρόχου και ο ελεγκτής τοποθετείται στο 100% της αναλογικής ζώνης. Αφού ρυθμιστεί ο διακόπτης ελέγχου στην ένδειξη continuous control, ώστε να επιτευχθεί συνεχής έλεγχος, το αντίστοιχο μεταλλικό κάλυμμα του συστήματος μπορεί να τοποθετηθεί ώστε να καλύψει το συγκεκριμένο τμήμα του ελεγκτή, αφήνοντας ορατή τη ρύθμιση της αναλογικής ζώνης. Έχοντας ορίσει μια χαμηλή θερμοκρασία διεργασίας, εισάγεται μια βηματική διαταραχή στο σημείο λειτουργίας (set value), με τοποθέτηση του αντίστοιχου διακόπτη set value disturbance είτε στη θέση internal, οπότε η διαταραχή παράγεται από εσωτερικό σήμα του συστήματος, είτε στη θέση external οπότε η διαταραχή παράγεται από μια εξωτερική πηγή. Η αύξηση της τιμής του σημείου λειτουργίας συνεπάγεται άμεσα την αύξηση της ισχύος που εφαρμόζεται στο θερμαντικό στοιχείο, με αποτέλεσμα την άνοδο της θερμοκρασίας της διεργασίας, της ο- ποίας η τελική τιμή, η οποία μετριέται στον ανοιχτό βρόχο, προσδιορίζεται από την εσωτερική ρύθμιση του συστήματος.

12 12 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Φύλλο Έργου Αρ Καθυστέρηση Απόστασης/Ταχύτητας και Καθυστέρηση Μεταφοράς Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να εντοπιστεί η παρουσία των καθυστερήσεων μεταφοράς και απόστασης/ταχύτητας στην απόκριση του συστήματος. Να διερευνηθεί η όποια επίδραση του είδους της διέγερσης στην απόκριση του συστήματος. Να προσδιοριστεί η επίδραση της ποσότητας της ροής εισερχόμενου αέρα στα δύο είδη καθυστέρησης. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της μετατόπισης της μετρητικής κεφαλής με τη μεταβολή των δύο καθυστερήσεων της απόκρισης. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία του συστήματος σύμφωνα με το σχέδιο που απεικονίζεται στο Σχήμα Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. 3. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater. 4. Επιλέξτε τιμή αναλογικής ζώνης 100% μέσω του ποτενσιόμετρου proportional band.

13 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 13 Σχήμα 1.5 Συνδεσμολογία προσδιορισμού των καθυστερήσεων απόστασης/ταχύτητας και μεταφοράς 5. Ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 30 C μέσω του ποτενσιόμετρου set value. 6. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 3 (ή άνοιγμα φυσητήρα 30 ). 7. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Συνδέστε στην είσοδο D, την έξοδο τετραγωνικού σήματος της παλμογεννήτριας, συχνότητας 0,1 Hz και πλάτους 2 V. Με αυτήν τη ρύθμιση, εισάγεται εξωτερική βηματική διαταραχή στην τιμή αναφοράς του συστήματος. 9. Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη D του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη Υ. 10. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τις συνοδευτικές συσκευές. Στην οθόνη του παλμογράφου θα πρέπει να παρουσιάζεται η κυματομορφή εξόδου με εμφανή την καθυστέρηση λόγω απόστασης και ταχύτητας L έναντι της κυματομορφής εισόδου. 11. Με βάση τις κυματομορφές εισόδου και εξόδου, καταγράψτε τις τιμές της καθυστέρησης λόγω απόστασης και ταχύτητας L, κα-

14 14 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού θώς και του πλάτους V f, που προσλαμβάνει το σήμα εξόδου και του αντίστοιχου χρόνου αποκατάστασης ισορροπίας t s. 12. Τοποθετείστε διαδοχικά το ρυθμιστή ροής αέρα στις θέσεις 6 και 9 (ή άνοιγμα φυσητήρα 60 και 90 ) και με βάση τις αντίστοιχες κυματομορφές εισόδου και εξόδου, καταγράψτε τις τιμές των L, V f και t s. Συσχετίστε τη ρύθμιση της ροής αέρα με τη μεταβολή των καθυστερήσεων απόστασης/ταχύτητας και μεταφοράς. 13. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή διαδοχικά στις θέσεις 5,5 και 1,1 και με βάση τις αντίστοιχες κυματομορφές εισόδου και εξόδου, καταγράψτε τις τιμές των L, V f και t s. Συσχετίστε τη μετατόπιση της μετρητικής κεφαλής με τη μεταβολή των καθυστερήσεων απόστασης/ταχύτητας και μεταφοράς. 14. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. 15. Απενεργοποιείστε την παλμογεννήτρια. 16. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 3 (ή άνοιγμα φυσητήρα 30 ). 17. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Ενεργοποιείστε την παλμογεννήτρια, αφού επιλέξετε ημιτονοειδές σήμα συχνότητας 0,1 Hz και πλάτους 2 V. 19. Επαναλάβετε τη διαδικασία των βημάτων 11, 12 και 13 με τη μόνη διαφοροποίηση ότι δεν υφίσταται πλέον χρόνος αποκατάστασης ισορροπίας t s. 20. Συγκρίνετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων που προέκυψαν για τα δύο είδη σήματος διέγερσης. 21. Αποφανθείτε για την επίδραση της μεταβολής του είδους της διέγερσης στην απόκριση του συστήματος. 22. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας.

15 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Διακρίβωση Συστήματος Ελέγχου Θερμοκρασίας σε Ανοιχτό Βρόχο Εισαγωγή Η άσκηση αυτή αναπτύσσει τη διαδικασία διακρίβωσης του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας και μέτρησης των σημάτων μόνιμης κατάστασης σε διάφορα τμήματα του συστήματος. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από αυτές τις μετρήσεις καταδεικνύουν τις σχέσεις που αλληλοσυνδέουν χαρακτηριστικά μεγέθη του συστήματος, όπως την τάση του σημείου λειτουργίας (τιμή αναφοράς) και τη θερμοκρασία αέρα ως προς τη στάθμη ισχύος του θερμαντικού στοιχείου, όπως; απεικονίζεται στο Σχήμα 1.6 και στο Σχήμα 1.7. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνται με ανοιχτό σύστημα ελέγχου και d.c. σήματα εισόδου. Σχήμα 1.6 Καμπύλη ισχύος θερμαντικού στοιχείου ως προς την τάση του σημείου λειτουργίας

16 16 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Σχήμα 1.7 Καμπύλη της ανόδου θερμοκρασίας αέρα ως προς την ισχύ του θερμαντικού στοιχείου

17 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 17 Φύλλο Έργου Αρ Διακρίβωση Συστήματος Ελέγχου Θερμοκρασίας σε Ανοιχτό Βρόχο Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να πραγματοποιηθεί διακρίβωση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας σε συνδεσμολογία ανοιχτού βρόχου και με σήματα εισόδου συνεχούς τάσης. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της τάσης αναφοράς με την ισχύ του θερμαντικού στοιχείου, τη θερμοκρασία αέρα και την τάση εξόδου. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της θερμοκρασίας αέρα με την τάση εξόδου και τη ισχύ του θερμαντικού στοιχείου. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία του συστήματος σύμφωνα με το σχέδιο που απεικονίζεται στο Σχήμα Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. 3. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater/wattmeter. 4. Μέσω του ποτενσιόμετρου proportional band επιλέξτε τιμή αναλογικής ζώνης 100%.

18 18 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Σχήμα 1.8 Συνδεσμολογία για τη διακρίβωση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας 5. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 40 C. 6. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). 7. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Στον υποδοχέα βαττόμετρου, με τον οποίο είναι εφοδιασμένο το σύστημα, συνδέστε βαττόμετρο όπως φαίνεται στο Σχήμα Ρυθμίστε το βαττόμετρο για εύρος ισχύος Watt, μέγιστη ένταση ρεύματος 1Α AC και μέγιστη τάση 120V AC. 10. Συνδέστε ένα βολτόμετρο στον ακροδέκτη Υ και τη γη το οποίο να μετρά την τάση αναφοράς και ένα δεύτερο βολτόμετρο στον ακροδέκτη Β και τη γη, το οποίο να μετρά την τάση της τιμής εξόδου. 11. Τοποθετήστε θερμόμετρο ή θερμοζεύγος με εύρος θερμοκρασίας 0 80 C σε θέση γειτονική της μετρητικής κεφαλής του ανιχνευτή και εντός του ρεύματος του θερμαινόμενου αέρα. 12. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα.

19 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Παρατηρώντας το βολτόμετρο που έχει συνδεθεί στον ακροδέκτη Β, ρυθμίστε ανάλογα το ποτενσιόμετρο της set value ώστε η τάση αναφοράς να λάβει διαδοχικά, και με βήμα 1V, τις τιμές μεταξύ 0 και 10V. Για κάθε τιμή της, καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές της ισχύος του θερμαντικού στοιχείου, της θερμοκρασίας του αέρα και της τάσης εξόδου. 14. Με βάση τις παραπάνω μετρήσεις σχεδιάστε τις γραφικές παραστάσεις: α) ισχύς θερμαντικού στοιχείου/τάση αναφοράς, β) θερμοκρασία αέρα/τάση αναφοράς, γ) τάση εξόδου/τάση αναφοράς, δ) θερμοκρασία αέρα/τάση εξόδου, ε) θερμοκρασία αέρα/ισχύς θερμαντικού στοιχείου. 15. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. Πηνίο ρεύματος ΒΑΤΤΟΜΕΤΡΟ Πηνίο τάσης Εικόνα της συνδεσμολογίας του βαττομέτρου χωρίς σκέπασμα Σχήμα 1.9 Συνδεσμολογία βαττόμετρου

20 20 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Έλεγχος Δύο Βημάτων Εισαγωγή Σε έναν ελεγκτή δύο βημάτων, το σήμα εξόδου μεταβάλλεται από μια προκαθορισμένη τιμή σε μια άλλη όταν αλλάζει πρόσημο η α- πόκλιση. Αυτό έχει ως συνέπεια ένα σύστημα στο οποίο η ελεγχόμενη συνθήκη εναλλάσσεται πάνω και κάτω από μια μέση τιμή, με συχνότητα η οποία προσδιορίζεται από τη στάθμη ενέργειας στην οποία λειτουργεί το διορθωτικό στοιχείο, και από τις καθυστερήσεις μεταφοράς, απόστασης/ταχύτητας, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα Σχήμα 1.10 Καμπύλες απεικόνισης του τρόπου λειτουργίας ενός ελεγκτή δύο βημάτων Όσον αφορά την εκτέλεση της άσκησης, ο ελεγκτής είναι κατασκευασμένος κατά τέτοιο τρόπο ώστε αρχικά να δίνει έλεγχο δύο βημάτων χωρίς υπέρθεση. Παρόλο που η μεταβολή της στάθμης εξόδου του διορθωτικού στοιχείου συμβαίνει τη στιγμή που αλλάζει πρόσημο η απόκλιση, η θερμοκρασία της διεργασίας δεν μεταβάλλεται αμέσως εξαιτίας της καθυστέρησης μεταφοράς. Αυτό οδηγεί σε μια αύξηση του πλάτους της μεταβολής της ελεγχόμενης κατά-

21 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 21 στασης αλλά και σε μια χρήσιμη ελάττωση της συχνότητας στην ο- ποία οφείλει να λειτουργεί η βαθμίδα διόρθωσης. Με την εισαγωγή της υπέρθεσης, η βαθμίδα διόρθωσης εξαναγκάζεται να λειτουργεί μόνο όταν η μετρούμενη τιμή ξεπεράσει τα όρια της προ-ρύθμισης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την περαιτέρω μείωση της συχνότητας στην οποία το σύστημα ταλαντώνεται.

22 22 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Φύλλο Έργου Αρ Έλεγχος Δύο Βημάτων Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να παρουσιαστεί η λειτουργία του ελεγκτή δύο βημάτων. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της συχνότητας και του πλάτους ταλάντωσης της απόκρισης με το μέγεθος της τιμής αναφοράς. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της συχνότητας και του πλάτους ταλάντωσης της απόκρισης με το μέγεθος της ισχύος του θερμαντικού στοιχείου. Να προσδιοριστεί η επίδραση της εισαγωγής υπέρθεσης στη συχνότητα και το πλάτος ταλάντωσης της απόκρισης. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία του συστήματος σύμφωνα με το σχέδιο που απεικονίζεται στο Σχήμα Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη two step control επιλέξτε έλεγχο δύο βημάτων στο σύστημα. 3. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater. 4. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 30 C. 5. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση 11.

23 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 23 Σχήμα 1.11 Συνδεσμολογία για έλεγχο δύο βημάτων του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας 6. Επιλέξτε μηδενική υπέρθεση ρυθμίζοντας το ποτενσιόμετρο overlap στη θέση Επιλέξτε μέγιστη ισχύ θερμαντικού στοιχείου, ρυθμίζοντας το ποτενσιόμετρο max heater power στη θέση Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη Y του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη D. 9. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τον παλμογράφο. 10. Στην οθόνη του παλμογράφου θα διαπιστώσετε μια ταλάντωση με συχνότητα περίπου 1Hz. 11. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value μεταβάλετε διαδοχικά την τιμή αναφοράς στους 40 C, 50 C και 60 C. Παρατηρείστε τη μεταβολή της συχνότητας ταλάντωσης και καταγράψτε την αντίστοιχη ανά περίπτωση συχνότητα. 12. Επαναφέρετε την τιμή αναφοράς στους 30 C. Μέσω του ποτενσιόμετρου max heater power μεταβάλετε τη μέγιστη ισχύ του θερμαντικού στοιχείου ώστε να λάβει διαδοχικά τις τιμές 2, 3 και 4. Παρατηρείστε τη μεταβολή της συχνότητας ταλάντωσης και καταγράψτε την αντίστοιχη ανά περίπτωση συχνότητα.

24 24 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού 13. Μεταβάλετε την υπέρθεση ρυθμίζοντας το ποτενσιόμετρο overlap στη θέση Παρατηρείστε ότι η εισαγωγή υπέρθεσης επιφέρει μείωση της συχνότητας ταλάντωσης και αύξηση του πλάτους της μετρούμενης τιμής. Καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές της συχνότητας και του πλάτους. 15. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value μεταβάλετε διαδοχικά την τιμή αναφοράς στους 40 C, 50 C και 60 C. Παρατηρείστε και καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές, ανά περίπτωση, της συχνότητας και του πλάτους. 16. Επαναφέρετε την τιμή αναφοράς στους 30 C. Μέσω του ποτενσιόμετρου max heater power μεταβάλετε τη μέγιστη ισχύ θερμαντικού στοιχείου ώστε να λάβει διαδοχικά τις τιμές 2, 3 και 4. Παρατηρείστε και καταγράψτε τις αντίστοιχες, ανά περίπτωση, τιμές της συχνότητας και του πλάτους. 17. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας.

25 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Αναλογικός Έλεγχος Εισαγωγή Απόκλιση ή σφάλμα θ, όπως δηλώνει και η Σχέση 1.2, είναι η διαφορά μεταξύ της μετρούμενης (ή πραγματικής) τιμής της ελεγχόμενης κατάστασης θ o και του σημείου λειτουργίας (ή τιμής αναφοράς) θ i. θ = θ o θ i (1.2) Σε έναν ελεγκτή με αναλογική συμπεριφορά το σήμα εξόδου είναι απευθείας ανάλογο προς την απόκλιση, ώστε το στοιχείο διόρθωσης να παρέχει περισσότερη ή λιγότερη ισχύ στη διαδικασία ελέγχου της θερμοκρασίας. Η σχέση μεταξύ της απόκλισης και της εξόδου του ελεγκτή καλείται αναλογική ζώνη (proportional band). Αυτή μπορεί να ορισθεί ως η περιοχή των τιμών απόκλισης που θα συντελέσουν ώστε ο ελεγκτής να λειτουργεί πέρα από την περιοχή της πλήρους εξόδου του. Εκφράζεται δε ως ποσοστό της περιοχής των τιμών τις οποίες η βαθμίδα μέτρησης έχει σχεδιασθεί για να διαβάζει. Το σφάλμα, που απεικονίζεται στο Σχήμα 1.12, δεν απουσιάζει ποτέ από τον αναλογικό έλεγχο και εξαρτάται από το εύρος της α- ναλογικής ζώνης. Πιο συγκεκριμένα, όσο ελαττώνεται η αναλογική ζώνη, τόσο ελαττώνεται και η απόκλιση μέχρι να φτάσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο όπου το σύστημα αρχίζει να γίνεται ασταθές. Όσον αφορά την εκτέλεση της άσκησης, αφού ρυθμιστεί ο διακόπτης ελέγχου στην ένδειξη continuous control ώστε να επιτευχθεί συνεχής έλεγχος, το αντίστοιχο μεταλλικό κάλυμμα του συστήματος μπορεί να τοποθετηθεί ώστε να καλύψει το συγκεκριμένο τμήμα του ελεγκτή, αφήνοντας ορατή τη ρύθμιση της αναλογικής ζώνης.

26 26 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού OFFSET θ 0i θ i Measured Value Set Value Σχήμα 1.12 Απεικόνιση του σφάλματος Η επίδραση των αλλαγών της αναλογικής ζώνης και του σημείου ρύθμισης στην απόκλιση και στην μετρούμενη ή πραγματική τιμή μπορεί να προσδιοριστεί με τη σύγκριση των ενδείξεων των δύο οργάνων ή με τη βοήθεια ενός παλμογράφου διπλής δέσμης.

27 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 27 Φύλλο Έργου Αρ Αναλογικός Έλεγχος Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να διερευνηθεί η συμπεριφορά του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας υπό αναλογικό έλεγχο. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της αναλογικής ζώνης με την απόκλιση στην απόκριση του συστήματος. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της αναλογικής ζώνης με την ι- σχύ του θερμαντικού στοιχείου. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία του συστήματος σύμφωνα με το σχέδιο που απεικονίζεται στο Σχήμα Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. 3. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater/wattmeter. 4. Μέσω του ποτενσιόμετρου proportional band επιλέξτε τιμή αναλογικής ζώνης 100%. 5. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 40 C.

28 28 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Σχήμα 1.13 Συνδεσμολογία για αναλογικό έλεγχο στο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας 6. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). 7. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Στον υποδοχέα βαττόμετρου, με τον οποίο είναι εφοδιασμένο το σύστημα, συνδέστε βαττόμετρο όπως φαίνεται στο Σχήμα Ρυθμίστε το βαττόμετρο για εύρος ισχύος Watt, μέγιστη ένταση ρεύματος 1 Α AC και μέγιστη τάση 120 V AC. 10. Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη B του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη Υ. 11. Συνδέστε την έξοδο σκανδαλισμού trigger CRO με τον αντίστοιχο ακροδέκτη εξωτερικού σκανδαλισμού του παλμογράφου. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τις συνοδευτικές συσκευές. 12. Ενεργοποιήστε την εσωτερική διαταραχή της τιμής αναφοράς μέσω του αντίστοιχου διακόπτη internal set value disturbance. 13. Καταγράψτε τις τιμές της τιμής αναφοράς, της μετρούμενης τιμής, της απόκλισης και της ισχύος του θερμαντικού στοιχείου. 14. Μέσω του ποτενσιόμετρου proportional band μεταβάλετε την αναλογική ζώνη ώστε αυτή να λάβει διαδοχικά τις τιμές 40%, 60%,

29 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 29 80%,120%, 140%, 160%, 180% και 200%. Για κάθε τιμή της αναλογικής ζώνης, καταγράψτε τις τιμές της τιμής αναφοράς, της μετρούμενης τιμής, της απόκλισης και της ισχύος του θερμαντικού στοιχείου. 15. Με βάση τις παραπάνω μετρήσεις σχεδιάστε τις γραφικές παραστάσεις: α) ισχύς θερμαντικού στοιχείου/αναλογική ζώνη, β) απόκλιση/αναλογική ζώνη. 16. Οι παραστάσεις αυτές θα πρέπει να έχουν μορφή ανάλογη με αυτές που ενδεικτικά απεικονίζονται στο Σχήμα Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. Σχήμα 1.14 Καμπύλες της ισχύος θερμαντικού στοιχείου και του κέρδους συντηρούμενου σφάλματος ως προς την αναλογική ζώνη

30 30 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Διαταραχή και Απόκριση Συστήματος Εισαγωγή Διαταραχή της διαδικασίας ελέγχου της θερμοκρασίας, η οποία προκαλεί μεταβολή της ελεγχόμενης κατάστασης, μπορεί να συμβεί είτε στην τροφοδοσία είτε στην απαίτηση του συστήματος. Σε αυτήν τη διαδικασία, διαταραχές στην τροφοδοσία μπορούν να προκληθούν από μεταβολές είτε της ροής του αέρα εισόδου, είτε της θερμοκρασίας περιβάλλοντος είτε της τάσης τροφοδοσίας στο θερμαντικό στοιχείο. Η απόκριση του συστήματος σε κάποια διαταραχή εξαρτάται από το εύρος αναλογικής ζώνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα Σχήμα 1.15 Απόκριση σε διαταραχή βηματικής εισόδου

31 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 31 Φύλλο Έργου Αρ Διαταραχή και Απόκριση Συστήματος Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας. Σκοπός Να διερευνηθεί η επίδραση μιας βηματικής διαταραχής στην α- πόκριση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της επίδρασης της βηματικής διαταραχής με τη μεταβολή της ποσότητας ροής αέρα σε ανοικτό και κλειστό βρόχο. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της επίδρασης της βηματικής διαταραχής με τη μεταβολή του μεγέθους της αναλογικής ζώνης σε ανοικτό και κλειστό βρόχο. Να προσδιοριστεί η συσχέτιση της επίδρασης της βηματικής διαταραχής με τη μεταβολή της ποσότητας ροής αέρα σε ανοικτό και κλειστό βρόχο. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία του συστήματος σύμφωνα με το σχέδιο που απεικονίζεται στο Σχήμα Μέσω του διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/wattmeter/heater στη θέση heater.

32 32 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού 3. Μέσω του ποτενσιόμετρου proportional band επιλέξτε τιμή αναλογικής ζώνης 100%. 4. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 50 C. 5. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη Y του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη C. 7. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τον παλμογράφο. Σχήμα 1.16 Συνδεσμολογία του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας για απόκριση σε βηματική διαταραχή 8. μεταβάλετε απότομα το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) από τη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ) στη θέση 6 (ή άνοιγμα φυσητήρα 60 ). Παρατηρείστε μέσω του παλμογράφου ότι η μετρούμενη τιμή μειώνεται, ενώ το σήμα ελέγχου αυξάνεται προκειμένου να αντισταθμίσει την επίδραση της διαταραχής. Καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές.

33 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Επαναλάβετε το βήμα 10 για τιμή αναλογικής ζώνης 200% αρχικά και 30% στη συνέχεια ρυθμίζοντας ανάλογα το ποτενσιόμετρο proportional band. Καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές της μετρούμενης τιμής και του σήματος ελέγχου. 10. Επιλέξτε τιμή αναλογικής ζώνης 50% και μεταβάλετε με διαδοχικά βήματα το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) από τη θέση 2 (άνοιγμα φυσητήρα 20 ) στη θέση 8 (άνοιγμα φυσητήρα 80 ), καταγράφοντας σε κάθε βήμα τις αντίστοιχες τιμές της μετρούμενης τιμής και του σήματος ελέγχου. 11. Αφαιρέστε το σύνδεσμο που υπάρχει ανάμεσα στους ακροδέκτες Χ και Υ μετατρέποντας έτσι τη διεργασία από κλειστού σε ανοικτού βρόχου. Επαναλάβετε τη διαδικασία των βημάτων 10, 11 και Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα στα οποία καταλήξατε, στα βήματα 12 και 13, απεικονίστε γραφικά τη μεταβολή του σήματος ελέγχου και της μετρούμενης τιμής σε κλειστό και ανοικτό βρόχο, συναρτήσει της μεταβολής της ροής αέρα για τιμή αναλογικής ζώνης 50%. Οι παραστάσεις που προκύπτουν θα πρέπει να έχουν μορφή ανάλογη με αυτές που ενδεικτικά απεικονίζονται στο Σχήμα Στον ακροδέκτη D του συστήματος συνδέστε την έξοδο παλμογεννήτριας που παράγει τετραγωνικό παλμό πλάτους 2V και συχνότητας 1,5Hz. 14. Ενεργοποιείστε την παλμογεννήτρια. (Στην περίπτωση που δεν υπάρχει παλμογεννήτρια, ενεργοποιείστε την εσωτερική διαταραχή μέσω του αντίστοιχου διακόπτη internal set value disturbance). Παρατηρείστε ότι κάθε βηματική διαταραχή της τιμής αναφοράς προκαλεί άμεση μεταβολή του σήματος ελέγχου και μια καθυστερημένη μεταβολή της μετρούμενης τιμής εξαιτίας των καθυστερήσεων λόγω μεταφοράς και λόγω απόστασης και ταχύτητας. 15. Παρατηρείστε στην οθόνη του παλμογράφου την κυματομορφή εξόδου και την αντίστοιχη κυματομορφή του σήματος ελέγχου.

34 34 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Θα πρέπει και οι δύο να παρουσιάζουν μια φθίνουσα ταλάντωση. Μεταβάλετε την τιμή της αναλογικής ζώνης από 50% σε 100%. Οι δύο κυματομορφές θα εμφανίζονται πλέον με σημαντική εξομάλυνση, ελάχιστη υπερύψωση και ταλάντωση. 16. Επανασυνδέστε τους ακροδέκτες Χ και Υ μετατρέποντας έτσι τη διεργασία από ανοικτού σε κλειστού βρόχου και πάλι. 17. Επαναλάβετε τη διαδικασία του βήματος Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. Σχήμα 1.17 Καμπύλες μετρούμενης τιμής τάσης ελέγχου και εξόδου του ελεγκτή σε συνάρτηση με τη ρύθμιση ροής αέρα

35 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Απόκριση Συχνότητας Εισαγωγή Απόκριση συχνότητας ενός γραμμικού χρονικά αμετάβλητου συστήματος είναι η χρονική απόκρισή του σε ημιτονοειδή διέγερση σταθερού πλάτους και μεταβαλλόμενης συχνότητας. Στο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας μια διεργασία μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι μια σειρά από βαθμίδες μεταφοράς, η κάθε μια από τις οποίες έχει τη δική της χρονική καθυστέρηση και μια επί πλέον καθυστέρηση, αυτήν της απόστασης / ταχύτητας. Αν ο βρόχος ελέγχου ανοιχτεί όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.18 και στην είσοδό του εφαρμοστεί ένα ημιτονονοειδές σήμα τότε μετρήσεις του πλάτους και της φάσης του συστήματος στην έξοδό του παρέχουν στοιχεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποτίμηση της ευστάθειας κλειστού βρόχου του συστήματος. Διεργασία Διορθωτικό Στοιχείο Ανιχνευτικό Στοιχείο Ελεγκτής Είσοδος Χ Υ Έξοδος Σχήμα 1.18 Δομικό διάγραμμα συστήματος ελέγχου ανοιχτού βρόχου για τη μελέτη της απόκρισης συχνότητας

36 36 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Τα αποτελέσματα των μετρήσεων μπορούν να μεταφερθούν σε ένα διάγραμμα Bode ή ένα διάγραμμα Nyquist. Πιο συγκεκριμένα, στα διαγράμματα Bode και Nyquist το κέρδος προσδιορίζεται ως εξής: πλατος _ εξοδου _ Vo κερδος ( db) = πλατος _ εισοδου _ V ( V ) ( V ) i (1.3) όπου τα σήματα εισόδου και εξόδου έχουν τις ίδιες μονάδες ώστε ο λόγος τους να είναι καθαρός αριθμός. Σε μερικούς ελεγκτές, τα σήματα εισόδου και εξόδου είναι πολύ πιθανόν να εκφράζονται σε διαφορετικές μονάδες. Για παράδειγμα, μια μεταβολή της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλεί μια μεταβολή της πίεσης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, προκειμένου να αποφευχθούν παράγοντες μετατροπής, η σχέση εξόδου/εισόδου μπορεί να εκφραστεί ως αναλογική ζώνη. Πρόκειται για την περιοχή των σημάτων εισόδου τα οποία υποχρεώνουν τον ελεγκτή να λειτουργεί πέρα από την πλήρη περιοχή λειτουργίας του. Αυτό εκφράζεται ως ποσοστό της περιοχής της ελεγχόμενης συνθήκης την οποία η βαθμίδα μέτρησης έχει σχεδιαστεί να μετρά. Όσον αφορά το ποσοστό της αναλογικής ζώνης ισχύει η σχέση: Σήμα εξόδου 100 = (1.4) Σήμα εισόδου % αναλογική ζώνη Φάση (ή διαφορά φάσης) είναι η γωνία (σε μοίρες) κατά την οποία το σήμα εξόδου αποκλίνει από το σήμα εισόδου, και ορίζεται από τη σχέση: χρονική απόκλιση L του σήματος εισόδου ως προς το σήμα εξόδου(sec) x 360º φ(º) = (1.5) περίοδος του σήματος T (sec)

37 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 37 Η φάση προσλαμβάνει θετικό πρόσημο αν το σήμα εξόδου προηγείται χρονικά αυτού της εισόδου (προήγηση φάσης) και αρνητικό στην αντίθετη περίπτωση (καθυστέρηση φάσης). Σε ένα διάγραμμα Bode, ο κύριος σκοπός είναι να προσδιοριστούν η συχνότητα διασταύρωσης φάσης ω c στην οποία η φάση είναι και το κέρδος σε αυτήν τη συχνότητα, καθώς και η συχνότητα διασταύρωσης μέτρου ω 1 στην οποία το κέρδος είναι 0 db και η φάση στη συχνότητα αυτή. Η σχετική ευστάθεια ενός συστήματος μπορεί να αποτιμηθεί με βάση τα περιθώρια κέρδους φάσης ϕ p που υπολογίζονται όπως φαίνεται στο Σχήμα Το περιθώριο κέρδους K είναι η ποσότητα (σε db ) κατά την g οποία το κέρδος που αντιστοιχεί στη συχνότητα διασταύρωσης φάσης ω c βρίσκεται κάτω από τα 0 db. Ένα σύστημα είναι ευσταθές αν K g > 0. K g και Αντίστοιχα, το περιθώριο φάσης ϕ p είναι η ποσότητα (σε μοίρες) κατά την οποία η φάση που αντιστοιχεί στην συχνότητα διασταύρωσης μέτρου ω 1 βρίσκεται πάνω από τις Ένα σύστημα είναι ευσταθές αν ϕ p > 0. Αντίστοιχα, σε ένα διάγραμμα Nyquist το μέτρο και η φάση σχεδιάζονται από κοινού συναρτήσει της συχνότητας, όπως ενδεικτικά φαίνεται στο Σχήμα 1.20.

38 38 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού K g ϕ p Σχήμα 1.19 Διάγραμμα Bode

39 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 39 Σχήμα 1.20 Διάγραμμα Nyquist

40 40 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Φύλλο Έργου Αρ Απόκριση Συχνότητας Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να διερευνηθεί η απόκριση συχνότητας σε ανοιχτό σύστημα ε- λέγχου θερμοκρασίας. Να διερευνηθεί η σχετική ευστάθεια του συστήματος μέσα από την ανάπτυξη διαγράμματος Bode. Να διερευνηθεί η σχετική ευστάθεια του συστήματος μέσα από την ανάπτυξη διαγράμματος Nyquist. Να προσδιοριστεί σε κλειστό βρόχο η κατάλληλη τιμή αναλογικής ζώνης ώστε να προκαλείται ταλάντωση στην κυματομορφή εξόδου υπό βηματική διέγερση και το σύστημα να είναι ευσταθές. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία που απεικονίζεται στο Σχήμα Παρατηρήστε ότι το σύστημα είναι ανοικτού βρόχου καθώς οι ακροδέκτες Χ και Υ δεν συνδέονται μεταξύ τους. 2. Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα.

41 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 41 Σχήμα 1.21 Συνδεσμολογία ανοικτού βρόχου του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας για απόκριση συχνότητας 3. Παρατηρήστε ότι μέσω του αντίστοιχου διακόπτη και βραχυκυκλώνοντας τους ακροδέκτες Α και Β έχετε επιλέξει εξωτερικό έλεγχο στο σύστημα. Με αυτό τον τρόπο παρακάμπτεται ο έ- λεγχος αναλογικής ζώνης. 4. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater. 5. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 35 C. 6. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). 7. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Συνδέστε στον ακροδέκτη Χ, την έξοδο της παλμογεννήτριας. 9. Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη Χ του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη Υ. 10. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τον παλμογράφο. 11. Θέσατε σε λειτουργία την παλμογεννήτρια αφού τη ρυθμίσετε ώστε να δίνει ημιτονοειδή παλμό συχνότητας 0,01Hz και πλάτους 2V. Στην οθόνη του παλμογράφου θα πρέπει να παρου-

42 42 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού σιάζεται η κυματομορφή εξόδου ως ένα ημιτονοειδές σήμα με εμφανή τη χρονική καθυστέρηση έναντι της κυματομορφής εισόδου. 12. Με βάση τις κυματομορφές εισόδου και εξόδου, καταγράψτε το πλάτος του παλμού εισόδου, το αντίστοιχο πλάτος του παλμού εξόδου και τη χρονική καθυστέρηση της εξόδου έναντι της εισόδου. 13. Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω καταγεγραμμένες τιμές υπολογίστε τις αντίστοιχες τιμές του κέρδους και της διαφοράς φάσης για τη συγκεκριμένη συχνότητα, με βάση τις σχέσεις (1.3) και (1.5). 14. μεταβάλετε τη συχνότητα του παλμού διέγερσης της παλμογεννήτριας ώστε να λάβει διαδοχικά τις τιμές 0,02Hz, 0,05Hz, 0,1Hz, 0,2Hz, 0,5Hz, 1,0Hz, 1,5Hz, 2,0Hz, 2,5Hz και 3,0Hz. Για κάθε τιμή της συχνότητας εκτελέστε τη διαδικασία των βημάτων 12 και Κάνοντας χρήση των τιμών του κέρδους και της διαφοράς φάσης που υπολογίσατε κατασκευάστε τα αντίστοιχα διαγράμματα Bode και Nyquist για το σύστημα, όπως αυτά που ενδεικτικά απεικονίζονται αντίστοιχα στο Σχήμα 1.19 και στο Σχήμα Κάνοντας χρήση των διαγραμμάτων Bode και Nyquist βρείτε τα περιθώρια κέρδους και φάσης. 17. Αποφανθείτε για την ευστάθεια του συστήματος. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. 18. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία που απεικονίζεται στο Σχήμα Παρατηρήστε ότι το σύστημα είναι κλειστού βρόχου καθώς οι ακροδέκτες Χ και Υ συνδέονται μεταξύ τους. 19. Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. 20. Παρατηρήστε ότι οι ακροδέκτες Α και Β δεν συνδέονται πλέον μεταξύ τους και μέσω του αντίστοιχου διακόπτη, έχει ενεργοποιηθεί ο έλεγχος αναλογικής ζώνης.

43 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater. 22. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 35 C. Σχήμα 1.22 Συνδεσμολογία κλειστού βρόχου του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας για απόκριση συχνότητας 23. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). 24. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο αναλογικής ζώνης (proportional band) στην τιμή που προκύπτει από τη σχέση % αναλογική ζώνη = (κέρδος συστήματος ανοικτού βρόχου για καθυστέρηση φάσης 180 ) x 100%. 26. Συνδέστε την παλμογεννήτρια στον ακροδέκτη D. 27. Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη D του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη Υ. 28. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα και τον παλμογράφο. 29. Θέσατε σε λειτουργία την παλμογεννήτρια αφού τη ρυθμίσετε ώστε να δίνει τετραγωνικό παλμό συχνότητας 0,2Hz και πλάτους 2V.

44 44 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού 30. Ελέγξατε στην οθόνη του παλμογράφου ότι η δεδομένη τιμή του ποτενσιόμετρου αναλογικής ζώνης είναι επαρκής για να προκαλεί ταλάντωση στην κυματομορφή εξόδου υπό τη διέγερση της κυματομορφής εισόδου. 31. Διπλασιάστε την τιμή του ποτενσιόμετρου αναλογικής ζώνης και ελέγξτε αν για τη νέα αυτή τιμή, το σύστημα είναι ευσταθές. 32. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας.

45 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας Σύνθετη Δράση Ελεγκτή Εισαγωγή Σε μια διαδικασία, η οποία ελέγχεται μόνο από αναλογική δράση, η έξοδος του ελεγκτή είναι ανάλογη προς την απόκλιση, και πρέπει ένα συντηρούμενο σφάλμα να είναι πάντοτε παρόν στην όλη διαδικασία, προκειμένου να συντηρεί τη διαδικασία στην επιθυμητή τιμή. Εάν ο ελεγκτής έχει μια έξοδο ανάλογη προς το χρόνο ολοκλήρωσης της απόκλισης τότε θα παράγει ένα σήμα διόρθωσης για τόσο χρόνο όσο το σφάλμα είναι παρόν. Συνδυάζοντας την πράξη ολοκλήρωσης με την αναλογική πράξη, είναι πιθανό το σφάλμα να μειωθεί στο μηδέν, μολονότι ο χρόνος απόκρισης θα είναι μεγαλύτερος από το χρόνο απόκρισης με μόνο την αναλογική πράξη. Εάν ο ελεγκτής έχει μια έξοδο ανάλογη προς την ταχύτητα μεταβολής του σφάλματος τότε μπορεί να ελαττωθεί η επίδραση της χρονικής υστέρησης στη διαδικασία. Επειδή ένα διορθωτικό σήμα παράγεται μόνο όταν υπάρχει μεταβολή στο σφάλμα, η πράξη της διαφόρισης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μόνη της, αλλά σε συνδυασμό με αναλογική πράξη ή με αναλογική και ολοκληρωτική πράξη και έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του χρόνου απόκρισης. Ο Πίνακας 1.2 δίνει μια περίληψη των χαρακτηριστικών των αναλογικών και των συνδυασμένων πράξεων του ελεγκτή. Στις σχέσεις που παρουσιάζονται σε αυτόν τον πίνακα, ισχύουν οι εξής αντιστοιχίες: V: έξοδος ελεγκτή θ: σφάλμα Κ 1, Κ 2, Κ 3 : οι συντελεστές αντίστοιχα των πράξεων αναλογίας, ολοκλήρωσης και διαφόρισης

46 46 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Πράξη ελεγκτή Εξίσωση Χαρακτηριστικά Αναλογική (ελεγκτής P) Αναλογική + Ολοκλήρωσης (ελεγκτής PI) V = K 1 θ V = ( K1θ + K 2 θdt) dθ ) dt Το σφάλμα είναι πάντοτε παρόν. Το σφάλμα μόνιμης απόκρισης είναι μηδενικό, αλλά αυξάνεται ο χρόνος απόκρισης. Αναλογική + V = ( K1θ + K Είναι μειωμένη η υ- Διαφόρισης 3 περύψωση και ο χρόνος απόκρισης. (ελεγκτής PD) Αναλογική + Ολοκλήρωσης + Διαφόρισης (ελεγκτής PID) dθ V = ( K1θ + K 2 θdt + K 3 ) dt Το σφάλμα στη μόνιμη κατάσταση είναι μηδενικό, και μειωμένη η υπερύψωση και ο χρόνος απόκρισης. Πίνακας 1.2 Σύνοψη χαρακτηριστικών ελεγκτή

47 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 47 Φύλλο Έργου Αρ Σύνθετη Δράση Ελεγκτή Απαιτούμενα Μηχανήματα Όργανα Υλικά Σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας τύπος PT 326 Feedback Προσομοιωτής ελέγχου διεργασιών PCS327 Γεννήτρια συναρτήσεων Παλμογράφος μνήμης διπλής δέσμης Καλώδια συνδεσμολογίας Σκοπός Να γίνει ο κατάλληλος προσδιορισμός του αναλογικού, του ολοκληρωτικού και του διαφορικού όρου ενός ελεγκτή σύνθετης δράσης για το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας. Να διερευνηθεί, με τη χρήση προσομοιωτή διεργασιών, η επίδραση του αναλογικού, του ολοκληρωτικού και του διαφορικού όρου ενός ελεγκτή σύνθετης δράσης στην απόκριση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας. Πορεία Εργασίας 1. Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία που απεικονίζεται στο Σχήμα Παρατηρήστε ότι το σύστημα είναι κλειστού βρόχου καθώς οι ακροδέκτες Χ και Υ συνδέονται μεταξύ τους. 2. Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη continuous control επιλέξτε συνεχή έλεγχο στο σύστημα. 3. Μέσω του αντίστοιχου διακόπτη επιλέξτε εξωτερικό έλεγχο στο σύστημα. Με αυτό τον τρόπο παρακάμπτεται ο έλεγχος αναλογικής ζώνης. 4. Τοποθετήστε τον πλαϊνό διακόπτη του συστήματος, heater/ wattmeter heater στη θέση heater.

48 48 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού Σχήμα 1.23 Συνδεσμολογία για σύνθετη δράση ελεγκτή στο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας 5. Μέσω του ποτενσιόμετρου set value ρυθμίστε την τιμή αναφοράς στους 40 C. 6. Τοποθετείστε το ρυθμιστή ροής αέρα (throttle control) στη θέση 4 (ή άνοιγμα φυσητήρα 40 ). 7. Τοποθετείστε τη μετρητική κεφαλή του ανιχνευτή στη θέση Πραγματοποιήστε τη συνδεσμολογία που απεικονίζεται στο Σχήμα 1.24 στον προσομοιωτή ελέγχου διεργασιών PCS327 και συνδέστε τον με το σύστημα. 9. Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στον ακροδέκτη Υ του συστήματος, και το άλλο κανάλι στον ακροδέκτη Β. 10. Συνδέστε στον ακροδέκτη D, την έξοδο της παλμογεννήτριας, η οποία έχει ρυθμιστεί να δίνει τετραγωνικό παλμό συχνότητας 0,1Hz και πλάτους 2V. 11. Στην περίπτωση που έχετε πραγματοποιήσει τη διαδικασία της απόκρισης συχνότητας, όπως αυτή αναπτύσσεται στην Άσκηση 1.2.7, ονομάστε ως Ρ ο την τιμή της αναλογικής ζώνης για την οποία η κυματομορφή της μετρούμενης τιμής μόλις εμφανίζει ταλάντωση και Τ ο την αντίστοιχη τιμή της περιόδου της ταλά-

49 Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας 49 ντωσης. Τότε, στη βαθμίδα του προσομοιωτή ελέγχου διεργασιών PCS 327 πραγματοποιείστε τις ακόλουθες ρυθμίσεις: % αναλογική ζώνη = 2 * P ο χρόνος ολοκλήρωσης Τ i = Τ ο χρόνος διαφόρισης Τ ο = Τ ο * 0,2 12. Θέσατε σε λειτουργία το σύστημα με τον προσομοιωτή και τις συνοδευτικές συσκευές. 13. Παρατηρείστε στην οθόνη του παλμογράφου την απόκριση του συστήματος στις βηματικές μεταβολές της τιμής αναφοράς. Με τις παραπάνω ρυθμίσεις θα πρέπει να εμφανίζεται μηδενικό σφάλμα και μικρή υπερύψωση. 14. Μεταβάλετε κατά βούληση τις ρυθμίσεις του αναλογικού, του ολοκληρωτικού και του διαφορικού ελέγχου και παρατηρείστε την επίδραση των μεταβολών αυτών στη συμπεριφορά του συστήματος. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας. 15. Προκειμένου να υπολογίσετε πειραματικά τις κατάλληλες ρυθμίσεις του αναλογικού, του ολοκληρωτικού και του διαφορικού ελέγχου στον προσομοιωτή PCS327, χωρίς τη χρήση των δεδομένων της Άσκησης 1.2.7, πραγματοποιείστε τα ακόλουθα: α) Ρυθμίστε το χρόνο ολοκλήρωσης Τ i μέσω του ρυθμιστή integral action στη μέγιστη τιμή (off). β) Ρυθμίστε το χρόνο διαφόρισης Τ d μέσω του ρυθμιστή derivative action στην ελάχιστη τιμή (zero). γ) Μειώστε την αναλογική ζώνη μέσω του ποτενσιόμετρου % proportional band μέχρις ότου να εμφανιστεί ταλάντωση. Καταγράψτε την τιμή της αναλογικής ζώνης P ο και την περίοδο της ταλάντωσης Τ ο. δ) Αυξήστε την αναλογική ζώνη σε τιμή διπλάσια του P ο. ε) Μειώστε την τιμή του χρόνου ολοκλήρωσης Τ i μέχρις ό- του το σφάλμα μηδενιστεί. στ) Παρατηρείστε την απόκριση του συστήματος σε βηματικές μεταβολές της εισόδου.

50 50 Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμού ζ) Αυξήστε το χρόνο ολοκλήρωσης Τ i μέχρις ότου το ποσοστό υπερύψωσης γίνει περίπου 20%. η) Τυπικές ρυθμίσεις για γρήγορη απόκριση χωρίς σφάλμα είναι: αναλογική ζώνη 50%, χρόνος ολοκλήρωσης 1 sec, και χρόνος διαφόρισης 0,1 sec. 16. Καταγράψτε τα συμπεράσματά σας off Ti 0.5 Td PROCESS P Σχήμα 1.24 Συνδεσμολογία για έλεγχο στον εξομοιωτή PCS 327