Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
5.3 Bezbednosne instrukcije ................................................................................................................... 23
5.4 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada .................................................................................... 24
5.5 Eksperimentalni rad .......................................................................................................................... 26
Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema .............................................................. 26
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
3
Katedra za Automatiku
Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem ............................................................................................. 27
Vežba 3: Optimizacija odziva sistema u ustaljenom stanju ................................................................ 28
Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom.................................................................................... 29
Vežba 5: Ručni rad sistema ................................................................................................................. 29
Vežba 6: Identifikacija i modeliranje sistema ..................................................................................... 30
6. Regulacija pritiska ................................................................................................................................... 31
6.1 Elementi modela ............................................................................................................................... 31
6.2 Način rada ......................................................................................................................................... 32
6.3 Bezbednosne instrukcije ................................................................................................................... 32
6.4 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada .................................................................................... 33
6.5 Eksperimentalni rad .......................................................................................................................... 34
Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema .............................................................. 34
Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem ............................................................................................. 36
Vežba 3: Programirano upravljanje sistemom.................................................................................... 36
Vežba 4: Identifikacija i modeliranje sistema ...................................................................................... 37
7. Regulacija temperature........................................................................................................................... 38
7.1 Fizički izgled sistema ......................................................................................................................... 38
7.2 Model i funkcija sistema ................................................................................................................... 38
7.3 Dijagram procesa .............................................................................................................................. 39
7.4 Komandni ormar uređaja .................................................................................................................. 39
7.5 Bezbednosne instrukcije ................................................................................................................... 40
7.6 Puštanje u rad sistema ...................................................................................................................... 41
7.7 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada .................................................................................... 41
7.8 Eksperimentalni rad .......................................................................................................................... 43
Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema .............................................................. 43
Vežba 2: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema .............................................................. 43
Vežba 3: Dejstvo poremećaja na sistem ............................................................................................. 44
Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom.................................................................................... 45
Vežba 5: Identifikacija i modeliranje sistema ..................................................................................... 45
8. Regulacija PH vrednosti hemijskih jedinjenja ......................................................................................... 47
8.1 Izgled uređaja.................................................................................................................................... 47
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
4
Katedra za Automatiku
8.2 Dijagram procesa .............................................................................................................................. 48
8.3 Bezbednosna uputstva...................................................................................................................... 49
8.4 Pripremanje uređaja za rad .............................................................................................................. 50
8.5 Eksperiment neutralizacije ............................................................................................................... 50
8.6 Preliminarna razmatranja ................................................................................................................. 51
8.7 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada .................................................................................... 52
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
5
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
6
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
7
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
8
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
9
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
10
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
11
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
12
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
13
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
14
Katedra za Automatiku
Slika 12 Blok dijagram realizacije PID regulatora
Slika 13 Primer dejstva PID regulatora na jedinični odskočni odziv
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
15
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
16
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
17
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
18
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
19
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
20
Katedra za Automatiku
3. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
4. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50:
a. Pojačanje Kp=5
b. Reset time Tn=0.05
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
10 stepeni → 20 stepeni
20 stepeni → 40 stepeni
40 stepeni → 60 stepeni
60 stepeni → 70 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
1. Postaviti HV1 u položaj potpuno otvoren.
2. Postaviti HV2 u položaj otvorenosti od 50 stepeni.
3. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
4. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50:
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).
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
21
Katedra za Automatiku
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
1. Postaviti HV1 u položaj potpuno otvoren.
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
22
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
23
Katedra za Automatiku
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
- realni odzivi sistema
- poremećaji
- metode za optimizaciju upravljanja
5.3 Bezbednosne instrukcije
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
24
Katedra za Automatiku
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.
5.4 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
25
Katedra za Automatiku
1. Glavni rezervoar modela napuniti vodom (nivo se vidi na vodokaznom staklu).
2. Ostvariti PROFIBUS konekciju između modela i PCI kartice na računaru.
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.
5. Glavni prekidač napajanja (MAIN SWITCH) postaviti u položaj ON (aktivan).
6. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server.
7. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni.
8. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
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).
10. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti.
11. Ventil HV3 zatvoriti u potpunosti.
12. Ventil HV4 otvoriti 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.
16. Zatvoriti podmeni i sa glavnog menija odabrati podmeni Monitored Information.
17. Nakon toga iz glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 21).
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
26
Katedra za Automatiku
Slika 21 Izgled podmenija Programmer
18. Na komandnom ormaru izvršiti prelaz iz automatskog režima rada u ručni i obrnuto.
19. Kraj demonstracionog ciklusa.
5.5 Eksperimentalni rad
Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema
Za uspešnu realizaciju vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:
1. Postaviti ventil HV1 u položaj potpuno otvoren (0 stepeni).
2. Postaviti ventil HV2 u položaj potpuno otvoren.
3. Postaviti ventil HV3 u položaj zatvoren
4. Postaviti ventil HV4 u položaj potpuno otvoren
5. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
6. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 podesiti sledeće parametre:
a. Pojačanje Kp=2
b. Reset time Tn=0.3
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
27
Katedra za Automatiku
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.
Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem
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:
1. Postaviti HV1 u položaj otvorenosti od 30 stepeni.
2. Postaviti HV2 u položaj potpuno otvoren.
3. Postaviti HV3 u položaj potpuno zatvoren.
4. Postaviti HV4 u položaj potpuno otvoren
5. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
6. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50 parametre:
a. Pojačanje Kp=2
b. Reset time Tn=0.3
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.
Prokomentarisati rezultate.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
28
Katedra za Automatiku
Tabela 4
Ugaoni pomeraj Da li je sistem dostigao
željenu vrednost?
Vreme za postizanje
ustaljenog stanja
30 stepeni → 10 stepeni
10 stepeni → 20 stepeni
20 stepeni → 40 stepeni
40 stepeni → 60 stepeni
60 stepeni → 70 stepeni
70 stepeni → 80 stepeni
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
1. Postaviti HV1 u položaj otvorenosti od 20 stepeni.
2. Postaviti HV2 u položaj potpuno otvoren.
3. Postaviti HV3 u položaj potpuno zatvoren.
4. Postaviti HV4 u položaj potpuno otvoren
6. Na FICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
7. Podesiti pomoću softverskog paketa RT 650.50:
a. Pojačanje Kp=2
b. Reset time Tn=0.3
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
29
Katedra za Automatiku
Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom
1. U glavnom meniju izabrati podmeni Programmer.
2. U tabeli s desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 5. 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 5).
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
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.
2. Postaviti HV2 u položaj potpuno otvoren.
3. Postaviti HV3 u položaj potpuno zatvoren.
4. Postaviti HV4 u položaj potpuno otvoren
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
30
Katedra za Automatiku
8. Snimiti odziv sistema nakon ručnog upravljanja i prokomentarisati rezultate. Izvršiti
poređenje sa rezultatima automatskog upravljanja.
Vežba 6: Identifikacija i modeliranje sistema
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
realnim. Prokomentarisati rezultate.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
31
Katedra za Automatiku
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
- realni odzivi sistema
- poremećaji
- metode za optimizaciju upravljanja
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
32
Katedra za Automatiku
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.
6.3 Bezbednosne instrukcije
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
33
Katedra za Automatiku
6.4 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, 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.
8. Glavni prekidač napajanja (MAIN SWITCH) postaviti u položaj ON (aktivan).
9. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server.
10. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni.
11. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:
a. Pojačanje Kp=1
b. Reset time Tn=0.04
c. Rate time Tv=0.00
d. W=3 bar
12. Posmatrati odziv upravljanog sistema u okviru podmenijaCharts.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
34
Katedra za Automatiku
13. Zatvoriti otvoreni podmeni Charts i na glavnom meniju izabrati podmeni System
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).
Slika 24 Izgled podmenija Programmer
16. Na komandnom ormaru izvršiti prelaz iz automatskog režima u ručni rad i obrnuto.
17. Kraj demonstracionog ciklusa.
6.5 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 koji omogućava protok vazduha kroz donji rezervoar
2. Postaviti ventil HV2 u položaj potpuno otvoren.
3. Postaviti ventil HV3 u položaj koji omogućava detekciju pritiska donjeg rezervoara.
Postavljena kombinacija ventila omogućiće serijsku vezu dva rezervoara (slika 25).
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
35
Katedra za Automatiku
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
b. Reset time Tn=0.04
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
36
Katedra za Automatiku
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.
Vežba 2: Dejstvo poremećaja na sistem
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
Vežba 3: Programirano upravljanje sistemom
1. U glavnom meniju izabrati podmeni Programmer.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
37
Katedra za Automatiku
2. U tabeli s desne strane podmenija Programmer uneti vrednosti iz tabele 8. 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 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.
5. Izabrati opciju Write Parameter.
6. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START .
7. Snimiti dobijeni odziv i prokomentarisati rezultate. Za koje vrednosti je sistem dobro
ispratio zadato upravljanje, a gde nije? Obrazložiti odgovor.
Vežba 4: Identifikacija i modeliranje sistema
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.
4. Identifikovani sistem modelirati u simulinku i uporediti dobijeni simulirani odziv s
realnim. Prokomentarisati rezultate.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
38
Katedra za Automatiku
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
39
Katedra za Automatiku
7.3 Dijagram procesa
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
40
Katedra za Automatiku
7.5 Bezbednosne instrukcije
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
41
Katedra za Automatiku
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.
7.7 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, postaviti ga u nulti
(neaktivan) položaj.
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)
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
42
Katedra za Automatiku
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.
7. Glavni prekidač napajanja (MAIN SWITCH) postaviti u položaj ON (aktivan).
8. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server.
9. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni.
10. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:
a. Pojačanje Kp=5
b. Reset time Tn=0.01
c. Rate time Tv=0.00
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.
17. Zatvoriti otvoreni podmeni Charts i na glavnom meniju izabrati podmeni System
Diagram. Upoznati se sa okruženjem.
18. Zatvoriti podmeni i sa glavnog menija odabrati podmeni Monitored Information.
19. Nakon toga sa glavnog menija otvoriti podmeni Programmer (Slika 34).
Slika 30 Izgled podmenija Programmer
20. Na kontrolnoj tabli izvršiti prelaz iz režima automatskog u ručni rad i obrnuto.
21. Kraj demonstracionog ciklusa.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
43
Katedra za Automatiku
7.8 Eksperimentalni rad
Vežba 1: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema
Za uspešan rad na vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:
1. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (ventil protoka i poremećaja).
2. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti (ovim postupkom ćemo omogućiti protok vode kroz
kraću cev od 0.7m)
3. Ventili HV3 zatvoriti u potpunosti (onemogućen protok vode kroz dužu cev 16.7m)
4. Izabrati na kontrolnoj table praćenje temperature na poziciji termopara 2
5. Proveriti da li je pritisak na manometru potrebnih 2 bara.
6. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:
a. Pojačanje Kp=5
b. Reset time Tn=0.01
c. Rate time Tv=0.00
7. Podesiti željenu temperature na 40 stepeni.
8. Na TICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
9. Uključiti pumpu
10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu na ugao 45 stepeni
11. Uključiti grejač
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.
Prokomentarisati rezultate.
Vežba 2: Detekcija odziva i ponašanje upravljanog sistema
Za uspešan rad na vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:
1. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (ventil protoka i poremećaja).
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)
5. Proveriti da li je pritisak na manometru potrebnih 2 bara.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
44
Katedra za Automatiku
6. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:
a. Pojačanje Kp=5
b. Reset time Tn=0.01
c. Rate time Tv=0.00
7. Podesiti željenu temperature na 45 stepeni.
8. Na TICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
9. Uključiti pumpu
10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu pod ugao 45 stepeni
11. Uključiti grejač
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?
Vežba 3: Dejstvo poremećaja na sistem
Za uspešan rad na vežbi potrebno je pratiti sledeće korake:
1. Ventil HV1 otvoriti u potpunosti (0 stepeni).
2. Ventil HV2 otvoriti u potpunosti (ovim postupkom ćemo omogućiti protok vode kroz
kraću cev od 0.7m)
3. Ventili HV3 zatvoriti u potpunosti (onemogućen protok vode kroz dužu cev 16.7m)
4. Izabrati na kontrolnoj tabli praćenje temperature na poziciji termopara 2
5. Proveriti da li je pritisak na manometru potrebnih 2 bara.
6. Nakon odabira podmenija Charts izvršiti podešavanja koeficijenata (Kp, Tn, Tv i
vrednosti W) u okviru nje na sledeći način:
a. Pojačanje Kp=5
b. Reset time Tn=0.01
c. Rate time Tv=0.00
7. Podesiti željenu temperature na 50ºC.
8. Na TICA kontroleru podesiti automatski režim rada.
9. Uključiti pumpu
10. Uključiti ventilator i podesiti klapnu na ugao 45 stepeni
11. Uključiti grejač.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
45
Katedra za Automatiku
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
otvoren → 45 stepeni
otvoren → 75 stepeni
Tabela 9
Vežba 4: Programirano upravljanje sistemom
1. U glavnom meniju izabrati podmeni Programmer.
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
8. Izabrati opciju Write Parameter.
9. Nakon završetka unosa podataka u kontroler izabrati START .
10. Snimiti dobijeni odziv i prokomentarisati rezultate. Za koje vrednosti je sistem dobro
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
Vežba 5: Identifikacija i modeliranje sistema
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
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
46
Katedra za Automatiku
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.
4. Identifikovani sistem modelirati u simulinku i uporediti dobijeni simulirani odziv s
realnim. Prokomentarisati rezultate.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
47
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
48
Katedra za Automatiku
8.2 Dijagram procesa
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)
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
49
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
50
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
51
Katedra za Automatiku
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.
Praktikum za laboratorijske vežbe iz predmeta Identifikacija sistema
52
Katedra za Automatiku
8.7 Puštanje u rad modela. Demonstracija rada
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.
6. Ostvariti PROFIBUS konekciju između modela i PCI kartice na računaru.
7. Proveriti da li je EMERGENY STOP taster aktiviran. Ukoliko jeste, staviti ga u nulti
(neaktivan) položaj.
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.
10. Pokrenuti aplikaciju RT650.50 Server.
11. U glavnom prozoru aplikacije izabrati Charts podmeni.
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
c. Rate time Tv=0.00
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.