Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.1/1

ĆWICZENIE 8

Regulacja temperatury i wilgotności powietrza w komorze

klimatyzacyjnej

1. CEL ĆWICZENIA:

zapoznanie się z istotą regulacji kilku parametrów w jednym obiekcie.

W układach przemysłowej automatyki często można spotkać się z procesem równoczesnej

regulacji dwóch i więcej parametrów w jednym obiekcie. Występuje wtedy wzajemne powiązanie

poszczególnych sygnałów zarówno w czujnikach-przetwornikach, jak i w samym obiekcie.

Rozpatrując np. układ regulacji suszarń do drewna lub komór klimatyzacyjnych, można

wyodrębnić dwa rodzaje oddziaływania zmian wilgotności powietrza na jego temperaturę:

-

w samym obiekcie,

- w

układzie czujników-przetworników wykorzystujących psychometryczną

różnice temperatur.

W suszarniach do drewna proces suszenia prowadzony jest poprzez zmiany wilgotności i

temperatury powietrza. Na przykład obniżanie wilgotności może być realizowane przez

wypuszczenie powietrza wilgotnego z komory do otoczenia przy równoczesnym zasysaniu suchego

powietrza do komory. innym rozwiązaniem jest wykraplanie pary wodnej na chłodnicach.

Zwiększanie wilgotności powietrza, stosowane czasami w pierwszej fazie nagrzewania drewna,

realizowane jest najczęściej poprzez wpuszczanie pary wodnej z wytwornicy pary (kotła) lub

rzadziej przez wprowadzanie mgły wodnej.

Wymienione wyżej sposoby zmiany wilgotności powietrza powodują jednocześnie zmiany

jego temperatury. Z kolei wiadomo z termodynamiki, że każda zmiana temperatury pociąga za sobą

zmianę wilgotności względnej powietrza pomimo, iż ilość zawartej wody w jednostce objętości

powietrza nie ulega zmianie (znane zjawiska związane z pojęciem wilgotności względnej i

wilgotności bezwzględnej powietrza).

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.2/2

Innym przykładem powiązania wilgotności i temperatury powietrza jest wzajemne

oddziaływanie tych dwóch parametrów na siebie w układzie czujników-przetworników

działających na zasadzie pomiaru psychrometrycznej różnicy temperatur. W tym przypadku na

wynik wskazań termometru „mokrego” wpływa zarówno temperatura powietrza, jak i wilgotność.

Taki rodzaj regulacji jest realizowany w pierwszym punkcie ćwiczenia.

Istnieją różne metody regulacji wielu parametrów w jednym obiekcie, przy zachowaniu

generalnej zasady eliminowania wpływu jednych wielkości na drugie. W komorze klimatycznej

sytuacja taka występuje dla „mokrego” czujnika temperatury. Jego wskazania zależą zarówno od

temperatury powietrza w komorze jak i od wilgotności. Aby wyeliminować ten efekt bloki

wykonawcze nawilżania i osuszania są sterowane parą czujników „mokrym” i „suchym” połączoną

w układzie różnicowym. Sygnał wyjściowy takiego regulatora jest proporcjonalny do różnicy

psychrometrycznej temperatur. W starszych rozwiązaniach używano do tego regulatora

zbudowanego na mierniku logometrycznym. Natomiast w ramach wykonywanego ćwiczenia

realizowane jest to z wykorzystaniem odpowiednio zaprogramowanego uniwersalnego sterownika

Logo firmy Siemens.

2. LITERATURA:

1. J.Kostro: „Elementy, urządzenia i układy automatyki”, WSZP 1983, ss10-14, 110-112,129-130,

163-165, 170-171, 256-260.

2. K.Kostyrko, B.Okołowicz-Grabowska: „Pomiary i regulacja wilgotności w pomieszczeniach”,

Arkady 1971.

3. Materiały szkoleniowe firmy Siemens: „Podręcznik Siemens LOGO!” wydanie 6, Warszawa

2002.

(plik pdf dostępny na stronie producenta: http://www.ad.siemens.de/logo/ftp/Manual_pl.pdf )

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.3/3

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Przed rozpoczęciem programowania sterownika Logo należy zapoznać się z wykonanym

układem połączeń między sterownikiem, a czujnikami temperatury i elementami wykonawczymi

(grzanie, suszenie, nawilżanie). Poniższa tabela przedstawia wykaz wejść i wyjść sterownika Logo i

odpowiadające im podłączone elementy zewnętrzne:

lp

Wyprowadzenie Logo

Symbol w programie

Element zewnętrzny

1 wejście analogowe 1

AI 1

termometr „suchy”

2 wejście analogowe 2

AI 2

termometr „mokry”

3 wyjście przekaźnikowe 1

Q1

grzanie

4 wyjście przekaźnikowe 2

Q2

nawilżanie

5 wyjście przekaźnikowe 3

Q3

suszenie

6 wejścia cyfrowe 1, 2,...,8

I1, I2, I3, ...,I7, I8

nie wykorzystane

7 wyjście przekaźnikowe 4

Q4

nie wykorzystane

Analogowe bloki wejściowe AI 1 i AI 2 sterownika Logo należy tak zaprogramować (wzmocnienie

i offset), aby wartości na wyświetlaczu wskazywały temperatury z rozdzielczością do 0,1

o

C.

Uwaga: wyświetlacz nie pokazuje przecinka.

Dla wzmocnienia równego 100% (czyli 1) i offsetu równego 0, tor pomiarowy działa jak na rys. 1.

3.1 Regulacja parametrów klimatycznych w komorze w układzie dwóch niezależnych

czujników temperatury: „suchym” i „mokrym”

PRZETWORNIK

Temperatura /Napięcie

Wej. : 0 – 100

o

C

Wyj. : 0 – 10 V

PRZETWORNIK

Napięcie/ Wart.wskazana

Wej. : 0 – 10 V
Wyj. : 0 – 1000

temp.[C]
670

WYŚWIETLACZ

Temperatura 67

o

C

Napięcie elektryczne 6,7 V

Wartość liczbowa 670

LOGO !

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.4/4

Włączyć wtyczkę zasilającą 230 V komory klimatycznej

Sprawdzić poziom wody w kolbie układu nawilżania znajdującej się w lewej części komory i

ewentualnie napełnić ją wodą.

Sprawdzić czy czujniki „mokry” i „suchy” znajdują się w odpowiednich miejscach komory i czy

czujnik „mokry” jest nawilżany za pomocą gazy.

Podłączyć wtyczkę 230V zasilającą programowalny sterownik Logo i zaprogramować go tak, aby

uzyskać zadane przez prowadzącego parametry klimatyczne w komorze. Schemat blokowy

programu zbudować tak, aby czujnik temperatury „suchy” sterował pracą grzałek, natomiast

czujnik temperatury „mokry” sterował pracą nawilżania i suszenia rys. 2 i 3.

W programie wykorzystać następujące bloki funkcyjne (szczegółowe opisy bloków w dodatku nr 1

na końcu opracowania):

- wejścia analogowe A1 i A2,

- wyjścia przekaźnikowe Q1, Q2, Q3,

- komparatory

analogowe,

- komunikaty.

Zamknąć i uruchomić komorę (czerwony przycisk na frontowej ścianie komory) i uruchomić

program w Logo.

Rys. 2. Schemat pracy elementów wykonawczych przy sterowaniu w układzie dwóch niezależnych

termometrów

Termometr
suchy

T

G

= T

s

G

0

1

Termometr
mokry

T

m

N

0

1

∆T

T

N

S

0

1

T

S

komp Anal.1

komp Anal.2

komp Anal.3

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.5/5

Rys. 3. Schemat sterowania komory klimatycznej w układzie dwóch niezależnych termometrów

Od tego momentu obserwować proces regulacji temperatury i wilgotności, notując wskazania obu

czujników temperatury „mokrego” i „suchego” co 1 min. Obserwując lampki kontrolne na

frontowej ścianie komory zaznaczać chwile załączania i wyłączania układów wykonawczych.

Pomiary kończymy gdy nastąpiło co najmniej trzykrotne załączenie i wyłączenie układu nawilżania

i suszenia.

Po zakończeniu wyłączyć (czerwony przycisk) i otworzyć komorę celem jej schłodzenia poniżej

temperatury 26

O

C.

3.2 Regulacja parametrów klimatycznych w komorze w układzie różnicowym

czujników temperatury: „suchym” i „mokrym”

Czujnik temp.

„suchy”

Czujnik temp.

„mokry”

Grzanie

Nawilżanie

Suszenie

AI-1

AI-2

komp
Anal

.

komp

Anal.

komp

Anal.

Q-1

Q-2

Q-3

M-1

komu
nikat

.. ..

hi

1

1

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.6/6

Podczas schłodzenia komory przystąpić do przeprogramowania sterownika Logo.Schemat blokowy

programu zbudować tak, aby czujnik temperatury „suchy” sterował pracą grzałek, natomiast pracą

nawilżania i suszenia sygnał różnicowy czujników „suchego” i „mokrego”. Schemat układu

regulacji przedstawia rys. 3.

W programie wykorzystać następujące bloki funkcyjne:

- wejścia analogowe A1 i A2,

- wyjścia przekaźnikowe Q1, Q2, Q3,

- komparator

analogowy,

- komparator

różnicowy,

- komunikaty.

Zamknąć i uruchomić komorę (czerwony przycisk na frontowej ścianie komory) i uruchomić

program w Logo.

Od tego momentu obserwować proces regulacji temperatury i wilgotności, notując wskazania obu

czujników temperatury „mokrego” i „suchego” co 1 min. Obserwując lampki kontrolne na

frontowej ścianie komory zaznaczać chwile załączania i wyłączania układów wykonawczych.

Pomiary kończymy gdy nastąpiło co najmniej trzykrotne załączenie i wyłączenie układu nawilżania

i suszenia.

Czujnik temp.

„suchy”

Czujnik temp.

„mokry”

AI-1

AI-2

komp
Anal.

komp

A-B

komp

A-B

Q-1

Q-2

Q-3

M-1

komu
nikat

.. ..

hi

Grzanie

Nawilżanie

Suszenie

=1

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.7/7

Po zakończeniu wyłączyć (czerwony przycisk) i otworzyć komorę celem jej schłodzenia.

Wyniki z obu doświadczeń przedstawić w tabelach zamieszczając:

- wartości zadane wilgotności i temperatury

- odczytane

wartości termometru „suchego” T

s

, „mokrego” T

m

i różnicy

∆T

- wartości wilgotności względnej W, odczytane z tablic psychrometrycznych

-

uchyb regulacji dla temperatury termometru „suchego”

ε

s

-

uchyb regulacji dla temperatury termometru „mokrego”

ε

m

-

uchyb regulacji wilgotności

ε

w

- momenty

załączenia i wyłączenia układów wykonawczych.

Wykreślić przebiegi czasowe zmian termometry T

s

i wilgotności W w komorze z zaznaczeniem

wartości zadanych.

Poniżej osi czasu zaznaczyć okresy włączenia i wyłączenia układów wykonawczych.

Porównać wykresy dla obu układów regulacji i przedstawić wnioski.

4. Wybrane funkcje specjalne LOGO!

4.1 Ochrona parametrów

Konfiguracja ochrony parametrów pozwala określić, czy parametry mogą zostać wyświetlone i

edytowane w trybie określania parametrów. Możliwe są tu dwa ustawienia

,.+": konfigurację parametrów można wyświetlać i zmieniać także w trybie określania wartości

parametrów

„-”: konfiguracji parametrów nie można wyświetlać ani zmieniać w trybie określania wartości

parametrów Edycja jest możliwa tylko w trybie programowania.

4.2 Obliczanie wzmocnienia i przesunięcia zera w sygnale analogowym

Parametry wzmocnienia i przesunięcia zera (offset) służą do określenia sposobu konwersji wartości

analogowych na wartości cyfrowe, przetwarzane przez LOGO

Przykładowe wartości analogowe

Parametr Minimum

Maksimum

Napięcie na wejściu [V]

0

≥

10

Wartość wewnętrzna 0

1000

Wzmocnienie [%]

0

1000

Przesunięcie -999 +999

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.8/8

Napięcie na wejściu (na wejściu Al) o wartości 0-10 V zostaje w urządzeniu przetworzone na

wartości cyfrowe z przedziału 0-1000. Napięciu wyższemu niż 10V przyporządkowana jest wartość

1000

Dzięki użyciu wzmacniacza można np. uzyskać wzmocnienie rzędu 1:10 przy ustawieniu 1000%

Parametr przesunięcia pozwala zmienić położenie ”zera” charakterystyki przetwarzania.

Wzór:

Wartość wyświetlona Ax = (wartość wewnętrzna + przesunięcie) • wzmocnienie/100
Wyświetlana wartość wzmocnienia to wartość procentowa, dlatego we wzorze została podzielona

przez 100.

4.3 Komparator analogowy

Krótki opis

Wyjście włącza się, jeśli sygnał analogowy przekroczy zadany przez użytkownika poziom.

Zostaje natomiast wyłączone, jeśli sygnał analogowy będzie miał wartość niższą niż zadany próg
wyłączenia (histereza).

Symbol w LOGO!

Wyprowadzenie Opis

Wejście Ax

Wejście mierzonego sygnału analogowego.
Sygnał ten należy podawać na jedno z wejść: 17
(Al 1) lub 18 (A12), tylko w sterownikach
LOGO! 12/24 RC/RCo oraz LOGO! 24 lub w
analogowych modułach rozszerzeń. Zmierzone
napięcie o wartości z przedziału 0...10Vjest
konwertowane do liczby z zakresu O...1000.

Parametr PAR
↕, ↑, SW↑,

SW↓

↕:

wzmocnienie w [%] (zakres O...1000%),

↑:

przesunięcie (zakres ±999),

SW↑: próg włączenia (zakres ± 19990)
SW↓

:

próg wyłączenia (zakres ± 19990

Wyjście Q

Stan zmienia się z 0 na 1 i odwrotnie, w
zależności od wartości analogowego sygnału na
wejściu i zadanych przez użytkownika progów
zadziałania.

Współczynnik wzmocnienia i przesunięcia zera

Opis parametrów wzmocnienia i przesunięcia zera (offset) znajduje się w rozdziale 4.2

Q

Par

A

Ax

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.9/9

Przebiegi czasowe

Opis funkcji

Funkcja ta przechwytuje sygnał z wejść analogowych (AI1, A12...AI8).

Do uzyskanej wartości analogowej dodaje się następnie wartość parametru przesunięcia, a wynik
mnoży się przez wartość parametru wzmocnienia.
Ponieważ wartość wzmocnienia podaje się w postacie procentowej, wartość na przykład 1000%
odpowiada pomnożeniu przez 10.
Jeśli ta wartość przekroczy próg włączający (SW↑) wyjście Q zostanie włączone.
Z kolei wyjście Q zostanie wyzerowane, jeśli wartość sygnału analogowego będzie równa lub
spadnie poniżej progu wyłączającego (SW↓).

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.10/10

Konfiguracja parametrów: Par

Parametry wzmocnienia i przesunięcia zera służą dostosowaniu wykorzystanych czujników do
wymogów przeznaczenia projektowanego układu. Określanie parametrów:

Obraz wyświetlacza w trybie określania parametrów (przykład):

4.4 Komparator różnicy analogowej

Krótki opis

Wyjście Q włącza się, jeśli różnica napięć na wejściach Ax-Ay przekroczy zadaną wartość.

Symbol w LOGO! Wyprowadzenie

Opis

Wejścia Ax i Ay

Wejścia porównywanych sygnałów
analogowych. Sygnały należy podawać na
wejścia: 17 (AI1) lub 18 (A12), tylko w
sterownikach LOGO! 12/24RC/ RCo oraz
LOGO! 24 lub w analogowych modułach
rozszerzeń. Zmierzone napięcie o wartości z
przedziału 0...10Vjest konwertowane do liczby
z zakresu O...1000.

Parametr PAR

↕, ↑, ∆

↕:

wzmocnienie w [%] (zakres

O...1000%),

↑:

przesunięcie (zakres ±999), A:

∆:

próg przełączenia.

Wyjście Q

Stan zmienia się na 1 jeżeli różnica napięć na
wejściach Ax-Ay jest większa niż wartość
parametru: próg przełączenia.

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.11/11

Współczynnik wzmocnienia i przesunięcia zera

Opis parametrów wzmocnienia i przesunięcia zera (offset) znajduje się w rozdziale 4.2
Przebiegi czasowe

Opis funkcji

Komparator analogowy przeprowadza następujące obliczenia:
1. Do wartości Ax i Ay dodawana jest wcześniej zadana wartość parametru przesunięcia
(offset).
2. Uzyskane wartości mnożone są przez wartość parametru wzmocnienia. Ponieważ wartość
wzmocnienia podaje się w postacie procentowej, wartość na przykład 1000% odpowiada
pomnożeniu przez 10.
3. Oblicza różnicę otrzymanych wartości Ax i Ay.
Wyjście Q włącza się, jeśli uzyskana różnica przekracza wartość
progową (A). W innym przypadku wyjście Q zostaje wyzerowane.

Wzór obliczeń

Q=1, jeśli:
[(Ax+offset)*wzmocnienie]-[(Ay+offset)*wzmocnienie] > wartość progowa

Konfiguracja parametru Par

Parametry wzmocnienia i przesunięcia zera służą dostosowaniu wykorzystanych czujników
do wymogów przeznaczenia projektowanego układu.

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.12/12

4.5 Komunikaty

Krótki opis
Funkcja ta wyświetla określone komunikaty w trybie RUN.

Symbol w

Wyprowadzenie

Opis

Wejście En

Narastające zbocze sygnału na tym wejściu
powoduje wyświetlenie komunikatu.

Parametr P

P - określa priorytet komunikatu. Ack -
potwierdzenie końca wyświetlania
komunikatu.

Parametr PAR

Treść wyświetlanego komunikatu.

Wyjście Q

Jest aktywne przez czas wyświetlania
komunikatu.

Ograniczenie

W jednym programie można wykorzystać najwyżej pięć komunikatów tekstowych.

Opis funkcji

W trybie RUN zmiana stanu na wejściu En z O na 1 powoduje wyświetlenie określonego
komunikatu.

Żądanie potwierdzenia nieaktywne (Ack=0ff):
Zmiana stanu na wejściu En z 1 na O spowoduje zakończenie wyświetlania komunikatu.

Żądanie potwierdzenia aktywne (Ack=0n):
Po zmianie stanu na wejściu En z 1 na O komunikat pozostanie widoczny aż do momentu, gdy
użytkownik naciśnie klawisz OK. Niemożliwe jest potwierdzenie komunikatu, gdy na wejściu En
jest jeszcze stan 1.
Jeśli uruchomionych (En=1) zostanie kilka funkcji komunikatów, wyświetlany jest komunikat o
najwyższym priorytecie (0=najniż-szy, 9=najwyższy). Zmieniać widoki wyświetlacza (standardowy
oraz komunikat) można przy pomocy klawiszy ▲i ▼.

Przykład

Oto jak mógłby wyglądać wyświetlony komunikat (En=1):

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.13/13

Ekran określania parametrów
Sposób konfiguracji priorytetu i opcji żądania potwierdzenia:

1. Zwiększ priorytet do wartości 1:

kursor na „0" + ▲.

2. Przejdź do pozycji „Ack":

►

3. Uaktywnij

opcję „Ack":

▲ lub ▼.

Wyświetlacz LOGO! pokazuje:
4. Potwierdź wybór opcji: OK

Sposób wprowadzania komunikatu:

Używając klawisza

►

wybierz linię dla wpisywanego tekstu. Potwierdź klawiszem OK, aby wejść

do trybu edycji tej linii.

Klawiszami

▲

lub

▼

wybierz żądany znak. Pomiędzy pozycjami liter przechodzisz za pomocą

klawiszy

◄

lub

►

.

Lista dostępnych klawiszy jest taka sama, jak w przypadku wpisywania nazwy programu.
Wprowadzone zmiany potwierdź klawiszem OK. Z trybu edycji wychodzisz naciskając klawisz
ESC.

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych

ćwiczenie nr 8 str.14/14

Aby wyświetlić w jednej z linii jako komunikat jakiś parametr (np. wartość pomiaru lub funkcji),
klawiszem

►

wybierz tę linię i na-ciśnij klawisz

▼

:

Aby wejść do trybu edycji, naciśnij OK:

Klawiszami ▲ lub ▼ wybierz żądane bloki i odpowiadające im parametry.
Przy użyciu klawiszy A lub T wybierz blok lub parametr, który ma być zawarty w komunikacie.
Potwierdź wybór parametru klawiszem OK. Naciskając klawisz ESC opuścisz tryb określania
parametrów, a LOGO! zachowa wprowadzone zmiany.

B01>T