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