UKŁADY ELEKTRONICZNE

AUTOMATYKI 2

PROJEKT

Układ automatycznej regulacji natężenia strumienia powietrza zasilającego układy chłodzące szaf sterowniczych

Wykonali: Łukasz Kraska

Marcin Młodawski

Grupa: 3ED12 Kierunek: Elektrotechnika

Specjalność: Automatyka

Spis treści:

1. Opis przedstawionego w projekcie urządzenia.

2. Wygląd urządzenia i jego komponentów składowych.

3. Opis działania urządzenia i dokładny opis jego komponentów składowych.

4. Schematy układu sterowania.

5. Widok PCB w 3D.

1. Opis działania układu.

Wykonany przez nas układ autoatycznej regulacji przepływu powietrza, składa się z następujących części : czujnika przepływu powietrza AWM5102VN , sterownika firmy Omron SYSMAC CPM1A , falownika LG iE5 , wyswietlacza LCD wraz z mikrokontrolerem Atmega 8 sterującym wyświetlaczem oraz ze zbudowanego przez nas przetwornika A/C ( z kolejnym porównaniem – aproksymacyjny). Czujnik przepływu powietrza AWM5102VN jest to niedużych rozmiarów urządzenie z serii

AWM51XXVN , które jest bardzo często stosowane w układach gdzie konieczna jest kontrola strumienia przepływu gazów a najczęściej powietrza, producentem tego czujnika jest firma Honeywell S&C , która na rynku cieszy się dobrą renomą. Porównując ceny czujników innych firm jest to produkt konkurencyjny , cieszący się dobrą opinią odbiorców tych czujników, jest tak ze względu na parametry pracy, nieduże gabaryty jak i na dużą niezawodność pracy co stawia tą serie produktów w czołówce europejskiego rynku. Czujnik jest zasilany napięciemstałym w granicach od 8 do 15 V , zakres jego czułości to zaledwie 5ml/min przepływu powietrza aż do górnej granicy pomiaru 5l/min . Czujnik wykonany jest z korpusu ze stali nierdzewnej oraz z osłony wykonanej z tworzywa sztucznego , element czuły na przepływ powietrza umieszczony jest w środku korpusu i wbudowany w podwójny mostek Wheatstone'a . Chłodzenie szaf sterowniczych jest możliwe dzięki zastosowaniu dmuchawy napędzanej przez silnik prądu przemiennego , sterowanie napięciem odbywa się za pomocą falownika LG iE5 , jest to falownik który jest dość nową konstrukcją posiadającą wiele funkcji , można nim sterować różnego rodzaju silnik o różnych stopniach rozruchowych i warunków pracy , regulację tą ułatwia mu wbudowany regulator PID. To jaką wartość ma mieć napięcie a co za tym idzie jak szybko ma pracować silnik zależy od tego jaki sygnał na falownik poda sterownik PLC . W naszym układzie regulacji tą rolę pełni sterownik SYSMAC CPM1A firmy Omron z dołączonym modułem umożliwiającym konwersje sygnału cyfrowego ze sterownika na postać właściwą dla obwodów wejściowych falownika. Sygnał jaki jest podawany na sterownik PLC jest zasługą przetwornika A/C 8 bitowego ( jest to przetwornik z kolejnym porównaniem – aproksymacyjny) . Dodatkowo po przetworzeniu sygnału analogowego z czujnika przez przetwornik A/C , sygnał cyfrowy jest podawany (oprócz sterownika PLC) na port mikrokontrolera Atmega 8, który dzięki zainstalowanemu oprogramowaniu wyświetla aktualną wartość przepływu powietrza ( w l/min) na wyświetlaczu LCD o czterech wyświetlanych cyfrach siedmiosegmentowych.

2. Wygląd urządzenia i jego komponentów.

Czujnik przepływu AWM5102VN

Falownik LG iE5

Sterownik PLC Omron SYSMAC CPM1A

Wyświetlacz ciekłokrystaliczny o 4 znakach AFFICHEUR LCD 4 DIGIT

Mikrokontroler Atmega 1284-p

3. Opis działania układu.

Schemat blokowy układu

Elementem napędowym całego układu regulacji przepływu powietrza jest pompa powietrza wyposażona w silnik, który zasilony jest przez napięcie o wartości określanej przez zastosowany w układzie falownik , falownik przekształca napięcie z sieci na taką postać określoną przez sygnały sterujące podawane ze sterownika PLC Omron. Silnik napędzając łopatki pompy powoduje przepływ powietrza do instalacji , gdzie rurami powietrze tłoczone jest do szaf sterowniczych , po drodze

zamątowany jest czujnik przepływu powietrza , czujnik ten posiada trzy wyprowadzenia , zasilanie , mase i napięcie wyjściowe , czujnik zbudowany jest tak że podczas przepływu powietrza przez element na wyjściu pojawia się sygnał analogowy w postaci napięcia , który jest podawany na skonstrułowany przez nas przetwornik A/C ( z kolejnym porównaniem-aproksymacyjny) . Otrzymany sygnał z

przetwornika A/C w postaci słowa ośmiobitowego jest podawany na sterownik PLC , który analizując ten sygnał dobiera odpowiednio wartość naipęcia na wyjściu tak aby otrzymać rządaną wartość szybkości przeływu powietrza. Sygnał cyfrowy z przetwornika A/C podawany jest też na port P0 mikrokontrolera Atmega 1284-p , który steruje wyświetlaczem ciekłokrystalicznym o czterech wyświetlanych cyfrach , wynik podawany na wyświetlaczu pokazuje szybkość przepływu w l/min.

Zbudowany przez nas przetwornik A/C 8-bitowy jest przetwornikem z kolejnym porównaniem ( aproksymacyjny) . Przetwornik ten składa się z komparatora, którego zadaniem jest porównywanie dwóch wartości ( sygnałów analogowych) , na wejście odwaracające podawany jest sygnał z czujnika , jest to wartość jeszcze nieznana dla przetwornika A/C , na drugie wejście komparatora podawany jest sygnał analogowy o wartości znanej , w wyniku porównania tych sygnałów komparator na wyjściu będzie miał dwa różne sygnały , jeśli wartość sygnału z czujnika jest wyższa od wartości znanej to komparator poda sygnał logicznej '' jedynki'' , sygnał ten spowoduje że licznik zliczy o jeden do przodu , możliwe jest to dzięki porównaniu tego sygnału z przebiegiem otrzymanym z układu generatora sygnału taktującego.

Licznik informację tą zapisze w rejestrze i poda sygnał cyfrowy na przetwornik C/A , który z kolej zmieni dotychczasową wartość sygnału znanego na komparatorze , sytuacja będzie się powtarzać dopóki sygnały na komparatorze nie będą taki same .

Natomiast jeśli sygnał pojawiający się na komparatorze jest mniejszy od znanego sygnału wyjściowego z przetwornika C/A to na wyjściu z komparatora nastąpi zmiana stanu z ''jedynki'' na ''zero'' co zostanie wyłapane przez licznik i nastąpi zliczanie w drugą stronę ( zliczanie rewersyjne) , to z kolej spowoduje zmniejszanie się sygnału ''znanego'' aż do momentu zrównania się co do wartości z sygnałem przychodzącym z czujnika przepływu. Do naszego urządzenia wystarczający okazał się przetwornik 8-bitowy, układ zliczający w obu kierunkach został skonstrułowany z układu NE555 jako generatora przebiegu , i dwóch liczników 4 bitowych opartych na układach 74193.

CHARAKTERYSTYKA URZĄDZEŃ WCHODZĄCYCH W SKŁAD UKŁADU REGULACJI

CZUJNIK PRZEPŁYWU POWIETRZA

Czujnik przepływu AWM5102VN należy do grupy czujników z serii AWM5000 , firmy Honeywell specjalizującej się w produkcji układów pomiarowych w różnych dziedzinach przemysłu , użyty przez nas czujnik ma następujące parametry użytkowe:

Dane techniczne:

Supply Voltage Range DC: 8V to 15V

Air Mass Flow Range: 0sl/min to 5sl/min

Port Style: Gwintowane

SVHC: No SVHC (19-Dec-2011)

Głębokość zewnętrzna: 35mm

Długość / wysokość zewnętrzna: 163mm

External Width: 32mm

Otwory montażowe Dł x Szer: 43.2 x 20.3

Flow Rate Max: 5L/MIN

Histereza: ± 0,5% of reading

Histereza: 0.5%

zakres pomiaru: 0l/min to 5l/min

Operating Temperature Max: 85°C

Operating Temperature Min: -25°C

napięcie wyjściowe: 5V

Ciśnienie, maks.: 50psi

Response Time: 60ms

Seria: AWM5000

Napięcie zasilające: 10 VDC

Supply Voltage DC Max: 15V

FALOWNIK LG iE5

Użyty przez nas falownik należy do grupy falowników które najlepiej nadają sie do sterowania silnikami małej i średniej mocy od 0,1kW do 60kW . Falownik ten składa się z wielu komponentów , wśród których można wyróznić końcówkę mocy sterującą silnikami opartą na technologi z tranzystorami IGBT, logike cyfrową sterującą opartą na sterownaiu mikroprocesorowym , falownik posiada również wbudowany regulator PID którego nastawy można zmieniać za pomocą wbudowanej klawiatrury na obudowie urządzenia , nastawy wyświetlane są na wyświetlaczu siedmiosegmentowym . Falownik ten cechują małe wymiary przy dość dużej mocy jaką można sterować silniki , duża przeciążalność użądzenia aż do 150% mocy znamionowej , łatwa obsługa , sterownik ten posiada wiele możliwości regulacji silników poprzez sterownie napięciem lub częstotliwością .

Dane techniczne:

- Znamionowy zakres mocy: 0,1 kW-1kW zasilanie 1-fazowe/3fazowe

- Obudowa : IP20

- Bardzo małe gabaryty

- Metoda sterowania: U/f

- Częstotliwość max do 200Hz

- Wbudowany regulator PID

- Moment 150% przy 0.5 Hz

- Autorestart po ustąpieniu awarii

- 5 prędkości krokowych

- Omijanie częstotliwości

- 5 wejść wielofunkcyjnych

- Wielofunkcyjne wyjście przekaźnikowe

- Wyjście analogowe (0 – 10V)

- Funkcja szukania prędkości

- Sterowanie 3-przewodowe

- Częstotliwość nośna od 1 do 10 kHz

- Forsowanie momentu ręczne i automatyczne

STEROWNIK PLC

Programowalny sterownik logiczny można zdefiniować jako system mikroprocesorowy pracujący pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego przystosowany do pracy ciągłej w warunkach przemysłowych , którego zadaniem jest sterowanie pracą maszyn i urządzeń . Architektura sterownika Omron jest zgodna z architektórami typowych systemów mikroprocesorowych, w których wyróżnić można :

• CPU , jednostkę centralną wraz z pamięcią typu EEPROM lub Flash ,

• moduły peryferyjne , np. Moduły we/wyj , regulatory klasyczne i rozmyte

• zasilacz

• płytę łączeniową, pozwalającą dołączać do sterownika moduły rozszerzeń takie jak dodatkowe we/wyj , przetworniki i inne ,

Programowanie takiego sterownika PLC odbywa się za pomocą specjalnego złącza do programowania które jest połączone z komputerem zawierający program przystosowany do odpowiednich sterowników PLC . Dzięki umieszczeniu komponentów z zwartej obudowie sterowniki nie zajmują dużo miejsca . Dzięki możliwości używania logiki boolowskiej , różnych języków programowania oraz stosowania liczników jest to urządzenie bardzo przydatne do sterownia urządzeń przemysłowych .

PRZETWORNIK A/C

Do naszego projektu wybralismy przetwornik A/C z kolejnym przetwarzaniem( aproksymacyjny) ponieważ jest on prostszy w budowie od innych typów przetworników lecz jego dokładność jest mniejsza od innych typów . Do układu wybraliśmy przetwornik ośmiobitowy gdyż wartości jakie podaje czujnik przepływu mają takie wartości że wystarczający jest 8-bitowy przetwornik . Dokładność przetwarzania przetwornika można policzyć ze wzoru :

4. Schematy układu sterowania.

Blok wyświtlacza ciekłokrystalicznego

5. Widok płytki PCB.